UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
LICENCIATURA EN INGENIERIA CIVIL
DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA, SANITARIA Y CIENCIAS AMBIENTALES
ASIGNATURA:
PRE-REQUISITOS:
AÑO:
SEMESTRE:
HIDRAULICA
MECANICA DE FLUIDOS
TERCERO
II
CODIGO:
HORAS DE CLASE:
HORAS DE LAB:
CREDITO:
8020
3
2
4
OBJETIVOS GENERALES:
• Aplicar los principios y conceptos fundamentales de Hidráulica a la solución de problemas de fluidos
reales en tuberías y canales.
• Utilizar técnicas numéricas en la solución de los problemas de Hidráulica cuando sea requerido.
CONTENIDO:
TEORIA
SEMANA No.
I. INTRODUCCION A LA HIDRAULICA
1.1 Objetivos del curso …………………………………………………………… 1
1.2 Revisión de los conceptos fundamentales de Mecánica de Fluidos
1.2.1 Ecuación de Continuidad
1.2.2 Ecuación de Energía
1.2.3 Impulso – Cantidad de Movimiento
II.
FLUJO PERMANENTE DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES
EN CONDUCTOS CERRADOS O TUBERIAS
2.1 Clasificación del flujo en tuberías ……………………………………….…….. 2
2.1.1 Flujo laminar y turbulento
2.2 Derivación de la fórmula general para la evaluación de pérdidas por fricción en tubos
2.2.1 Ecuación de Darcy – Weisbach
2.2.2 Ecuaciones empíricas: Fórmula de Hazen – Williams
2.3 Cálculo del factor de fricción ………………………………………….…….… 3
2.3.1 Ecuación de Von Karman – Prandtl (Tubo Liso – Rugoso)
2.3.2 Ecuación de Colebrook – White (Transición)
2.3.3 Diagrama de Moody
2.4 Conductos no circulares ……………………………………………………….. 4
2.5 Pérdidas menores en conductos cerrados
2.5.1 Evaluación de las pérdidas locales de energía: entrada,
expansión, contracción, salida, accesorios, codos, válvulas, etc.
2.6 Problemas de Flujo de Fluidos en Tuberías ……………………………………. 5
2.6.1 Diagramas de la Línea de Energía y Línea del Gradiente Hidráulico
2.6.2 Tubería simple o Línea Unica
2.6.3 Líneas con Turbomáquinas: Bombas o Turbinas
2.6.4 Tuberías en Serie ……………………………………………………. 6
2.6.5 Tuberías en Paralelo
2.6.6 Tuberías Ramificadas
2.7 Redes de Tuberías ……………………………………………………………… 7
2.7.1 Formulación del Sistema de Ecuaciones: Caudal Q, Carga H
y Caudal Correctivo Q
Método de Newton – Raphson para la Solución de un Sistema
de Ecuaciones Simultáneas No Lineales: Ecuaciones Q, H y Q
2.7.3 Solución de las Ecuaciones de Caudal Correctivo por el
Método de Hardy – Cross …………………………………………… 8
2.7.4 Fórmula Exponencial para la Linearización del Factor de Fricción
2.7.5 Mallas Especiales con Tanques o Bombas
2.8 Mediciones en Conductos Cerrados o Tuberías ……………………………….... 9
2.8.1 Nivel o Altura Piezométrica: Piezómetro
2.8.2 Presión: Manómetros de Líquido y de Bourdon
2.8.3 Velocidad: Tubo de Pitot
2.8.4 Caudal: Venturímetro, Tobera y Orificio
Parcial No. 1
2.7.2
III. FLUJO PERMANENTE EN CONDUCTOS ABIERTOS O CANALES
3.1 Introducción al Flujo en Canales ………………………………………………... 10
3.1.1 Elementos Hidráulicos de una Sección
3.1.2 Clasificación del Flujo en Conductos Abiertos
3.2 Flujo Uniforme en Canales ……………………………………………………… 11
3.2.1 Fórmula de Chezy
3.2.2 Fórmula de Manning
3.2.3 Profundidad Normal
3.2.4 Consideraciones sobre el Radio Hidráulico
3.2.5 Sección Optima
3.3 Flujo Crítico ………………………………………………………………..……. 12
3.3.1 Propagación de una Onda Gravitatoria de Amplitud Pequeña
3.3.2 Profundidad Crítica y Pendiente Crítica
3.3.3 Sección de Control
3.3.4 Canales No Rectangulares
3.4 Flujo Rápidamente Variado …………………………………………………..…. 13
3.4.1 Caída Hidráulica
3.4.2 Resalto Hidráulico
3.5 Energía Específica ……………………………………………………………..… 14
3.5.1 Profundidades Alternas de Flujo
3.5.2 Transiciones en Canales: Contracciones y Cambios de Elevación
del Fondo del Canal
3.6 Flujo Gradualmente Variado …………………………………………………….. 15
3.6.1 Derivación de la Ecuación Diferencial que gobierna
el Flujo Gradualmente Variado
3.6.2 Clasificación de los perfiles del Flujo Gradualmente Variado
3.6.3 Ejemplos de Perfiles de la Superficie del Agua en un Canal
3.6.4 Cálculo de la Longitud del Perfil utilizando el Método Directo
3.6.5 Solución Numérica de la ecuación diferencial del flujo gradualmente
variado utilizando el Método de Euler Mejorado (Predictor-Corrector)
Parcial No. 2
3.7 Mediciones en Canales ……………………………………………………………. 16
3.7.1 Evaluación del Caudal en un Canal a partir de las mediciones
de la Velocidad
3.7.2 Vertederos Rectangulares de Pared Delgada: Sin y Con
Contracciones Laterales
3.7.3 Otros Vertederos de Pared Delgada: Vertederos Triangulares
3.7.4 Vertederos de Pared Gruesa
3.7.5 Compuertas: con Descarga Libre y Sumergida
Examen Semestral
LABORATORIO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Asignación del Grupo de Laboratorio a cada Estudiante
Introducción al Laboratorio de Hidráulica
2.1
Preparación de los Informes de Laboratorio
Conductos Cerrados o Tuberías
3.1
Pérdidas por Fricción
3.2
Pérdidas Menores o Locales
3.3
Tuberías en Paralelo
Mediciones en Tuberías
4.1
Tubo de Pitot
4.2
Venturímetro
4.3
Orificio
4.4
Rotámetro
4.5
Válvula de Regulación
Flujo en Conductos Abiertos o Canales
5.1
Flujo Uniforme
5.2
Energía Específica
5.2.1 Cambio de Elevación del Fondo
5.2.2 Cambio de Ancho
5.3
Resalto Hidráulico
Mediciones en Canales
6.1
Vertedero de Pared Delgada
6.1.1 Vertedero Rectangular
6.1.2 Vertedero Triangular
6.2
Vertedero de Pared Gruesa
6.3
Compuertas
Evaluación y/o Recuperación de Laboratorios
BIBLIOGRAFIA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Chow, Ven Te. Hidráulica de Canales Abiertos. McGraw-Hill Interamericana. Colombia. 1994
Daugherty, Robert L., Joseph B. Franzini y E. John Finnemore. Fluid Mechanics with Engiineering
Applications. Octava Edicion. McGraw-Hill. New York. 1985
French, Richard H. Hidráulica de Canales Abiertos. McGraw-Hill. México. 1988
Gerhart, Philip M., Richard J. Gross y John I. Hochstein. Fundamentos de Mecánica de Fluidos.
Segunda Edición. Addison-Wesley Iberoamericana. Delaware. 1995
Henederson, F. M. Open Channel Flow. Macmillan. New York. 1966
Jeppson, Roland W. Analysis of Flow in Pipe Networks. Butterworth Publishers. Boston. 1976
Saldarriaga, Juan G. Hidráulica de Tuberías. McGraw-Hill Interamericana. Colombia. 1998
Vennard, John K. y Robert L Street. Elementos de Mecánica de Fluidos. Tercera Edición. Compañía
Editorial Continental. México. 1995
White, Frank M. Mecánica de Fluidos. McGraw-Hill. Madrid. 1979
EVALUACION SUGERIDA
Parciales
40%
Asistencia, Proyecto o Tareas
10 %
Semestral
35%
Laboratorio
15%
Revisado por la siguiente Comisión:
Ing. David Cedeño B. (Coordinador)
Ing. Luis Barahona
Ing. Luis Muñoz
Ing. Erick Vallester
Ing. Riomar Espinosa
0
