MÁQUINAS HIDRAÚLICAS

MÁQUINAS HIDRAÚLICAS

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA

1. Datos de la asignatura

(Fecha última modificación: 21-07-17 22:05)
Código
106527
Plan
ECTS
6.00
Carácter
OBLIGATORIA
Curso
3
Periodicidad
Segundo Semestre
Área
MECÁNICA DE FLUIDOS
Departamento
Ingeniería Mecánica
Plataforma Virtual

Campus Virtual de la Universidad de Salamanca

Datos del profesorado

Profesor
José Antonio Barrios Simón
Grupo/s
1
Departamento
Ingeniería Mecánica
Área
Mecánica de Fluidos
Centro
E. Politécnica Superior de Zamora
Despacho
Edificio Politécnico (Nº 230)
Horario de tutorías
-
URL Web
-
E-mail
jabarrio@usal.es
Teléfono
980 54 50 00 – Ext. 3632

2. Sentido de la materia en el plan de estudios

Bloque formativo al que pertenece la materia.

Esta materia pertenece al módulo formativo III “TECNOLOGICA ESPECIFICA: MECANICA”, con 84 ECTS

Papel de la asignatura.

Una máquina es un transformador de energía. Una máquina absorbe energía de una clase y restituye energía de otra clase o de la misma clase pero transformada.

La aplicación más práctica de la Mecánica de Fluidos a la ingeniería es el diseño de máquinas. Entre ellas, las más numerosas son las que suministran energía a un fluido (bombas), aunque también son importantes las que extraen energía de él (turbinas). Ambos tipos de máquinas suelen estar unidas a un eje rotatorio, de donde proviene el nombre de turbomáquinas.

El objetivo de la asignatura de Máquinas Hidráulicas es conocer y comprender el movimiento del agua a través de conductos a presión (tuberías), así como el movimiento del agua en conduc­ciones abiertas (movimiento en régimen libre o en canales abiertos), algo que no se ha estudiado en la asignatura de Mecánica de Fluidos. Asimismo, es objeto de dicha asignatura realizar estimaciones ingenieriles sobre las actuaciones de las turbomáquinas. Se hará especial énfasis en los fluidos casi incompresibles: líquidos o gases a baja velocidad. También se tratarán los principios básicos, pero no la construcción detallada de las turbomáquinas.

Las turbomáquinas se dividen de forma natural en aquellas que añaden energía a un sistema (bombas) y aquellas que extraen energía de él (turbinas). El prefijo turbo es una palabra latina que denota “giro” o “rotación”, indicando que las turbomáquinas giran de algún modo.

El desarrollo de la Mecánica de Fluidos, y por tanto de las Máquinas Hidráulicas, que forman parte de ella, ha estado influenciada en toda su historia por el avance de otras disciplinas, como las Matemáticas y la Física y dentro de ésta de la Mecánica y de la Termodinámica, así como por el propio progreso de la civilización que la ha empujado hasta resolver los problemas que se iban planteando.

Perfil profesional.

Los conocimientos que se expondrán en la asignatura de Máquinas Hidráulicas son fundamentales para resolver problemas técnicos de cada una de las siguientes especialidades:

- Aprovechamientos hidroeléctricos: presas o centrales hidroeléctricas, para cuya construcción son necesarias muchas y variadas obras, máquinas y equipos hidráulicos.                                 

- Aprovechamientos industriales: circuitos hidráulicos existentes en diversas industrias, en otro tipo de centrales (térmicas convencionales, nucleares), e incluso en el interior de la maquinaria no fundamentalmente hidráulica (motores, circuitos de refrigeración, etc.).        

- Hidráulica sanitaria: abastecimientos de agua potable y alcantarillados, tanto públicos como domiciliarios.             

- Hidráulica agrícola: canales, acequias y demás obras destinadas a proporcionar riego a extensiones de terreno cultivable.

 

El líquido más abundante es el agua. Dondequiera que se necesite agua surge el problema de la captación, su conducción y su almacenamiento y utilización. No sólo es importante materia hoy, sino que seguirá siéndolo siempre, cualquiera que sea el avance de las otras ramas de la ciencia y la técnica, porque siempre se necesitará agua.

3. Recomendaciones previas

Se necesitarán conocimientos de Mecánica de Fluidos, Análisis Dimensional y Semejanza Hidráulica y manejo de diferentes sistemas de coordenadas y álgebra vectorial.

4. Objetivo de la asignatura

OBJETIVOS GENERALES

Los objetivos generales  son aquellos cuyo fin es la formación integral del individuo, tanto a nivel personal como de futuro profesional.

Los objetivos generales más importantes son la adquisición progresiva de capacidad de observación y de interpretación, la contribución al desarrollo del espíritu crítico y de la capacidad de transmisión de la información adquirida.

 

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Los objetivos específicos son aquellos que se dirigen exclusivamente a la formación del alumno en un área de conocimiento concreta, buscando el equilibrio entre una sólida base teórica, que le dote para la comprensión y aplicación, así como para facilitar la asimilación de las innovaciones, y una especialización técnico-práctica que le capacite para la resolución de problemas reales, le de criterios de relación y le permita enjuiciar, analizar y evaluar sus resultados.

Los objetivos específicos están reflejados en los contenidos del programa docente, y son en líneas generales:

                           

- Conocer y comprender el movimiento del agua a través de conductos a presión (tuberías), como introducción y base para el análisis de sistemas de tuberías.  

- Conocer y comprender el movimiento del agua en conduc­ciones abiertas (movimiento en régimen libre o en canales abiertos).  

- Adquirir la habilidad necesaria para resolver problemas prácticos.

- Adquirir los conocimientos necesarios para comprender el funcionamiento, estudio y construcción de la maquinaria a emplear en las obras hidráulicas (turbomáquinas en general, instala­ciones de bombeo y turbinas hidráulicas) que ha de construir e instalar el Ingeniero Mecánico en su ejercicio profesional.

 

Todos estos objetivos se pueden resumir de forma breve en:

 

- Conocimiento y comprensión del comportamiento de los fluidos en general, y del agua en particular, en su movimiento a través de conducciones en presión (tuberías) o de conducciones en régimen libre (canales), así como de sus resultados y consecuen­cias.

- Conocimiento y comprensión del comportamiento de las máquinas hidráulicas (bombas y turbinas hidráulicas), utilizadas en las distintas obras hidráulicas que se puedan construir, así como de sus resultados y consecuen­cias.

- Conocimiento y comprensión de la aplicabilidad de las Máquinas Hidráulicas a la realidad práctica de la Ingeniería Mecánica para la consecución de un adecuado desarrollo de las capacidades de Aplicación, Análisis y Valoración de los conocimientos adquiri­dos en el contexto práctico que su futuro ejercicio profesional le exige.

 - Desarrollo de las capacidades de Interpretación y Síntesis de la información que suministra la bibliogra­fía, los modelos reducidos y las obras y proyectos hidráulicos realizados; gracias al conocimiento global de la asignatura y de su aplicabilidad. 

- Aprendizaje y empleo correcto de la terminología hidráulica elemental, para el acceso y comprensión de la bibliografía básica y la correcta expresión de los conocimien­tos adquiridos.

5. Contenidos

Teoría.

SECCIÓN TEMÁTICA I: CONDUCCIONES EN PRESION

 

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES. Teorema de la continuidad. Teorema de Bernouilli. Generalización del teorema de Bernouilli. Teorema de la cantidad de movimiento.

PERDIDAS DE CARGA CONTINUAS, POR ROZAMIENTO. Ley general de Darcy-Weisbach. Coeficiente de fricción. Ábaco de Moody. Cálculo hidráulico de tuberías. Fórmulas empíricas: Fórmula de Chezy. Fórmula de Manning. Otras fórmulas empíricas.

PERDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS. Expresión general. Codos y válvulas. Estrechamientos. Ensanchamientos.

SISTEMAS DE TUBERIAS Y MODELOS DE REDES. Redes elementales: Confluencias, bifurcaciones, tuberías en paralelo. Redes ramificadas y redes reticuladas. Caudales de dimensionado. Cálculo de redes. Modelos matemáticos aplicados al cálculo de redes: aplicaciones prácticas, programas informáticos

POTENCIA DE UNA CORRIENTE FLUIDA. Bombeo, esquema general y potencia de la bomba, limitaciones de la altura de aspiración. Turbinas, esquema general y potencia.

MOVIMIENTO VARIABLE EN CONDUCCIONES. Fenómenos de oscilación en masa y golpe de ariete. Ecuaciones generales del golpe de ariete. Métodos aproximados de resolución del fenómeno del golpe de ariete. Chimeneas de equilibrio.

 

SECCIÓN TEMÁTICA II: MAQUINAS HIDRAULICAS

 

TURBOMAQUINAS. Fundamento y definición. Clasificación. Pérdidas de energía, potencias y rendimientos. Teoría elemental de las turbomáquinas. Semejanza en turbomáquinas.

BOMBAS HIDRAULICAS. Introducción. Clasificación de las bombas. Bomba centrifuga. Curvas características de las bombas. Rendimiento de las bombas según su velocidad específica y su tamaño. Proporciones y factores de diseño. Cavitación en bombas. Acoplamiento de bombas a la red (en paralelo y en serie).

TURBINAS HIDRAULICAS. Centrales eléctricas, tipos y clasificación de las centrales hidroeléctricas. Tipos más usuales de turbinas hidráulicas. Turbinas de acción (Turbinas Pelton). Turbinas de reacción. (Turbina Francis, Turbina Francis doble, Turbinas hélice, Turbinas Kaplan, Turbinas bulbo, turbinas Deriaz). Velocidad específica y semejanza en turbinas. Cavitación en turbinas. Diseño preliminar de turbinas. Rendimiento de las turbinas. Control de la turbina, telecontrol.

 

SECCIÓN TEMÁTICA III: CONDUCCIONES EN REGIMEN LIBRE

 

RÉGIMEN LIBRE CARACTERÍSTICAS Y CLASIFICACIÓN. Canales. Geometría de los canales. Influencia de la gravedad. Número de Froude.  Tipos de régimen: Régimen Lento, Régimen Crítico, Régimen Rápido.

ENERGÍA TOTAL Y ENERGÍA ESPECÍFICA. Energía total. Particularizaciones de las ecuaciones de continuidad y de la dinámica. Distribución longitudinal y transversal de velocidades. Distribución de presiones. Energía específica: estudio de distintas situaciones.

RESALTO HIDRÁULICO. Disipador de energía. Definición y calados conjugados. Resolución. Cálculo de la pérdida de energía y longitud del resalto.

RÉGIMEN UNIFORME. Particularización del Teorema de Bernoulli. Aplicación de la Fórmula de Manning. Curvas de capacidad o curvas de gasto en secciones simples. Flujo en secciones compuestas. Aplicaciones: estaciones de aforo. Analogía con secciones compuestas naturales, los ríos: Cauce central y llanuras de inundación.

6. Competencias a adquirir

Básicas / Generales.

CB1:Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio

CB2: Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.

CB3: Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.

CB4: Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

CB5: Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

Específicas.

CC-2. Conocimiento de los principios básicos de la mecánica de fluidos y su aplicación a la resolución de problemas en el campo de la ingeniería. Cálculo de tuberías, canales y sistemas de fluidos.

CE6. Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidos mecánicas.

7. Metodologías

ACTIVIDADES DE GRUPO GRANDE: Exposición, explicación y ejemplificación de los contenidos teóricos y resolución de problemas y/o casos prácticos

Metodología: Lección magistral y resolución de ejercicios con participación activa del alumnado y uso de herramientas multimedia de apoyo a la docencia.

Las clases de teoría serán clases de pizarra, donde el profesor exponga la problemática y los fundamentos de la materia a tratar, así como las formulaciones matemáticas y las expresiones de cálculo resultantes si ha lugar.

En las clases de prácticas de problemas el profesor planteará una serie de aplicaciones numéricas referentes a la materia teórica ya impartida. Los alumnos trabajarán en grupos resolviendo estos problemas para, posteriormente, indicar el profesor la forma de resolver el problema recopilando la información que, al respecto, proporcionen estos grupos.

 

ACTIVIDADES DE SEMINARIO/LABORATORIO: Resolución de casos prácticos y/o problemas. Exposición y defensa de trabajos

Metodología: Explicación personalizada en grupos reducidos sobre los conocimientos y aplicaciones mostradas en las clases teóricas y de problemas. Visitas a obras hidráulicas construidas (presas) y laboratorio del Esla.

Se realizará un seminario donde se presentará el funcionamiento de un programa informático para el cálculo de redes de distribución de agua en régimen permanente.

Por último, se realizarán una visita a una presa y otra al laboratorio de modelos reducidos de Ricobayo.

 

TUTORÍAS:

Metodología: Seguimiento personalizado del aprendizaje del alumno.

 

ACTIVIDADES NO PRESENCIALES: Estudio personal de teoría y problemas/prácticas. Elaboración de informes de prácticas, trabajos, y/o relaciones de problemas propuestos por el profesor.

Metodología: Estudio individualizado de los conocimientos teóricos y prácticos impartidos, trabajo personalizado y/o en grupo reducido sobre los conocimientos adquiridos en las clases teóricas y prácticas. Búsqueda de información bibliográfica. Elaboración de documentos técnicos. Uso de TIC’s. Análisis crítico de resultados.

 

REALIZACION DE EXAMENES: Evaluación de los conocimientos adquiridos por el alumno, a lo largo del curso, en: clases presenciales en grupo grande, prácticas de laboratorio, tutorías, seminarios y estudio personalizado.

Metodología: Se utilizarán dos medios para evaluar los conocimientos adquiridos por el alumno:

- Evaluación continua (pruebas parciales de conocimiento, ejercicios hechos en casa, practicas, informes y trabajos en grupo)

- Exámenes ordinarios y extraordinarios.

Tanto los exámenes ordinarios como los extraordinarios serán pruebas escritas, con una parte teórica y una práctica. La parte teórica constará de una serie de preguntas cortas a las cuales el alumno deberá contestar de forma razonada y justificando sus respuestas. En la parte práctica se propondrán algunos problemas prácticos, de análisis y de diseño, que el alumno deberá resolver numéricamente.

8. Previsión de Técnicas (Estrategias) Docentes

9. Recursos

Libros de consulta para el alumno.

WHITE, F.M. (1989).- "Mecánica de Fluidos". Ed. McGraw-Hill, Inc., U.S.A. 757 pp. + XIV.

STREETER, V.L. y WYLIE, E.B. (1988).- "Mecánica de los Fluidos. Ed. McGraw-Hill, Inc., U.S.A. 594 pp.+XI.

SHAMES, I.H. (1967).- "La Mecánica de los fluidos". Ed. McGraw-Hill, Inc., México. 592 pp.

GILES, R.V. (1990).- "Mecánica de los Fluidos e Hidráulica. Teoría y 475 Problemas Resueltos". Ed. Schaum-McGraw-Hill, Inc., Bogotá. 273 pp. + X.

AGÜERA SORIANO, J. (1996). “Mecánica de fluidos incompresibles y turbomáquinas hidráulicas”. Ed. Ciencia 3. S.A.

GARCÍA TAPIA, N. (1998). “Ingeniería fluidomecánica”. Ed. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Científico. Universidad de Valladolid.

MATAIX, C. (1986).- "Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas". Ed. del Castillo. Madrid. 660 pp.+ XXIII.

FRENCH, R.H. (1988).- "Hidráulica de Canales Abiertos". Ed. McGraw-Hill, Inc., México. 723 pp. + XI.

VEN TE CHOW, (1990).- "Hidráulica de los canales abier¬tos". Ed. Diana. México. 633 pp. + XV.

 

Otras referencias bibliográficas, electrónicas o cualquier otro tipo de recurso.

TEMEZ PELAEZ, J.R. ( - ).- "Hidráulica Básica". Ed. Servicio de Publicaciones de la Escuela de I.T.O.P. de Madrid. 241 pp.

OSUNA, A. (1991).- "HIDRAULICA. Hidráulica Técnica y Mecánica de Fluidos". Ed. Servicio de Publicacio¬nes de la E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid. 478 pp.

MARTINEZ MARIN, E. (2000).- "HIDRAULICA". Ed. Servicio de Publicacio¬nes del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid.

ESCRIBA BONAFE, D. (1988).- "Hidráulica para Ingenieros". Ed. Bellisco. Madrid. 726 pp. + XLVIII.

POLO ENCINAS, M. ( - ).- “Turbomáquinas hidráulicas”. (Ed. LIMUSA, México).

SANTOS SABRAS, F. ( - ).- “Bombas Hidráulicas, Turbinas Hidráulicas”

SEDILLE, M. ( - ).- “Turbomachines hidrauliques et termiques”  (ed. Marson)

KARASSIK, I.J. y CARTER, R. (1989).- "Bombas centrífugas". Ed. C.E.C.S.A., México. 560 pp.

HICKS, T.G. (1990).- "BOMBAS. Su selección y aplicación". Ed. C.E.C.S.A., México. 530 pp.

DEPARTAMENTOS TECNICOS DE URALITA S.A. (1987).- "Manual General      Uralita. Tomo II- Obra Civil". Ed. Paraninfo. Madrid. 445 pp.+ XIV.

10. Evaluación

Consideraciones generales.

La evaluación de la adquisición de las competencias de la materia se basará principalmente en el trabajo continuado del estudiante, controlado periódicamente con diversos instrumentos de evaluación, conjuntamente con un examen final.

Criterios de evaluación.

La evaluación del aprendizaje del alumno se basará en las actividades llevadas a cabo por el alumno y en un examen final escrito. El examen escrito constará de una parte teórica y una práctica. En la parte teórica se formularán una serie de cuestiones conceptuales (preguntas cortas), a las cuales el alumno deberá contestar de forma razonada y justificando sus respuestas. En la parte práctica se propondrán algunos problemas prácticos, de análisis y de diseño, que el alumno deberá resolver numéricamente.

 

Los porcentajes de la nota final, asignadas a cada una de las actividades formativas, en relación con las competencias a adquirir son los que se indica a continuación:

 

A. Examen final escrito (66,67 % Problemas, 33,33 % Teoría (preguntas cortas)), 50%

B. Pruebas parciales de conocimiento (66,67 % Problemas, 33,33 % Teoría (preguntas cortas)), 25%

C. Trabajos hechos en casa, 15%

D. Informes/trabajos en grupo, 5 %

E. Asistencia a clase 5 %

 

Para superar la asignatura es imprescindible y obtener al menos un 4 sobre 10 en el examen final escrito para promediar.

Instrumentos de evaluación.

Los instrumentos de evaluación se llevarán a cabo a través de diferentes actividades:

 

Actividades de evaluación continua:

• Se realizarán dos o tres pruebas parciales de conocimiento de la asignatura. Su calificación supondrá un 25 % de la nota final.

• Al finalizar cada tema se propondrán algunos problemas para entregar. Su calificación supondrá un 15 % de la nota final.

• Se plantearán una serie de informes y trabajos en grupo a lo largo del curso. Su calificación supondrá un 5 % de la nota final.

 

Examen final escrito:

• Se realizará en la fecha prevista en la planificación docente y tendrá una duración aproximada de 3 horas. Su calificación supondrá un 50 % de la nota final.

 

Además se valorarán positivamente los siguientes aspectos:

• Participación en clase y en las tutorías de la asignatura tanto presenciales como on line.

• Motivación e interés en las clases y el laboratorio.

Recomendaciones para la evaluación.

Para la adquisición de las competencias previstas en esta materia se recomienda la asistencia y participación activa en todas las actividades programadas y el uso de las tutorías, especialmente aquellas referentes a la revisión de los trabajos.

Las actividades de evaluación continua no presenciales deben ser entendidas en cierta medida como una autoevaluación del estudiante que le indica más su evolución en la adquisición de competencias y auto aprendizaje y, no tanto, como una nota importante en su calificación definitiva.

En particular es, altamente, recomendable:

- Estudiar la asignatura de forma regular desde el principio de curso.

- En todo momento la asistencia a las clases, tutorías y seminarios.

Recomendaciones para la recuperación.

Se realizará una prueba escrita de recuperación en la fecha prevista en la planificación docente.

La recuperación se basará en un examen escrito de similares características al examen final de la convocatoria ordinaria, también con un peso del 50 % en la calificación final.

Se mantendrán las calificaciones parciales en los apartados de pruebas parciales de conocimiento, resolución de problemas y participación en actividades no presenciales.

 

Se recomienda, particularmente:

- El estudio de la materia acompañado de realización de prácticas propuestas durante el curso.

- Usar las tutorías para clarificar y resolver las dificultades planteadas.

11. Organización docente semanal