sistemas hidraulicos rivers

SISTEMAS HIDRÁULICOS.

La palabra hidráulica viene del griego ὑδϱαυλικός (hydraulikós) que, a su vez, viene de tubo de agua", palabra compuesta por ὕδωϱ (agua) y αὐλός (tubo). Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, usan dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua y aceite.

Cuando se escuche la palabra “hidráulica” hay que remarcar el concepto de que es la transformación de la energía, ya sea de mecánica ó eléctrica en hidráulica para obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el proceso.

TEMA I ASPECTOS GENERALES
I.1 Objetivos en el diseño y operación de los aprovechamientos hidráulicos.
los sistemas hidráulicos principalmente se basan en la generación y aprovechamiento de agua de manera física

Se puede consisderar como un recurso renovable y eso nos produce un recurso para la generación de energía muy importante ya que se representa económica y de forma de desarrollo social

I.2 Proceso de análisis.

Todo proceso hidráulico representa una planeación un análisis cuidadoso y una inversión para su mayor optimización y depende de la importancia de la obra

I.3 Importancia de la información hidrológica.

El diseño y construcción de las Obras Hidráulicas es necesario tener el conocimiento pleno de la información hidrológica puesto que es relevante para construir“ obras seguras, eficientes y de bajo Costo”. El término eficiente, significa obras con dimensiones óptimas y de funcionamiento adecuado, sin pérdidas de agua, desde luego; también, incluye la cultura que debe tener el ingeniero dedicado a las obras hidráulicas de ser extremadamente cuidadoso en las instalaciones que debe efectuar durante su permanencia en obra.
TEMA II ELEMENTOS DE INGENIERÍA ECONÓMICA

La naturaleza biambiental de la ingeniería

Los ingenieros poseen para tratar con el medio físico, un cuerpo de leyes físicas sobre las cuales basar sus razonamientos. Leyes tales como la ley de Boyle, la ley de Ohm, las leyes de Newton sobre el movimiento se desarrollaron principalmente recogiendo y comparando numerosas situaciones similares y usando luego un proceso inductivo. Estas leyes pueden emplearse luego por deducción en situaciones específicas. Están suplementadas por muchas fórmulas y hechos conocidos, todos los cuales permiten al ingeniero llegar a conclusiones sobre el medio físico y que abarcan los hechos dentro de límites cercanos. Se conoce mucho, con certeza, sobre el medio físico.

II.1 Beneficios, costos y actualización.
II.2 Eficiencia económica.

Eficiencia física y económica

Tanto los individuos como las empresas poseen recursos limitados lo cual hace indispensable producir los mayores resultados con un insume dado, es decir, operar con una alta eficiencia. Entonces, la búsqueda no es simplemente por una oportunidad buena o razonable para el empleo de uno recursos limitados sino por la mejor oportunidad.

El hombre está buscando continuamente la manera de satisfacer sus deseos y al hacerlo hace a un lado ciertas utilidades con el fin de obtener otras que él valora mejor. Este es, esencialmente, un proceso económico en el cual elobjetivo es la maximización de la eficiencia económica.

La ingeniería es principalmente una actividad productora que tiene su razón de ser en la satisfacción de los deseos humanos. Su objetivo es alcanzar el mayor resultado final por unidad de recursos gastados. Este es esencialmente un proceso físico cuyo objetivo es la maximización de la eficiencia física.

El objetivo de la utilización de la ingeniería es obtener el mayor resultado final por unidad de recursos entregados. La frase anterior es una expresión de la eficiencia física que puede enunciarse como sigue

Si el enunciado anterior se interpreta con suficiente amplitud, mide el éxito de las actividades de la ingeniería en el medio físico. Sin embargo, el ingeniero debe preocuparse por los dos niveles de eficiencia. En el primer nivel se encuentra la eficiencia física expresada como productos (salidas) divididos por insumes (entradas) de unidades físicas tales como Btu, Kilovatios y pieslibras. Cuando están involucradas estas unidades físicas, la eficiencia será siempre menor que la unidad o menor que el 100%.

En el segundo nivel están las eficiencias que se expresan en unidades económicas de resultados (salidas) divididas por unidades económicas de insumes (entradas) cada una expresada en términos de un medio de intercambio como el dinero. La eficiencia económica puede' expresarse como sigue valor

II.3 Criterios de decisión.

Se toma en cuenta una metodologia en la cual se realiza una evaluacion socioeconomica de los proyectos para determinar los ebneficios esperados por la sociedad que percibira con la construccion y ejecucion de dichas obras.

Esta metodologia incluye los costos directos e indirectos y las externilidades que hgenere el mismo proyecto para determinar el Valor Actual Neto Social de los beneficios futuros.

Considerando los beneficios potenciales de utilizar el agua embalsada para riego, agua potable, minería, hidro-generación eléctrica e infiltración, entre otras. Asi mismo los beneficios asociados a la defensa pluvial, control de crecidas, daño evitado y turismo.

II.4 Algunos indicadores económicos.

· Una inversion inicialmente elevada debido a la profundidad y amplitud de estudios.

· El largo periodo de maduración que requieren las obras de aprovechamiento hidráulico, siendo las inversiones iniciales significativamente elevadas por lo que es muy importante la correcta definición de sus características y dimensiones.

· Las obras se aprovechamiento hidráulico son irreversibles, muchas de estas no se pueden ampliar una vez ejecutado el proyecto.

· Todo cambio repercute en los costos de construcción y de mantenimiento.

· Este tipo de aprovechamientos requieren de una larga maduración.

· Los estudios deben tener alto grado de confiabilidad, es decir; el estudio debe ser amplio y profundo.

· Deben de ser proyectadas para ser seguras, eficientes y económicas.

TEMA III PROPÓSITOS

III.1 Irrigación, generación de energía, control de avenidas.

La disminución del agua potable, del agua de uso industrial o agrícola provenientes de la naturaleza, está asociado a altas concentraciones de población, por lo que se hace necesario que el estudio de los recursos hidráulicos superficiales y subterráneos este interrelacionado a esta problemática.

La transformación de este recurso renovable a no renovable, al producirse aguas residuales difíciles de volver a ser usadas, hace que se ponga especial atención a problemas que involucren, su explotación, su distribución y uso. Se requiere la creación y/o transferencia de metodologías y tecnologías que tengan énfasis en su uso, la eficiencia, sobreexplotación y contaminación.

Dichas metodologías y técnicas apoyarán en la toma de decisiones en el momento de planear y operar el recurso hidrológico. En dichas metodologías se debe considerar que las cuencas son explotadas y controladas para diversos fines (agricultura, suministro de agua potable, generación de energía eléctrica, control de erosión, control de inundaciones, hábitat natural de plantas y animales, etc.).

La creciente demanda de alimentos y desde luego de agua, nos hace pensar que llegará un momento que no exista recurso suficiente para satisfacer las demandas de la población, para esto se requiere de un uso eficiente y adecuado del agua para poder incrementar las áreas de cultivo y con ello incrementar la producción agrícola, también interviene la competencia de la creciente demanda de agua para otros usos, como es el caso del agua potable que también registra un incremento en la demanda debido al aumento de población.

III.2 Abastecimiento de agua para usos municipales e industriales.

Con el crecimiento de la población mundial la demanda de agua dulce a aumentado, si sumamos ha esto el crecimiento industrial, el tratamiento de aguas y efluentes se ha transformado en algo importantísimo para el desarrollo de esta sociedad.

Es por esta razón que se ha declarado al agua como un recurso escaso, de acuerdo a la ubicación y recursos económicos de los distintos países, estos adoptan distintas técnicas de tratamientos de efluentes y aguas. Por ejemplo, en países donde la energía es barata, se opta por tratamientos como la evaporación de aguas salobres, en otros países ricos en aguas subterráneas se opta por el tratamiento de intercambio iónico.

Con el desarrollo de la tecnología actual, se han creado nuevas alternativas para el tratamiento de aguas y efluentes, esta alternativa es la osmosis inversa la cual a tenido un desarrollo masivo en el campo de la desalación de aguas salobres, sobre todo en el campo industrial, reemplazando o complementando a los métodos anteriores, ya que es un método no excluyente de los otros. Y en algunos países se ha transformado en la única opción factible.

III.3 Control de calidad y agua y otros usos.

El control de calidad del agua consiste en un conjunto de actividades permanentes que tienen como resultado garantizar que el agua para consumo humano cumpla con los requisitos que establece la norma vigente de Calidad de Agua para Consumo Humano. El control de calidad es esencialmente unproceso estratégico de evaluación y control

Las principales etapas del control son la planificación, la verificación de la aplicación de los procedimientos establecidos y su evaluación, la verificación de los resultados y su evaluación, y la formulación y aplicación de medidas correctivas.

El control de la calidad del agua debe permitir no sólo constatar la calidad, sino también suministrar la información necesaria para llevar a cabo las medidas correctivas inmediatas o a mediano plazo, para que la calidad sea mantenida o efectivamente lograda. Es recomendable que el control de calidad del agua tenga un responsable y que sea asumida y coordinada por todas las áreas técnicas de la EPS.

Los usos del agua pueden clasificarse en dos grandes grupos:

· Usos extractivos o consuntivos que son aquellos que se extraen o consumen el agua de su lugar de origen como lo es: rios, lagos y aguas subterraneas.

· Usos no extractivos, in situ o no consuntivos que corresponden a los diversos usos que ocurren en el ambiente natural de la fuente de agua sin extracción o consumo del recurso.

III.4 Origen de las demandas y beneficios que se obtienen al considerarlos en el análisis.

Nuestros recursos hídricos están sometidos a una gran presión. Todavía se necesita más información fiable sobre la calidad y cantidad de agua disponible, y cómo esta disponibilidad varía en el tiempo y de un lugar a otro. Las actividades humanas influyen de muchas formas en el ciclo del agua y es necesario comprender y cuantificar sus efectos para conseguir una gestión responsable y sostenible de los recursos hídricos

TEMA IV APROVECHAMIENTO DE AGUAS SUPERFICIALES
CON PROPÓSITOS MÚLTIPLES

TEMA IV APROVECHAMIENTO DE AGUAS SUPERFICIALES CON PROPÓSITOS MÚLTIPLES

IV.1 Prioridades entre propósitos no complementarios.

Existen diversas organizaciones públicas y privadas están uniendo esfuerzos y creando asociaciones y multijurisdiccionales para enfocar estos problemas, comunidad por comunidad y cuenca por cuenca. Estos enfoques de cuenca seguramente darán como resultado una significativa restauración, mantenimiento y protección de los recursos hídricos. El enfoque de cuenca es un marco de referencia coordinado para el manejo ambiental que enfoca los esfuerzos de los sectores públicos y privados para enfrentar los problemas prioritarios dentro de áreas hidrológicas geográficamente definidas, tomando en cuenta tanto el agua subterránea como la superficial.

IV.2 Métodos convencionales de análisis.

En el ámbito doméstico, el agua que se usa es potable, esto es, apta para consumo humano. Sin embargo, el agua es utilizada en otras actividades como el lavado de ropa, de aceras y autos, aseo personal y de hogares, así como cocinar.

Para ser apta para consumo humano el agua requiere de una serie de tratamientos que se establecen acordes a su calidad inicial. La fuente de abastecimiento y las circunstancias en el sitio en particular son lo que definirán la calidad del agua de dicha fuente, las dificultades que tendrán que enfrentarse para hacerla potable y las complejidades de los tratamientos que se deberán aplicar para convertirla en inocua (una de las características principales que debe cumplir el agua para ser considerada apta para consumo humano).

Los procesos convencionales de filtración están precedidos por coagulación, floculación y sedimentación. Sin embargo, puede ser que el agua se someta a filtración directamente después de la coagulación y floculación y que los flóculos sean removidos directamente por los filtros. La filtración es una combinación de procesos químicos y físicos. La filtración mecánica remueve las partículas suspendidas porque las atrapa entre los granos del medio filtrante (por ejemplo, arena). La adhesión juega un papel importante dado que parte del material suspendido se adherirá a la superficie de los granos filtrantes o a material previamente depositado.

Existen diversos sistemas de filtración, como son: filtros lentos de arena, filtros de tierras diatomáceas, filtros directos, filtros empacados, filtros de membrana y filtros de cartuchos.

IV.3 Utilidad de la simulación.

Una de las tareas fundamentales para el manejo eficiente del agua, tanto para su aprovechamiento, como para evitar o mitigar los daños provocados por inundaciones y sequías, consiste en estimar de manera confiable el comportamiento de los escurrimientos.

Para poder cumplir con tal cometido se debe contar con una modernización de los sistemas de control de captura, procesamiento, distribución y consulta de datos, integrando así, una base de datos de gran utilidad para el desarrollo de Sistemas de Información Geográfica y Estadísticos; éstos últimos se pueden traducir en modelos matemáticos, específicamente, modelos de simulación hidrológica.

Es un entorno de desarrollo porque proporciona interfaces de usuario que facilitan el diseño de modelos o esquemas gráficos y matemáticos que representan los flujos de agua en una cuenca desde el punto de vista de cada uno de los problemas que se analizan. Los esquemas desarrollados se pueden llamar "sistemas de soporte a la decisión" porque facilitan el análisis de muchos problemas relacionados con la planificación hidrológica. Para cumplir estas funciones, necesariamente integra múltiples herramientas o programas diseñados para analizar diversos problemas relacionados con la planificación hidrológica.

IV.4 Aplicabilidad de la hidrología operacional.

Ante la acelerada disminución per cápita del recurso hídrico a nivel global y el consecuente crecimiento de la vulnerabilidad del abastecimiento alimentario de la población mundial, la teoría del desarrollo sostenible ha empezado a calar más hondamente en algunos estamentos responsables de la explotación de los sistemas de recursos hídricos. Éstos, según dicha teoría, deben tratarse dentro de una perspectiva a largo plazo, en la que se involucren de forma armónica el factor humano y medioambiental, realizando la toma de decisiones en condiciones de incertidumbre. En tal sentido, y al ser la escasez de agua la principal preocupación, un esquema idóneo para el análisis del comportamiento del sistema, consiste en la consideración de múltiples escenarios hidrológicos frutos.

Con éstos se busca prever las posiblies sequías, y poder así adoptar de forma anticipada medidas tendientes a mitigar sus efectos. El enfoque probabilístico se enmarca dentro de esa filosofía de trabajo, ya que permite efectuar la simulación de la gestión de un sistema de recursos hidrícos para múltiples series sintéticas de caudal, con el fin de estimar los probables estados futuros del sistema. La Hidrología Operacional dispone de varios modelos estocásticos, con los que se pueden obtener series futuras de caudales equiprobables a las históricas. No obstante, dentro de esos modelos de generación de series, los de mayor uso tienden a no reproducir de forma satisfactoria las características de las sequías históricas, entre otras propiedades.

IV.5 Teoría del almacenaje y análisis de rango.

Los criterios en cuanto a la gestión del uso múltiple del agua, los problemas y conflictos por los cuales atraviesan en el aprovechamiento del agua en forma compartida con otros usuarios y los objetivos que persiguen. Se considera también necesario que dentro del mismo país –y si es posible en más de un país– se haga un análisis comparativo de las experiencias y tentativas ya realizadas (en el pasado y en el presente) para la creación de dichas entidades, hayan o no tenido éxito.

Un aspecto especial que es altamente relevante para facilitar la ejecución de los procesos que permiten crear y consolidar una entidad de cuencas es que los mismos se inicien durante el período de construcción de las obras hidráulicas, sean éstas a cargo del Estado o del sector privado. En el presente es común apreciar que sólo cuando las obras se terminan se piense en un “plan director” para la gestión integrada de cuencas. Lo más grave es que no se asignan recursos para instalar el sistema operativo (que es mucho más que hacer un plan), incluyendo la necesidad de financiar obras complementarias de comunicación y sistemas de monitoreo.

TEMA V APROVECHAMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS.

V.1 Diferentes tipos de acuíferos.

El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de km². El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a lacontaminación y a la sobreexplotación.

Las formaciones de rocas saturadas capaces de dar cantidades útiles de agua son llamadas acuíferos. Los depósitos aluviales formados por grava suelta y arena que se encuentran en los valles pueden formar acuíferos altamente productivas que tienen un alto grado de saturación de agua. Aunque estos acuíferos pueden ser muy productivos, son por lo general superficiales y están comúnmente localizados dentro y debajo de los lechos de creciente de los ríos

V.2 Cuantificación del aprovechamiento.

Puede decirse que, en general, el agua subterránea es de mejor calidad y requiere menos tratamiento para su uso puesto que no acarrea sedimentos suspendidos, mientras que el agua superficial, por esa razón, requiere de tratamientos diferentes y más complejos para la remoción de esos sólidos suspendidos y sustancias asociadas.

En el caso de que la fuente de abastecimiento de agua es una fuente de agua subterránea, el suelo a través del cual pasa ésta en el acuífero actúa como un filtro natural que remueve la mayor parte de los sedimentos suspendidos acarreados por la lluvia

V.3 Estimulación de acuíferos.

En materia de agua en el Suelo de Conservación, existen una serie de circunstancias que inciden en la recarga del sistema acuífero y en la conservación de los recursos naturales, entre otras:

• Cuantificación parcial de las principales variables hidrológicas que promueve la falta de elementos para la predicción y pronóstico ante los eventos hidrometeorológicos (inundaciones) que impactan de manera periódica a la sociedad.

• Cambios en el uso del suelo (de forestal a agrícola y de agrícola a urbano) que incrementan la vulnerabilidad de erosión hídrica de los suelos y la pérdida de volúmenes de agua originalmente destinados a la recarga natural. Ésto no sólo tiene como consecuencia la pérdida del recurso forestal y agrícola, sino también el transporte y la sedimentación de sólidos que provocan el azolvamiento de presas y lagunas de regulación y de la misma red de drenaje.

• Demanda creciente del recurso agua, frente a una disponibilidad limitada dentro del Distrito Federal.

• Conocimiento parcial y falta de elementos para determinar las posibles consecuencias provocadas por el cambio climático

En el espacio geográfico que ocupa el área existen las condiciones que favorecen la eventual recarga del acuífero:

i) las características de la precipitación pluvial local;

ii) las propiedades de permeabilidad del sustrato, y

iii) la presencia de cubierta vegetal y suelos de bosque, como elementos esenciales para permitir la recarga. La combinación de los tres factores señalados le confieren al área una relevancia estratégica para la recarga del sistema acuífero. Las condiciones descritas, aunadas a otras unidades estratigráficas de baja permeabilidad, ofrecen posibilidades para considerar la eventual recarga del sistema acuífero.

V.4 Presas, galerías y túneles filtrados.

Túnel, pasaje, galería o calzada construida debajo de la tierra o del agua. Los túneles se utilizan para el tráfico de automóviles, trenes y suburbanos; para transportar agua, residuos, petróleo y gas; para desviar los ríos mientras se construye una presa, y con objetivos defensivos, tanto civiles como militares. Las galerías subterráneas son un conjunto de pasajes horizontales dispuestos en diferentes niveles, como en las minas. Las instalaciones para las centrales hidroeléctricas enclavadas sobre las rocas cercanas a las presas, también entran en

la categoría de túnel.

V.5 Nivel económico de explotación.

La vida de la gente y su sustento dependen del agua. La demanda de agua potable crece continuamente de acuerdo con el aumento de la población en el mundo. En muchas áreas del globo escasea el agua dulce para beber, esencial para la supervivencia; para prosperar hace falta que el abastecimiento de agua sea más seguro y más barato. Garantizar un aporte de agua para el consumo humano, industrial y agrícola, sería imposible si no fuera por el agua subterránea, la más extensa y fiable fuente de agua dulce entre todas las existentes. En muchas regiones, la mayor parte del agua de bebida es agua subterránea.

V.6 Aprovechamiento conjunto de recursos superficiales y subterráneos.

El gran número de variables, y la complejidad de los sistemas actuales de explotación de recursos, y mucho más los futuros, hace que las reglas de operación no sean evidentes, y se estén produciendo cambios substanciales de forma casi constante, aunque generalmente en un mismo sentido, la interdependencia entre los diferentes usos y aprovechamientos hacia nuevos sistemas cada vez más complejos, hacia un mayor aprovechamiento, impulsados por

la urgente necesidad de poner cada vez más rigor en la gestión. Todo ello nos indica que es preciso caracterizar y acotar las variables que intervienen en los sistemas de explotación, con el fin de facilitar la realización de estudios técnicos que avalen las soluciones que se adoptan, estructurales o de gestión.

Por el solo hecho de aumentar la demanda, la capacidad de embalse existente, al estar cada vez menos utilizada, es decir, los embalses más vacíos, permitirá ser utilizada para regular aportaciones no reguladas en la actualidad, sin necesidad de nuevas infraestructuras. En cambio, la garantía de las demandas implicadas se reducirá. El problema será determinar si la garantía resultante sigue siendo aceptable. Las dificultades serán mayores cuando intervienen factores coyunturales de tipo hidrológico, técnico, económico o, incluso, de oportunidad política. Cuando los recursos son abundantes en relación a las demandas, posiblemente no hará falta recurrir a nuevas soluciones técnicas para mantener la garantía. Cuando eso no ocurre así, será preciso buscar nuevas soluciones que la mantengan.

TEMA VI ANÁLISIS DE SISTEMAS DE APROVECHAMIENTOS HIDRÁULICOS
VI.1 Interacción y dependencia.
VI.2 Aplicabilidad en modelos matemáticos: análisis multivariado, programación lineal y programación dinámica.
VI.3 Exposición de algunos sistemas existentes y en estudio.