miércoles, 23 de mayo de 2012
TEMAS
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
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
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.
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