MACEDO JIMENEZ DIANA

ITZACATEPEC MONTOYA PEÑA RICARDO

MODELOS HIDRAULICOS
Indicador Valor Alcance

B 5  

C 5  

E 10  

Total  

FECHA: 13 / 03 / 2023
HIDRAULICA BASICA
 ¿QUÉ ES UN MODELO
HIDRÁULICO ?

Un modelo hidráulico es la construcción virtual de una red de

distribución de agua, que permite reproducir y prever el
comportamiento de la misma.

HIDRAULICA BASICA
 Describen matemáticamente el flujo en canales abiertos,
ríos, humedales, lagos, estuarios y zonas costeras.

También podemos utilizar modelos hidráulicos para

describir el flujo sobre las planicies de inundación, o a
través de estructuras hidráulicas como vertederos,
compuertas, alcantarillas, puentes, embalse, diques, etc.

HIDRAULICA BASICA
 APLICACIONES
Debido a que las simulaciones se producen bajo condiciones controladas de laboratorio, los modelos
hidráulicos tienen múltiples aplicaciones, tales como:
 Análisis de inundaciones y diseño de estructuras de control.
 Evaluaciones de caudales mínimos y sequías.
 Optimización de la operación de estructuras hidráulicas (ej. embalses, compuertas, bombas).
 Análisis de ruptura de la presa.
 Transporte de sedimentos en ríos, canales, humedales, estuarios, zonas costeras, puertos y otros
cuerpos de agua (en combinación con modelos de transporte de sedimentos).
 Estudios de morfología (en combinación con modelos de transporte de sedimentos).
 Estudios de intrusión salina (en combinación con modelos de calidad del agua)
 Estudios de calidad del agua y la ecología (en combinación con modelos de calidad del agua).
 Evaluación de impactos de vertimientos en corrientes superficiales.
 Diseño de sistemas de alerta tempranas para inundaciones y eventos de contaminación.
 Control en tiempo real de los sistemas de agua.

HIDRAULICA BASICA
 CLASIFICACIÓN

HIDRAULICA BASICA
 MODELOS FÍSICOS

Se caracterizan por se más accesibles y fáciles de

manejar que un proceso hidráulico real. Muestran un
comportamiento suficientemente aproximado a estos
procesos, de tal forma que los técnicos sean capaces de
prever que pasará en el prototipo en situaciones de
particular interés, mediante la observación del
comportamiento del modelo.

HIDRAULICA BASICA
 MODELOS ANALÓGICOS
Es la reproducción de un fenómeno en estudio de un
prototipo en un sistema físico diferente al original, pero que
aprovecha la similitud de las leyes matemáticas que
gobiernan el fenómeno en ambos sistemas. Es común que
uno de los dos fenómenos sea de menor dificultad, por lo
que éste se emplea para resolver el otro, ofrece la
posibilidad de resolver problemas hidráulicos, siendo los
más comunes:
 Analogía entre un flujo a través de medios permeables y
flujo laminar en capas delgadas.
 Analogía entre flujo laminar y flujo turbulento.
 Analogía entre un flujo a través de medios permeables y la
deformación de una placa elástica bajo carga.
HIDRAULICA BASICA
 MODELOS MATEMÁTICOS

Es el conjunto de hipótesis y relaciones de las variables que

describen un fenómeno, constituyen un modelo matemático
(ecuaciones), que conducen a un problema matemático a
resolver mediante técnicas matemáticas.
En la mayoría de los casos las ecuaciones que rigen los
fenómenos físicos a considerar no pueden resolverse
analíticamente, por lo que es necesario emplear métodos
aproximados mediante un proceso de computación, siendo
los más utilizados el de elementos finitos y el de diferencias
finitas.

HIDRAULICA BASICA
 ANÁLISIS DIMENSIONAL
El análisis dimensional es una herramienta que permite simplificar
el estudio de cualquier fenómeno en el que estén involucradas
muchas magnitudes físicas en forma de variables independientes.
En el campo de la hidráulica se observa que todos los fenómenos
dependen de tres magnitudes físicas fundamentales como son la
masa (M), la longitud (L), tiempo (T). Son fundamentales porque se
definen por si mismas y constituyen una propiedad de los cuerpos,
es decir definen su existencia.

HIDRAULICA BASICA
 APLICACIÓN DE LAS LEYES
DE SEMEJANZA AL DISEÑO
DE MODELOS FÍSICOS

HIDRAULICA BASICA
 La interpretación dada a los números
adimensionales o leyes de semejanza en
MODELOS DE donde existe una relación entra la fuerza de
SEMEJANZA inercia y la fuerza específica asociada a una
CONDICIONA propiedad del fluido o del flujo y el concepto
de semejanza planteado como la constancia
NTES DEL de dichos números en la transformación de
DISEÑO la escala en un modelo físico, permiten
determinar las condiciones de diseño de un
modelo que sea dinámicamente semejante
con su prototipo.
HIDRAULICA BASICA
 MODELO DE SEMEJANZA DE FROUDE
El número de Froude representa la razón entre las fuerzas de
inercia y las fuerzas gravitatorias, por tanto, para aquellos
prototipos en que el fenómeno están, principalmente determinados
por fuerzas gravitacionales se acepta que la condición de
semejanza dinámica este dada para el módulo Fr=1 siendo Fr la
relación de los números de Froude entre el modelo y el prototipo,
lo que implica que las demás escalas están gobernadas por esta
relación.

HIDRAULICA BASICA
 MODELO DE SEMEJANZA DE REYNOLDS

El número de Reynolds expresa la razón entre las fuerzas de inercia y

las fuerzas de fricción interna debido ala viscosidad. Existen muchos
fenómenos que están determinados principalmente por esta razón, tal
es el caso del flujo en régimen laminar en presión o superficie libre.

HIDRAULICA BASICA
 MODELO DE SEMJANZA DE WEBER

El número de Weber representa el efecto de la tensión superficial

entre líquidos y gases y entre dos líquidos, por ser la fuerza de
origen molecular, la fuerza resulta significativa solo cuando las
dimensiones del flujo son pequeñas.

HIDRAULICA BASICA
 Para asegurar que el modelo represente
PRINCIPIOS adecuadamente al prototipo, es necesario
DE SIMILITUD que aquel sea mecánicamente similar con
EN MODELOS éste, es decir, exista similitud geométrica,
FISICOS cinemática y dinámica, además de las
similitudes relacionadas con los sedimentos.

HIDRAULICA BASICA
 SEMEJANZA GEOMÉTRICA
Esta similitud es independiente de la clase de movimiento y
contempla sólo similitud en la forma. La propiedad característica de
los sistemas geométricamente similares ya sea figuras planas,
cuerpos sólidos o modelos de flujo, es que la relación de cualquier
longitud en el modelo con respecto a la longitud correspondiente en
el prototipo es en todas partes igual. Esta relación se conoce como
factor de escala.

HIDRAULICA BASICA
 Pudiéndose obtener escalas de áreas y volúmenes cuyos
vales fijos son:

𝐿𝑃 =𝐿𝑒 𝐿𝑚
Donde:
Longitud del prototipo
Su longitud homologa en el
modelo
Su escala de longitudes

HIDRAULICA BASICA
 SEMEJANZA CINEMÁTICA
En los modelos hidráulicos, la condición de semejanza
cinemática se cumple cuando, en los campos de flujo del modelo
y prototipo, la relación de velocidades en puntos homólogos es
una constante. Esto equivale a sostener que la geometría del
patrón de flujo en ambos sistemas es idéntico.

HIDRAULICA BASICA
 El cumplimiento de este tipo de semejanzas obliga a que
haya similitud geométrica; cuando ambas se cumplen, las
direcciones del flujo en puntos homólogos del prototipo y
modelo son semejantes, es decir, la forma de las líneas de
corriente es la misma en modelo y prototipo.

Donde:
Ve= Escala de velocidades
Te= Escala de tiempos

HIDRAULICA BASICA
 SEMEJANZA DINÁMICA
La semejanza dinámica entre modelo y prototipo se consigue cuando la
relación de fuerzas homólogas en puntos homólogos es una constante, lo
cual se expresa mediante relación:

Por inferencia con la hidráulica de modelos, en la hidrología morfo métrica

adimensional deberá identificarse en las leyes adimensionales de los
sistemas hidrológicos alto andinos el parámetro adimensional que sea el
mejor referente de las fuerzas hidrodinámicas energéticas y/o degradantes.

HIDRAULICA BASICA
 EFECTOS DE ESCALA
El efecto de escala hace referencia a una disminución de la
resistencia y las propiedades de deformación, todo a medida que se
va incrementando el volumen.
Las condiciones que no se cumplen de la semejanza mecánica en los
modelos donde las razones de la magnitud de la transformación
adoptada existen fuerzas que cobran importancia, se les denomina
“efectos de escala”; las fuerzas moleculares que son, por lo general,
insignificantes en el prototipo y que, en cambio, por el reducido
tamaño del modelo se hacen relevantes los fenómenos observados.
Estas fuerzas se les asocian con las fuerzas capilares derivadas de la
tensión superficial y con las fuerzas viscosas o de fricción interna.

HIDRAULICA BASICA
 CALIBRACIÓN
La calibración tiene un significado de utilizar una medición estándar,
para la determinación de una relación entre un valor mostrado por un
instrumento de medición y el valor verdadero.
Si queremos que el modelo en estudio tenga las cualidades del
prototipo, es necesario verificar si es efectivo para la reproducción del
mismo o en caso contario realizar cambios para superar aquello que
discrepe con lo que debe ser. Por ello es esencial la calibración, ya
que consiste en adecuar las condiciones y las características físicas
e hidráulicas.
En el caso de cauces naturales, la calibración consta de un proceso
iterativo en el cual se va, modificando la rugosidad del cauce hasta
llegar a ser equivalente con lo ideal del modelo del prototipo, en
secciones de medición establecidas a el prototipo.
HIDRAULICA BASICA