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Introducción
Durante la historia la humanidad ha tratado de minimizar trabajos para
mejorar su calidad de vida es evidente que el trasporte de materias primas y
productos es impórtate como herramienta del desarrollo para una población,
desde los inicios de la humanidad los seres humanos hemos tratado de movilizar
recursos como el agua hasta lugares donde no llegan para así pasar de una
civilización ‡uvial a una más abierta de los ríos creando los primeros acueductos,
en la actualidad esto no es muy distinto necesitamos medios de transporte para
movilizar recursos como energía eléctrica, alimentos, gases, y también en la
industria para trasladar recursos como crudo gasolina, diésel que claro tiene
que ver mucho con nuestra vida cotidiana y más aun con nuestra calidad de
vida ya que al no contar con una infraestructura óptima para movilizar una
materia prima se ve re‡ejada en el costo de producción y en el bolcillo del
consumidor.
Objetivos
Brindarnos una visión de los métodos de transporte y su relación con la
ingeniera como motor de desarrollo en una sociedad.
elaboración y edición de texto cientí…co en el formato universal LaTeX
como compromiso de aprendizaje autónomo
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HISTORIA DEL TRANSPORTE
HIDRÁULICO
En la antigüedad los seres humanos andaban por el mundo detrás de los re-
cursos que asegurara su existencia e este estilo de vida se le denomina nómada
donde un sujeto se nueve con la disponibilidad de recursos de un lugar a otro no
fue sino hasta 4000 antes de cristo que el desarrollo de herramientas y la agri-
cultura hizo que se crearan grandes asentamientos denominadas civilizaciones
‡uviales donde el centro de su organización era los ríos y la agricultura todo
esto posible a la invención de los primeros mecanismos de transporte hidráulico
que se utilizaban para el riego de cultivos por medio de canales (zanjas) que
movilizaban el agua desde el rio hasta los lugares donde habían cultivos para
que fueran regados lo que genero un gran aumento de alimentos y ganado que a
su vez impulso el aumento de la población en dichas civilizaciones. Se desarrolló
la navegación con las ríos como su grandes autopistas auto pistas esta civiliza-
ciones se les llamo civilizaciones hidráulicas por que se desarrollaron al lado de
un rio e inventaron los primeros mecanismos de transporte de ‡uido entre las
que se catalogaron así fueron
Civilización Rio
India Indo
China Huang-ho
Mesopotamia Tigris y Eufrates
Egipto Nilo
Con el aumento de la población y pasar de una vida rural a urbana se au-
mentó la necesidad de llevar agua potable para el consumo humano a lugares
alejados de los ríos entonces surgen los acueductos el registro que se tiene del
primer acueducto es en el año de 691 A.C en Asiría era un sistema de abastec-
imiento de agua para la comunidad y llamado acueducto de Jerwan, el cual fue
construido por el Rey Senaquerib, tenía como función dotar de agua a la capital
de su reino, Ninive. Cerca de esta fecha, el rey de Juda (ahora Israel), Eze-
quías, plani…co y construyo un sistema de distribución de agua para la ciudad
de Jerusalén, para llevar agua a Nínive, con 48 Km de largo; el construido para
atravesar un valle de Jerwan, cuyo cauce fue de piedra y de medidas 262 m de
longitud, 21 m de anchura y 9 m de altura, para el que fueron necesarias en
su construcción más de dos millones de bloques de piedra maciza; el acueducto
de Jerusalén (en la misma época) que consistió en un túnel de 1.83 m de al-
tura y 355 de longitud, diseñado para protegerlo del ataque de los persas, los
trabajos se realizaron por dos bloques de obreros, uno a cada extremo, con el
…n de encontrarse en la mitad del túnel valiéndose de los sonidos, logrando su
objetivo.
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En el año 312 A.C por causa de la Segunda Guerra Samnita el imperio
romano a cargo de Apio Claudio se dio cuenta que el rio Tiber no alcanzaba a
suplir la demanda de líquido y que además hacía de la capital romana un lugar
vulnerable por la de…ciencia del líquido y su transporte esto obligo a roma a
construir su primer sistema de abastecimiento de agua conocido como el Agua
Appia que era un sistema de trasporte subterráneo de agua que se extendía por
16 Kilómetros aproximadamente los acueductos se convirtieron en una parate
importante de roma y una política de salud pública que se cree que es la que más
vidas ha salvado en la historia de la humanidad y además como una forma de
integrar al pueblo y darle categoría ya que el baño antes de los acueductos era
un lujo de nobles y ricos Roma empezó a ser letrinas o piscinas públicas con más
frecuencia, la conquista de roma a los pueblo griegos ocasiono que los romanos
adoptara sus inversiones para su bene…cio como el tornillo de Arquímedes que
servía para llevar agua de un punto a otro punto con más altura.
Se construyeron nuevos acueductos en romo pero para destacar está el del
año de 145 A.C. que fue construido por pretor, Marcio, qu es el primer acueducto
construido al nivel del suelo llamado el Acua Marcia , medía casi 92 Km. de
longitud y su fuente se encontraba a 37 Km. de Roma, durante 80 Km. discurría
por un canal abierto y al aproximarse a Roma corría por 111 arcos suspendidos;
como en la mayoría de acueductos romanos, el agua ‡uía por gravedad y por
esta razón no podía cortarse el suministro, el agua llegaba a 590 fuentes y 700
pilones, de donde el público la tomaba y con el sobrante se limpiaban las cloacas.
Roma aumento su infraestructura que llego a tener más de 10 acueductos y
un caudal de 135.000 m3 de agua por día tanta infraestructura fue descuidada
deteriorando la higiene ocasionando en Europa una asolada de peste y enfer-
medades. En latino América también existían acueductos construidos por in-
dígenas que Vivian en países como México (Azteca y Maya), Colombia (Tierra
dentro y Sinu) donde según expertos consistía el coger una guadua partida por
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la mitad donde se aprovechaba la forma de ella para hacer canales, todo esto
fue eliminado y todo registro de esto por los españoles en su afán de colonizar
a los pueblos haciendo de los pueblos un lugar vulnerable y fácil de someter.
Todos estos mecanismos a acepto del tornillo de Arquímedes funcionaban
por gravedad esto fue así hasta que en siglo XVII el matemático francés pascal
introdujo de forma analítica el llamado principio de pascal que di la pauta para
los gatos hidráulicos el principio de pascal trata de lo siguiente.
Se comprobó la siguiente relación:
f1
A1
=
f2
A2
donde:
f1 = Fuerza echa por mecanismo o persona.
f2 = Fuerza resultante.
A1 = Área del embolo que recibe el fuerza de la persona o mecanismo.
A2 = Área de embolo que se mueve por acción de la f1:
despejando a f2 tenmos:
f2 = f1
A2
A2
Lo que matemáticamente equivale a que entre más sea grande el área uno y
menor la dos la fuerza resultante será más grande al dejar constante a f y A
tenemos la siguiente gra…ca
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1 2 3 4 5 6 7 8 9
2
4
6
8
10
12
14
16
18
x
y
Donde x es igual a A2 y Y a f2
Pero este nuevo concepto no pudo ser aplicado de inmediato ya que para la
época el único ‡uido que se podía usar era el agua que por su relativa densidad
debería ser empleado con empaque muy precisos de los cuales no se disponían
en la época porque los que avían eran elaborados de cuero y cuerdas lo que
generaba fugas y cabe anotar que este nuevo descubrimiento funciona en un
sistema cerrado (que no permite fugas).
Llegando más a nuestro contesto el trasporte hidráulico está dividido en
trasporte de agua y de materias primas o simplemente transporte industrial,
con el surgimiento de la industria de los hidrocarburos y el descubrimiento del
primer pozo petrolero en 1859 Pennsylvania estados unidos surgio la necesidad
de transportar el crudo de una forma óptima, en el principio no fue fácil de-
sarrollar la infraestructura y se comenzó con algo fácil de hacer q consistía en
trocos de maderas huecos conectados con abrazaderas o pernos q cedían con las
…ltraciones del petróleo. Entre 1859 –1865 la industria del trasporte hidráulico
se puso en vista de las siderúrgicas que comenzaron a elaborar tubos en acero
colado, bombas, recipientes metálicos entre otras herramientas necesarias para
el desarrollo de los oleoductos.
En la décadas de los 60tas de 1800 se había empleado distintos métodos de
transporte del crudo como ferrocarriles en barriles o en barcazas pero esto no
fue impedimento para que se optara por el transporte hidráulico ya que a pesar
de su gran inversión en infraestructura el sistema no dependía de las condiciones
del medio ambiente lo cual garantizaba un ‡ujo constante del crudo y los gastos
de operación y mantenimiento erar bajos con respecto a los otras formas de
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transporte cualquier método forma de transporte hidráulico funciona de dos
formas una por gravedad y el otro es por bomba de centrifugado.
Transporte de ‡uidos por gravedad;
Primero pongámonos en contesto es evidente que la gravedad empuja las
cosas cuesta abajo pero y que esta fuerza por la altura da resultado a la energía
ponencia que es la energía q el sistema puede manejar en una condición ideal
la energía cinética es la deidad a la velocidad del ‡uido todo esto para dar a
conocer la ecuación de Bernoulli
Supongamos que tenemos un acueducto este funciona por graverdad por
ente donde se toma el agua es un punto más alto q adonde llega el líquido si
observamos el agua tiene una energía potencial q está dado por la gravedad
por la altura si analizamos esto como un sistema cerrado podemos mirar que
no hay una fuerza que se oponga al desplazamiento y una fricción baja que es
despreciable entonces decimos que la energía se conserva entonces la energía
potencial es igual a la cinética lo que garantiza que hay un desplazamiento en
función de la graverdad
v2
2
+ P + gz = constante
donde:
v = velocidad del ‡uido en la sección considerada.
= densidad del ‡uido.
P = presión a lo largo de la línea de corriente.
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g = aceleración gravitatoria.
z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
Pero esta no es la única fuerza que actúa sobre la tubería y el ‡uido si mi-
ramos en donde se toma el líquido se puede modelar como un ‡uido dentro de un
recipiente con un agujero esta lo estudio el matemático y físico italiano Torricelli
en el siglo XVII el cual utilizando la ecuación de Bernoulli pudo demostrar una
ecuación para determinar la velocidad de la salida de un ‡uido por un ori…cio
en función de la gravedad y la altura del ori…cio respecto al máximo nivel de
‡uido.
tenemos segun torricelli:
Vt =
s
2 g h +
2
0
2 g
Donde:
V = velocidad teórica del líquido a la salida del vori…cio.
0 = velocidad de aproximación o inicial.
h = distancia desde la super…cie del líquido al centro del ori…cio:
g = aceleración de la gravedad
Para velocidades de aproximación bajas, la mayoría de los casos, la expresión
anterior se transforma en:
Vr = C
p
2 g h
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Donde:
Vr = velocidad real media del líquido a la salida del ori…cio
C = coe…ciente de velocidad.Para cálculos preliminares en aberturas
podemos tomar C = 1 lo que lo que convierte la ecuacion en:
Vr =
p
2 g h
Experimentalmente se ha comprobado que la velocidad media de un chorro
de un ori…cio de pared delgada, es un poco menor que la ideal, debido a la
viscosidad del ‡uido y otros factores tales como la tensión super…cial, de ahí el
signi…cado de este coe…ciente de velocidad. Es obvio que este principio se ve
re‡ejado en q si la altura h es más grande saldrá con mayor velocidad.
Trasporte de ‡uidos por bombeo:
Es claro que en terrenos agrestes no se cuenta con una pendiente constante,
nosotros estamos familiarizados con estos conceptos ya que en Colombia está
situada en tres cordilleras de montañas, esto genera una forma de trasportar los
‡uidos por tubería por otra forma que sea capaz de mover estas masas por una
subida el primer dispositivo para elevar ‡uidos fue en tornillo de Arquímedes que
ya aviamos mostrado antes en la actualidad para esta tarea emulamos bombas
de ‡uidos las más populares es la bomba de centrifugado.
Sus partes son: Motor, rotor, transmisión o eje, carcasa, ori…cio de entrada
y ori…cio de salida.
Motor: Se le denomina motor a todo mecanismo que con vierte energía
eléctrica o de combustibles fósiles en trabajo o energía mecánica.
Rotor: Es la parte móvil de un mecanismo que modela un movimiento cir-
cular por ejemplo la hélice de un helicóptero.
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Transmisión: Es la parte móvil de un mecanismo encargado de transmitir o
entregar potencia o energía del motor al rotor por ejemplo una correa.
Carcasa: es el protector o cubierta de todo el mecanismo su función es la de
proteger y mantener cerrado el sistema para que la energía sea absorbida por el
‡uido.
Ori…cio de entrada y de salida: como su nombre lo indica son los o…cios por
donde entra y sale los ‡uidos.
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¿Cómo funciona?
La parte superior de la …gura anterior se encuentra el ori…cio de entrada
de succión por el cual pude entrar un gas o líquido, atraviesa hasta llegar a
un cono donde es succionada hasta la cámara del rotor donde es admitido por
una abertura y luego a las aspas del mismo lo encajona con la carcasa de la
bomba, a medida que avanza el rotor va proporcionándole energía al sistema y
va comprimiendo el ‡uido a medida que se acerca a la salida y por acción de
la energía trasmitida por el rotor al líquido este sale con una fuerza mayor a la
que entro.
Este forma de trasporte es muy utilizada en la industria de los hidrocarburos
donde una bomba impulsa a lo largo de una red que puede ser un oleoducto si lo
que lleva es son derivados del petróleo como diésel, Gasol, gasolina entre otros y
gasoducto si lo que lleva es gas pero en ocasiones el gas viene en estado líquido
por las condiciones de temperatura. También se usa en escala menor en fábrica
para desplazar insumos materias primas, desechos o simplemente agua pero en
esencia aplica los mismos principios
Observaciones de LaTeX:
Este nuevo lenguaje de escritura es muy complicado ya que cada atributo
que se le quiere agregar al texto debe ser con una etiqueta y comando por esto el
presente trabajo no tiene bibliografía porque al insertar el comando y compilar
el archivo me genero error y no hay un diccionario de comando que facilite
manejarlo, en cuanto la caligrafía y la presentación de las ecuaciones es muy
agradable visualmente y se nota la diferencia.
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