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HIDRULICA BSICA Semestre 2016-1
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Hidrulica Bsica
Gerardo Ruiz Solorio [email protected] Tel. 5622 3899 ext. 44166 Edificio U, Facultad de Ingeniera, UNAM Departamento de Hidrulica, Estudios de Posgrado
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TEMARIO
1
2
3
4
Propiedades de los lquidos
Hidrosttica
Fundamentos para el anlisis de flujos
Anlisis del volumen finito de control
5
6
7
Similitud hidrulica
Prdidas de energa en conductos a presin
Anlisis hidrulico de sistemas de tubos
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TEMARIO
1 Propiedades de los lquidos
1. Caractersticas generales
2. Fuerzas que actan en un lquido. Concepto de presin
3. Propiedades de lquidos: densidad, peso especfico, viscosidad, compresibilidad, presin de vaporizacin, tensin superficial y capilaridad
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TEMARIO
2 Hidrosttica
1. Ley de Pascal
2. Presin absoluta y relativa. Dispositivos para medir la presin
3. Empuje hidrosttico sobre superficies planas y curvas
4. Principio de Arqumedes
5. Conceptos de flotacin
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TEMARIO
Fundamentos para el anlisis de flujos
1. Velocidad segn los enfoques Lagrangiano y Euleriano
2. Lneas que caracterizan al flujo
3. Velocidad media, flujo de masa y caudal
4. Aceleracin
5. Rotacional
6. Clasificacin de los flujos
7. Mtodos de anlisis: integral, diferencial, teora del potencial. Mtodo experimental
8. Ecuaciones de Euler y Bernoulli sobre una lnea de corriente. Dispositivos sencillos de medicin y de aforo
3
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TEMARIO
Anlisis del volumen finito de control
1. Principio de conservacin de la masa
2. Principio de la energa. Forma general de la ecuacin, formas simplificadas. Caractersticas de las prdidas de energa. Interpretacin y aplicacin de la ecuacin. Flujos a presin: orificios de pared delgada y gruesa, sifones y tuberas. Chorro lquida en cada libre. Flujos a superficie libre: vertedores de pared delgado y gruesa, canales.
3. Principio del impulso y cantidad de movimiento. Ecuacin de la cantidad de Movimiento. Ecuacin del momento de la cantidad de movimiento. Interpretacin y aplicacin.
4. Los coeficientes de Coriolis y Boussinesq. Forma integral y numrica
5. Frmula de Borda-Carnot.
4
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TEMARIO
Similitud hidrulica
1. Similitud geomtrica, cinemtica y dinmica
2. Condiciones de Froude, Reynolds y Euler
3. Laboratorio de hidrulica
5
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TEMARIO
Prdidas de energa en conductos a presin
1. Experiencias de Reynolds
2. Frmula de Darcy-Weisbach. Factores que influyen en la resistencia al flujo
3. Ecuaciones de Nikuradse y de Colebrook-White
4. Diagrama universal de Moody
5. Otras ecuaciones para el clculo del factor de friccin
6. Prdidas locales
7. Dispositivos medidores de gasto
6
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TEMARIO
Anlisis hidrulico de sistemas de tubos
1. Tubos en serie
2. Tubos en paralelo
3. Redes abiertas
4. Redes cerradas
7
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REFERENCIAS
1. White, F. M. Mecnica de fluidos McGraw-Hill, 2010 Mxico
2. Streter, V. L. y Wyle, E. B. Mecnica de los fluidos McGraw-Hill, Octava edicin Mxico
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REFERENCIAS
3. Munson, B.R., Younn, D.F. y Okiishi, T.H. Fundamentos de mecnica de fluidos Limusa-Wiley, 2002 Mxico
4. Potter, M. C. y Wiggert, D.C. Mecnica de fluidos Thomson, 2002 Mxico
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REFERENCIAS
5. Sotelo vila, Gilberto Hidrulica general Limusa, 1999 Mxico
6. Mataix, Claudio Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas Alfaomega y Oxford Mxico
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Calificacin
60 % Exmenes 30 % Tareas, participacin y exposicin 10 % Laboratorio
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Riqueza de una nacin
1. Nmero de individuos (?).
2. Recursos naturales.
3. Desarrollo social. 3.1 Educacin 3.2 Seguridad 3.3 Estabilidad
4. Desarrollo econmico.
5. Conciencia social.
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Poblacin
1
10
100
1000
10000
Po
bla
ci
n M
un
dia
l
(mil
lon
es)
Ao
Edad de Bronce
Edad de Hierro
Cada de Roma
Peste
Revolucin Industrial
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Densidad poblacional
Personas por km2
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Ciclo hidrolgico del agua
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Ciclo hidrolgico del agua
-
Temperatura
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Calentamiento Global
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Distribucin del Agua
REGIN POBLACIN (%) RECURSOS HIDRULICOS (%)
Asia 60 36
Europa 13 8
frica 13 11
Norteamrica 7 15
Suramrica 6 25
Oceana 1 5
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Precipitacin global
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Distribucin del Agua
REGIN POBLACIN (%) RECURSOS HIDRULICOS (%)
Asia 60 36
Europa 13 8
frica 13 11
Norteamrica 7 15
Suramrica 6 25
Oceana 1 5
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01000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Ao
Co
ns
um
o d
e A
gu
a (
km
3/a
o
)
Domstico Industrial Agrcola Total
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Agua virtual
-
Agua virtual
Importacin 106 m3/ao
Exportacin 106 m3/ao
Balance 106 m3/ao
Mxico 7,681 3,339 4,342
-
Agua virtual
70 litros de agua por una manzana
40 litros de agua por una rebanada de pan
10 litros de agua por una hoja de papel
50 litros de agua por una naranja
120 litros de agua por una copa de vino
140 litros de agua por una taza de caf
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Agua virtual
2,500 litros de agua por un kilogramo de coco
250 litros de agua por un huevo
2,400 litros de agua por una hamburguesa
1,000 litros de agua por un litro de leche
900 litros de agua por un kilogramo de maz
1,300 litros de agua por un kilogramo de trigo
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Agua virtual
3,400 litros de agua por un kilogramo de arroz
16,000 litros de agua por un kilogramo de piel
15,000 litros de agua por un kilogramo de carne
5,000 litros de agua por un kilogramo de queso
3,900 litros de agua por un kilogramo de pollo
2,700 litros de agua por una camisa de algodn
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Ro Nilo
-
Ro Nilo
-
Ro Amazonas
-
Ro Amazonas
-
Ro Amazonas
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Ro Mississippi
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Delta Ro Mississippi
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Ro Yangtze
-
Ro Yangtze
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Localizacin geogrfica de Mxico en el Mundo
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Localizacin y extensin territorial de Mxico
Extensin territorial
rea total: 1 964 375 km2
Tierra interna: 1 959 248 km2
Islas: 5 127 km2
Extensin martima
rea total: 3 149 920 km2
Ocano Pacfico: 2 320 380 km2
Golfo de Mxico y Mar Caribe: 829 540 km2
Longitud de la lnea costera
Longitud total 11 122 km
Ocano Pacfico 7 828 km
Golfo de Mxico y Mar Caribe 3 294 km
Fronteras Internacionales
Estados Unidos de Norteamrica 3 152 km
Guatemala 956 km
Belice 193 km
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Condicin de la explotacin de los acuferos de la Repblica Mexicana
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Disponibilidad de agua subterrnea
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Sequa
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Distribucin de los usos del agua en Mxico
Volmenes por regin administrativa (millones de m3)
Agrcola Industria Domstico Plantas termoelctricas
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Ro Balsas
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Ro Lerma-Santiago
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Ro Bravo
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Ro Usumacinta
-
Ro Yaqui
-
78 Centrales
9 619 MW Instaladas
28 500 GWh Generacin Anual Media
500 MW
50 500 MW
< 50 MW
HIDROELCTICAS INSTALADAS EN OPERACIN
-
AGUASCALIENTES
NAYARIT
EQ. LZARO CRDENAS
EQ. LUIS L. LEN
TEPOA
REB. EL DESCANSO
TUFANITOLA DURA
FAUSTINO
COLIMA
EDO. MEXICO
ROO
TABASCOPUEBLA
QUER
ETAR
O
MORELOS
HIDALGO
PACFICO
OCANO
GOLFO DE MXICO
CAMPECHE
QUINTANA
YUCATAN
CHIAPAS
OAXACAGUERRERO
MICHOACAN
GUAN
AJUA
TOJALISCO
SAN LUIS POTOSI
TAMAULIPASZA
CATE
CAS
SINALOA
DURANGO
LEON
NUEVO
COAHUILA
CHIHUAHUA
BA
JA C
ALIFO
RN
IA S
UR
BA
JA C
ALIFO
RN
IA N
OR
TE
SONORA
EQ. CUCHARAS
MASCOTA (EL CARRIZO)
EQ. SANTA MARA
LA MCURA
BAJO BALSAS
TATALTEPEC
CUANAN
INDEPENDENCIACOLORADO
REFORMA
EL TIGRE
ATOYAQUILLO
ACALA
SANTA ELENA
LIVINGSTONEALTAMIRANO
STO. DOMINGO
CHINN
AMPLIACIN EL RETIRO
EQ. LAS ADJUNTAS
LAS MINAS II
REB. MONTERREY
< 50 MW
> 500 MW
ENTRE 50 - 500 MW
VERACRUZ
D.F.
EQ. LA ANGOSTURA
TLAX.
RPIDAS
REB. AGUA PRIETAMASCOTA (CORRINCHIS)
PUERTO VALLARTA
PROYECTOS EN PREFACTIBILIDAD
POTENCIAL HIDROELCTRICO NACIONAL
-
SONORA
BAJA C
ALIFO
RN
IA N
OR
TE
BA
JA C
ALIFO
RN
IA SUR
CHIHUAHUA
COAHUILA
NUEVO
LEON
DURANGO
SINALO
A
ZACA
TECA
S
TAMAULIPAS
SAN LUIS POTOSI
JALISCO
GUAN
AJUA
TO
MICHOACAN
GUERRERO OAXACA
CHIAPAS
YUCATAN
QUINTANA
CAMPECHE
GOLFO DE MXICO
OCANO
PACFICO
HIDALGO
MOR ELOS
QU
ERET
ARO
PUEBLA
TABASCO
ROOED O. MEXICO
AGU ASC ALIENTES
COLIMA
ATEXCACO
MADERA
AGUA PRIETA
XUCHILES
SOYOPA
EL MEZQUITE
SAN JUAN TETELCINGOITZANTUN
AMP. LA VILLITA
EQ. TROJES
NUEVO TUXPANGOEQ. CHILATAN
EQ. SAN RAFAELNAYARIT
PROYECTOS CON ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD
POZOLILLO
SAN FRANCISCOARROYO HONDO
AMP. SANTA
OSTUTLA
EQ. EL GALLO
OMITLAN
IXTAYUTLA
EQ. TRIGOMIL
AMP. MOCZARIAMP. OVICHIC
< 50 MW
ENTRE 50 - 500 MW
> 500 MW
VERACRUZ
D .F.
TLAX.
AMP. ZIMAPNROSA
TECATE CONVENCIONAL
REPOTENCIACION INFIERNILLO
LA YESCA
PROYECTOS EN FACTIBILIDAD
POTENCIAL HIDROELCTRICO NACIONAL
-
92 000
AGRCOLA
5,5 %
115 000
SERVICIOS
3,2 %
2 368 000
COMERCIAL
6,7 %
106 000
INDUSTRIAL
59,7 %
20 236 000
DOMSTICO
24,9 %
USUARIOS: 23 000 000
CONSUMO 2012: 169,3 TWH
USUARIOS (MILES)
CONSUMO POR SECTOR 2012
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CAPACIDAD DE GENERACIN POR FUENTE
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Generacin por tipo de tecnologa
Nueva generacin limpia (NGL): ciclo combinado y carboelctrica con captura y secuestro de CO2; nucleoelctrica, eoloelctrica, solar o importacin de capacidad.
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Centrales terminadas o en proceso de construccin
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Requerimientos de capacidad adicional 2014-2019
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161 kV, 138 kV, 69 kV, 34.5 kV y 13.8 kV 115 kV 230 kV 400 kV
39,177 km de lneas de transmisin 115-400 kV
Subestaciones 155,940 MVA
TRANSMISIN Y DISTRIBUCIN
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PRESA EL CAJN, RO SANTIAGO, NAYARIT
-
PRESA EL CAJN, RO SANTIAGO, NAYARIT
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PLANTA HIDROELCTRICA, LA YESCA
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PRESA EL CAJN, RO SANTIAGO, NAYARIT
-
Distritos de riego
-
Ro Churubusco
Ro La Piedad
Ro Consulado
Ro de los Remedios
Zcalo
Chapultepec
Aeropuerto
Lago de Texcoco
Emisor Central
Emisor Poniente
Gran Canal de Desage
Vaso de CRISTO
Tnel Emisor Oriente (TEO)
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Modelos hidrulicos
-
Aplicaciones de la hidrulica y mecnica de fluidos en la ingeniera
Ros, hidrulica fluvial:
- Formas de fondo
- Curvas en ros
- Confluencia en ros
- Bifurcaciones
- Islas
- Canales laterales
- Puertos
- Dispersin
- Espigones
- Estructuras locales
- Interaccin con la vegetacin
- Presas / almacenamiento
- Deltas / estuarios