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BANCO DE PREGUNTAS DE HIDRÁULICA

Ing. Carlos Fernández Díaz 01. Qué VARIABLE se usa para clasificar el flujo PERMANENTE y NO PERMANEN-

TE. Luego explique estos tipos de flujo.

Respuesta

La variable es el TIEMPO.

FLUJO PERMANENTE Sucede cuando en una sección del canal los parámetros hidráulicos como ve-locidad, tirante de agua, densidad, presión, etc., no cambian con respecto al TIEMPO. La mayoría de los canales abiertos se diseñan con este tipo de flujo.

FLUJO NO PERMANENTE.

Se produce cuando los parámetros hidráulicos cambian con en el tiempo. Es el caso de creciente y oleadas, donde el tiempo es vital para el diseño de estructuras de control.

02. ¿Qué VARIABLE se usa para clasificar el FLUJO UNIFORME y NO UNIFORME? Luego explique estos tipos de flujo.

Respuesta

La variable es el ESPACIO.

FLUJO UNIFORME.

Sucede cuando los parámetros hidráulicos como velocidad, tirante de agua, densidad, presión, etc., no cambian a lo largo de la conducción. Este flujo puede ser permanente y no permanente. En la hidráulica de canales abiertos el diseño es con FLUJO UNIFORME PERMANENTE.

FLUJO NO PERMANENTE o VARIADO.

Se produce cuando los parámetros hidráulicos cambian a lo largo del canal. El flujo VARIADO a la vez se clasifica en:

En el FLUJO GRADUALMENTE VARIADO los parámetros cambian gra-

dualmente a lo largo del canal, como en el caso de la CURVA DE RE-MANSO.

En el FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO los parámetros hidráulicos va-

rían abruptamente en distancias muy pequeñas, como el caso del RE-SALTO HIDRÁULICO.

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03. Según la VISCOSIDAD, que tipo de flujo se produce. Explique sus características.

Respuesta

Según la VISCOSIDAD, el flujo puede ser LAMINAR, DE TRANSICIÓN y TURBULENTO. El NÚMERO DE REYNOLDS (Re). Es el efecto de la viscosidad res-pecto de la inercia.

Por cuestiones prácticas, en canales abiertos se considera:

Flujo LAMINAR. Cuando Re < 580. En este caso, las fuerzas viscosas son más fuertes que las

fuerzas de inercia. El agua se mueve en trayectorias suaves y a velocidad de escurrimiento muy baja.

Flujo DE TRANSICIÓN. Cuando 580 < Re < 750. Este flujo es un estado intermedio entre flujo laminar

y turbulento.

Flujo TURBULENTO. Cuando Re > 750. En este esto de flujo las fuerzas inerciales son mayores

que las viscosas.

En la práctica, los canales y tuberías se diseñan con flujo turbulento. El flujo laminar se da en el subsuelo.

04. Cómo se mide el efecto de la GRAVEDAD y que tipo de flujo produce.

Explique sus características. Respuesta

El efecto de la GRAVEDAD se mide con el número de FROUDE (F), que rela-

ciona la velocidad con la gravedad. Froude El flujo que se produce puede ser SUBCRÍTICO, CRÍTICO y SUPERCRÍTICO.

Flujo SUBCRÍTICO.

Se presenta cuando F < 1. En este caso la fuerza gravitatoria se hace domi-

nante, la velocidad es baja y el flujo es lento y tranquilo. Tiene su influencia aguas arriba.

Flujo CRÍTICO. Sucede cuando F = 1. En este caso las fuerzas gravitatorias y de inercia están

equilibradas.

Flujo SUPERCRÍTICO. Sucede cuando F > 1. En este caso las fuerzas de inercia son más dominan-

tes, presentando gran velocidad, siendo el flujo rápido y torrentoso. Su in-fluencia es aguas abajo.

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05. Cuándo un canal trabaja bajo un RÉGIMEN CRÍTICO. Luego explique los usos y efectos de los regímenes subcrítico y supercrítico. Respuesta Un canal trabaja bajo un régimen crítico cuando:

Tiene la energía especifica mínima para un caudal dado, o

Posee un caudal máximo para una energía específica dada.

CAUDAL O GASTO CRÍTICO. Es el caudal máximo para una energía específica determinada.

RÉGIMEN SUBCRÍTICO.

Es lento, tranquilo, fluvial, adecuado para canales principales o de navega-ción. La velocidad es menor que la velocidad crítica Su efecto es aguas arriba.

RÉGIMEN SUPERCRÍTICO.

Es rápido, torrencial, pero estable. Puede usarse para canales revestidos. La velocidad es mayor que la velocidad crítica Su efecto es aguas abajo.

06. Explique la CURVA DE REMANSO con ejemplos prácticos.

Respuesta

Se conoce como CURVA DE REMANSO, al perfil longitudinal que adquiere la super-ficie libre del líquido en un canal cuando el flujo es gradualmente variado. Ejemplos prácticos de curvas de remanso.

Perfil M1 Es la curva de remanso más común y la más importante, se da en un canal de pendiente suave (subcrítico). Ejemplos típicos son el perfil detrás de una re-presa en río natural y en un canal que une dos embalses. Perfil M2. En vertederos, compuertas y accidentes naturales como estrechamiento, rápi-dos y curvas. Su longitud puede ser de varios kilómetros.

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07. Explique el RESALTO HIDRÁULICO y su uso práctico.

Respuesta

El RESALTO HIDRÁULICO es un fenómeno local que se produce en el flujo

rápidamente variado.

Va acompañado de un súbito aumento del tirante y una considerable pérdida de energía, en un tramo relativamente corto, es decir, es el paso brusco de régimen supercrítico (rápido) a subcrítico (lento).

Por lo general el resalto se produce cuando una corriente rápida llega a un obstáculo o a un cambio de pendiente. Por ejemplo, en la parte de aguas debajo de un vertedero de rebose, en compuertas con descarga en el fondo, en el sitio donde un canal con pendiente alta se vuelve casi horizontal, rápidos, etc.

Usos prácticos del RESALTO HIDRÁULICO.

Para prevenir la socavación aguas abajo de las estructuras hidráulicas, disi-pando energía.

Para una mezcla eficiente de sustancias para purificar agua, o de aforos quí-micos.

Para incrementar el caudal descargado por una compuerta deslizante, al re-

chazar el retroceso del agua contra la compuerta, 08. Indique la norma del Reglamento Nacional de Edificaciones que rige la capta-

ción y conducción de agua para consumo humano. Según dicha norma, explique la CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD.

Respuesta

La norma es OS.010. CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD

CANALES.

Los canales se construyen en función del caudal y la calidad del agua. La velocidad de flujo no debe ser menor de 0,60 m/s, para evitar erosión y de-pósito de materiales.

TUBERÍAS.

Para su diseño se tendrá en cuenta las condiciones topográficas, el tipo de suelo y el clima. La velocidad mínima de flujo será de 0,60 m/s.

Velocidad máxima en tubos de concreto : 3 m/s Velocidad máxima en tubos de acero y PVC: 5 m/s

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ACCESORIOS.

Válvulas extractoras de aire.

Se pone estas válvulas cuando hay cambio de dirección en tramos con pendiente positiva. En tramos con pendiente uniforme se pondrán cada 2 km como máxi-mo.

Válvulas de purga.

Estas válvulas se colocan en los puntos bajos, de acuerdo a la calidad el agua.

09. Qué norma del Reglamento Nacional de Edificaciones trata de sobre las redes

de distribución de agua para consumo humano. Según dicha norma explique lo referente a:

SUELOS POBLACIÓN CAUDAL DE DISEÑO ANÁLISIS HIDRÁULICO

Respuesta La norma es la OS.050.

SUELOS.

Se determinará la agresividad del suelo con indicadores del PH, sulfatos, clo-ruros y sales solubles.

POBLACIÓN.

La población final para el periodo de diseño se calcula proyectando las tasas de crecimiento distrital o provincial establecida das por el organismo corres-pondiente.

CAUDAL DE DISEÑO.

Se analizan dos valores: El gasto máximo horario La suma del gasto máximo diario más el gasto contra incendios

Se comparan estos valores y la red de distribución se diseña con el valor re-sulte mayor.

ANÁLISIS HIDRÁULICO

Las redes de distribución, en lo posible se proyectarán en circuito cerrado formando malla, asegurando el caudal y la presión adecuada.

El análisis hidráulico se hará con el método de Hardy Cross u otro equivalen-te.

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10. Indique la norma del Reglamento nacional de Edificaciones que trata de las re-des de distribución de agua para consumo humano. Según dicha norma explique lo referente a:

DIÁMETRO MÍNIMO VELOCIDAD PRESIONES HIDRANTES CONTRA INCENDIO

Respuesta

La norma es la 0S.050. DIÁMETRO MÍNIMO

Diámetro mínimo en tuberías principales Para viviendas: 75 mm Para uso industrial: 150 mm

Casos excepcionales:

Diámetros de 50 mm con 100 m de longitud máxima si es alimentada por un solo extremo, o de 200 m si es alimentada por dos extremos.

Diámetro mínimo en abastecimiento para piletas: 25 mm.

VELOCIDAD

Velocidad máxima: 3 m/s. En casos justificados se aceptarán velocidades hasta de 5 m/s.

PRESIONES

La presión estática no será mayor de 50 m en cualquier punto de la red. En condiciones de demanda MÁXIMA HORARIA, la presión dinámica no será

menor de 10 m. La presión mínima a la salida de la pileta será de 3,50 m

HIDRANTES CONTRA INCENDIO

La distancia entre dos hidratantes no deberá ser mayor de 300 m. Los hidrantes se proyectarán en derivaciones de las tuberías de 100 mm de

diámetro o mayores y llevarán una válvula de compuerta.

11. Explique los criterios que se deben tener en cuenta para calcular la población para la vida económica un proyecto de ABASTECIMIENTO DE AGUA y que mé-todos se usan.

Respuesta

Algunos criterios para predecir el crecimiento poblacional para el proyecto de abaste-cimiento de agua son:

La tendencia al desarrollo de la ciudad Los censos de diferentes años que tienen el INEI.

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El análisis del crecimiento vegetativo La inmigración, etc.

Los métodos de cálculo poblacional son:

Método aritmético Método de interés simple Método de interés compuesto Método de la parábola Método de los incrementos variables Método de la curva variable

12. Qué norma del Reglamento Nacional de Edificaciones trata de sobre las redes

de aguas residuales. Explique brevemente el ALCANTARILLADO CONDOMINIAL. Respuesta

La norma es la OS. 070.

La presente norma tendrá vigencia en todo el territorio de la república del Perú sin importar el número de habitantes de la localidad.

La información topográfica incluirá un plano de lotización del asentamiento con curvas de nivel cada metro, indicando la ubicación y detalles de los ser-vicios existentes o cualquier referencia importante.

Secciones transversales: mínimo 3 cada 100 m en terrenos planos y mínimo 6

por cuadra, donde exista desnivel pronunciado entre ambos frentes de calle y donde exista cambio de pendiente.

Tubería Principal de Alcantarillado: diámetro nominal mínimo 160 mm.

Ramal Condominial de Alcantarillado: diámetro nominal 110 mm.

Los buzones estarán ubicados en el colector principal y serán Tipo Conven-cional

Diámetro: 1,20 m hasta 3 m de profundidad y 1,50 m para profundidades y el espesor de muros, solados y techo será de 0,20 m.

La tubería principal se proyectará en tramos rectos entre buzones. La separa-

ción máxima entre buzones será de 60 m para tuberías de 160 mm y de 80 m para tuberías de 200 mm. No se permitirán tramos curvos ó quebrados.

Se han usado en los distritos de Carabayllo, Manchay, etc.

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13. Explique el DIAGRAMA DE MASAS

Respuesta

Observando las descargas de un río, se nota que es cíclico y que presentan máximos y mínimos. Si la demanda del consumo es superior al mínimo se presenta un problema. Entonces es necesario elaborar un DIAGRAMA DE MASAS.

El diagrama de masas es un HIDRÓGRAFO que se elabora en un sistema de coordenadas rectangulares.

En el eje de las abscisas va el tiempo, en días, meses o años, y en el eje de las ordenadas van los volúmenes, en litros o metros cúbicos, etc.

Tabulando los datos obtenidos y uniendo los puntos con una línea continua se obtiene el hidrógrafo.

Para que sea útil, debe abracar por lo menos 20 años. En este periodo se po-drá notar las épocas de sequía para prever los almacenajes.

14. Explique la sección de MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA (MEH) en la construc-

ción de un canal. De ejemplos de algunas secciones de MEH. Respuesta

Uno de los factores que intervienen en los costos de construcción de un canal es el volumen de tierra por excavar, y este depende de la sección transversal del ca-nal.

Entonces, una sección es de máxima eficiencia hidráulica cuando para la misma área hidráulica, pendiente y calidad de las paredes del canal, deja pasar el máximo caudal posible. Ejemplos:

Sección rectangular: la base es el doble de la altura. Sección trapezoidal: es la mitad de un hexágono regular.

15. Explique el GOLPE DE ARIETE. De ejemplos.

Respuesta

El Golpe de Ariete es un fenómeno transitorio que se presenta en las condi-ciones a presión, en el que la tubería no se considera rígida y el líquido se trata como compresible.

Es frecuente que en las líneas de conducción por gravedad para abasteci-miento de agua, en las obras de toma de algunas presas y en los conductos de ali-mentación y desfogue en plantas hidroeléctricas se regule el gasto o se modifique bruscamente el movimiento del líquido circulante. Así se da inicio al GOLPE de ARIETE.

En general, el golpe de ariete aparecerá cuando, por cualquier causa, en una tubería se produzcan variaciones de velocidad, y esto produce variación de la pre-sión. El golpe de ariete se produce en: Cierre y Apertura de Válvulas. Arranque de Bombas. Detención de Bombas. Llenado inicial de tuberías.

Sistemas de Protección contra In-cendios.

Funcionamiento inestable de bom-bas.