Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Estudios Superiores AragónIng. Civil

AlcantarilladoTarea 1 Antecedentes de la hidráulica de

tuberías y canales

Alumno: Moreno Sánchez GermánProfesor: Toxky López Gerardo

Grupo: 1702

17- agosto-2015

En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos (generalmente utilizada para agua) y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.

Desde el comienzo de las grandes ciudades antiguas, el ingeniero sanitario ha tenido una función muy importante, debido a que sin el suministro de agua potable la vida en las ciudades sería casi imposible, no sólo por la gran necesidad de este vital líquido, sino porque también es de suma importancia la eliminación y manejo de los residuos generados. Así mismo el crecimiento día a día de las ciudades hace la tarea del ingeniero sanitario cada día más importante y compleja.

En todos los tiempos, las grandes ciudades han debido preocuparse de su suministro de agua. Incluso las ciudades antiguas de importancia se dieron pronto cuenta de que sus suministros locales –pozos profundos, manantiales y arroyos- eran inadecuados para cubrir las modestas demandas sanitarias de entonces, y se vieron obligados a construir acueductos que trajeran el agua de fuentes lejanas. Sin embargo, tales sistemas de suministro no pueden compararse con los tipos modernos; solo unos pocos ciudadanos entre los más ricos disponían de agua corriente en sus casas o jardines, mientras la mayor parte de los habitantes trasportaban el agua a sus viviendas, en vasijas, desde un número reducido de fuentes o caños públicos. Las ciudades medievales eran más pequeñas que en la Antigüedad y el suministro de agua era prácticamente inexistente.

El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se remonta a varios milenios. En la antigua Mesopotamia se usaban canales de riego, en la Roma Imperial se abastecían de agua a través de canales construidos sobre inmensos acueductos, y los habitantes del antiguo Perú construyeron en algunos lugares de los Andes canales que aún funcionan, claro es el ejemplo de los canales de Cumbe Mayo, el centro hidráulico más importante de los Andes El conocimiento y estudio sistemático de los canales se remonta al siglo XVIII, con Chézy, Bazin y otros.

Antiguo Egipto

Varios reyes de Egipto intentaron unir el mar Rojo con el Mediterráneo. Soliman II emperador de los turcos empleó sin ningún efecto más de cincuenta mil hombres para restablecer este canal, que había desaparecido debajo de la arena.

Los egipcios fueron sin duda también los primeros pueblos que se sirvieron de canales para fertilizar los campos con las aguas del Nilo y cuando las tierras se hallaban demasiado altas empleaban máquinas para elevar el agua a la altura necesaria. La mayoría de estas se dice las inventó Arquímedes en su viaje a Egipto. Algunos suponen que la mayor parte de las bocas del Nilo fueron canales abiertos por la mano del hombre. Aristóteles decía que el brazo canópico era el único natural, al paso que Heródoto supone que solo el bolvítico y el bucólico eran artificiales.

Mesopotamia y Antigua Grecia

Los célebres ríos de Asia el Éufrates y el Tigris estaban en comunicación por medio de un canal que algunos creen obra de Nabucodonosor y otro canal que unía el Tigris con el Euleo sirvió bastante a Alejandro en sus conquistas.

Los griegos y romanos proyectaron abrir un canal cortando el istmo de Corinto que une Acaya con Morea, a fin de poder pasar del mar Jónico al Archipiélago. Este istmo apenas tiene más de dos leguas y cortándolo ahorraba a las embarcaciones una vuelta de ciento sesenta leguas al rededor del Peloponeso y el doblar un cabo muy peligroso por sus muchos escollos. Periandrio fue el primero que formó este proyecto cinco ó seis años antes de la era cristiana. Demetrio Poliorcetas rey de Macedonia tres siglos después ensayó hacer una isla del Peloponeso, empresa que abandonó más adelante. Julio César, Cayo Calígula, Nerón y en fin Herodes Ático procuraron entorpecer o frustrar esta tentativa. Tantas dificultades, muchas de ellas insuperables, dieron lugar a este proverbio latino: Isthmum fodere.

Antigua Roma

Plutarco refiere que no pudiendo Mario acampado cerca el Ródano proveer su ejército por las embocaduras de este río que estaban llenas de arena, hizo abrir un canal de cerca ocho leguas entre el mar y aquel río, por cuyo medio conducía fácilmente los víveres que necesitaba. Queriendo Druso Nerón conducir con más prontitud su ejército contra los chancos y frisios, puso en comunicación por los años 712 de Roma el Rhin con el Isel por medio de un canal, del que se sirvió después germánico en el año 16 de nuestra era. Tácito nos dice que precisado Corbulon por las órdenes de Claudio a interrumpir su expedición contra los chancos y no queriendo dejar ocioso su ejército, hizo un canal de unas 22 millas de largo, por el que puso en comunicación el río Mosa con el Rhin.

China

Los chinos han aventajado a los griegos, a los romanos y en una palabra, a todos los pueblos en la construcción de canales. Según todas las noticias que tenemos de este pueblo, se ocuparon ya desde la más remota antigüedad en la conducción y distribución de las aguas. El más célebre canal de China es el Yun-leang o canal real que emprendió en el año 1289 el emperador Chi-tsou jefe de la dinastía Fuen,

el primero de los emperadores tártaros-mogoles que reinaron en la China. Corre el espacio de unas 140 leguas.

La Hidráulica nace de la necesidad del hombre por aprovechar las fuerzas de los elementos naturales que tiene en su entorno.

Las primeras aplicaciones que tuvo la Hidráulica en la sociedad fueron la Rueda Nonia y el molino de viento; que son artefactos impulsados por palancas con ayuda de fuerzas como las del viento y el agua. Estos mecanismos facilitaron el modo de vida de la época y además familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energía de una forma empírica.

La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. en el siglo II A.C., la convirtió en una bomba de doble efecto.

En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción de instalaciones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia .Este tipo de experiencias u observaciones eran los acueductos utilizados por ellos.

Posteriormente en 1612 Galileo crea un sistema para medir el movimiento del agua en el cual un líquido sube a través de un agujero.

Ya en 1643 Torricelli, alumno de Galileo enuncia la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Además creo el Barómetro el cual tiene como objetivo la medición de la presión atmosférica.

En 1650 Blaise Pascal formula la ley de distribución de la presión de un líquido; en donde dice que al encajar un líquido en un tubo con una fuerza está de podría duplicar hasta 10 veces más según su medida cilíndrica. Igualmente descubre la comprobación de que la potencia del vació se debe al peso de la atmósfera y no a un "error natural" como se creía anteriormente.

Newton por su parte da una introducción de viscosidad en los fluidos como el aceite y el agua; y los fundamentos de la teoría de Hidrodinámica, Newton dice que los liquido contenido en recipientes grandes están influenciados por la fuerza de la naturaleza.

Hasta la mitad del siglo dieciocho no existía aun una ciencia integrada sobre el comportamiento de los fluidos. Los fundamentales teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonard Euler en el siglo dieciocho.

Daniel Bernoulli en 1738 en su "Hidrodinámica", formula la ley fundamental del movimiento de los Fluidos que da relación entre presión, velocidad y cabeza del fluido; propuso que la presión atmosférica se notaba más cuando en un recipiente hay un agujero y el agua sale con menos presión y más fuerza y que la presión es mayos cuando la altura del recipiente es mayor.

Leonard Euler desarrolla ecuaciones diferenciales generales del flujo para los fluidos no viscosos. Esto marco el análisis de la Mecánica de Fluidos. Asimismo creó la ecuación general para todas las maquinas hidráulicas rota dinámicas, y los fundamentos de la teoría de la flotación.

Joseph Braham, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.

Inmediatamente siguieron sin número de aplicaciones y como era de esperarse, se abrió un mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto técnicas como financieras de su tiempo.

El segundo periodo, que comprende los últimos años del siglo XVIII y la mayoría del XIX, se caracterizó por la acumulación de datos experimentales y por la determinación de factores de corrección para la ecuación de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad.

En 1856 Henry Darcy publicó su trabajo sobre el filtro que debía procesar los requerimientos de agua de la ciudad de Dijón en Francia, con lo cual dedujo la fórmula que lleva su nombre. Este fue el primer trabajo publicado sobre el flujo de fluidos en medios porosos.

La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es:

Siendo:

= pérdida de carga debida a la fricción. (m)

= factor de fricción de Darcy. (Adimensional)

= longitud de la tubería. (m)

= diámetro de la tubería. (m)

= velocidad media del fluido. (m/s)

= aceleración de la gravedad ≈ 9,80665 m/s².2

Ecuaciones empíricas, principalmente la ecuación de Hazen-Williams, son

ecuaciones que, en la mayoría de los casos, eran significativamente más fáciles

de calcular. No obstante, desde la llegada de las calculadoras la facilidad de

cálculo no es mayor problema, por lo que la ecuación de Darcy-Weisbach es la

preferida.

Previo al desarrollo de la computación otras aproximaciones como la ecuación

empírica de Prony eran preferibles debido a la naturaleza implícita del factor de

rozamiento.