Guías Académicas

MECÁNICA DE FLUIDOS

MECÁNICA DE FLUIDOS

GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA

Curso 2022/2023

1. Datos de la asignatura

(Fecha última modificación: 18-05-22 10:17)
Código
106511
Plan
ECTS
6.00
Carácter
OBLIGATORIA
Curso
2
Periodicidad
Primer Semestre
Área
MECÁNICA DE FLUIDOS
Departamento
Ingeniería Mecánica
Plataforma Virtual

Campus Virtual de la Universidad de Salamanca

Datos del profesorado

Profesor/Profesora
Miguel Blanco González
Grupo/s
1
Departamento
Ingeniería Mecánica
Área
Mecánica de Fluidos
Centro
E. Politécnica Superior de Zamora
Despacho
230 - P
Horario de tutorías
Consultar: https://politecnicazamora.usal.es/tutorias/
URL Web
-
E-mail
miblan@usal.es
Teléfono
923 29 45 00 Ext.3632

2. Sentido de la materia en el plan de estudios

Bloque formativo al que pertenece la materia.

La asignatura pertenece al bloque de formación obligatoria de segundo año, vinculada al área de mecánica

Papel de la asignatura.

La Hidráulica, ciencia experimental por naturaleza, estudia el comportamiento de los fluidos (líquidos y gases) en su estado de reposo o movimiento; en él se relacionan las diversas propiedades físicas de los fluidos y los efectos sobre los patrones de flujo resultantes; así mismo, las fuerzas que se presentan dentro del fluido y entre el fluido y sus fronteras. Para cuantificar los resultados se aplican algunas de las leyes fundamentales de la Mecánica.

Perfil profesional.

Los conocimientos que se expondrán en la asignatura de Hidráulica 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 hidráulicas.
  • 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.).

3. Recomendaciones previas

Se requiere un conocimiento previo de las siguientes materias:

  • Variables físicas y mecánicas más habituales y sus unidades de medida en el Sistema Internacional
  • Conceptos físicos y mecánicos: centro de gravedad, momento estático y de inercia

Conceptos matemáticos: cálculo numérico, diferencial y análisis dimensional.

4. Objetivo de la asignatura

OBJETIVOS GENERALES:

  • Adquisición progresiva de la 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:

  • Conocer y comprender los principios y leyes fundamentales, conceptos básicos y métodos de trabajo de la Mecánica de Fluidos.
  • Conocer los fenómenos hidráulicos y la posibilidad de aplicarlos en forma rápida, fácil, segura, concreta, útil, precisa, con conocimiento de causa y mucho sentido común.
  • Conocer y comprender las variables que intervienen en cualquier fenómeno hidráulico.
  • Conocer y comprender el comportamiento de los fluidos, tanto en reposo como en movimiento, así como las leyes por las que se rigen.
  • 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.
  • Adquirir la habilidad necesaria para resolver problemas prácticos.

Adquirir conocimientos elementales sobre algunas de las importantes obras hidráulicas, así como sobre la maquinaria a emplear en dichas obras hidráulicas (instalaciones de bombeo y turbinas hidráulicas).

5. Contenidos

Teoría.

SECCIÓN I: GENERALIDADES

TEMA 01.- VARIABLES HIDRÁULICAS. Sistema de unidades y ecuación de dimensiones. Hidráulica. Coordenadas, velocidad y rugosidad. Densidad y peso específico. Presión. Módulo de elasticidad volumétrico. Viscosidad. Tensión superficial. Presión de vapor y cavitación. Análisis diferencial (ecuación general de la Hidráulica), análisis dimensional y semejanza hidráulica.

SECCIÓN II: HIDROSTÁTICA

TEMA 02.- DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES. EMPUJES. Distribución de presiones. Ecuación general de la Hidrostática. Empuje sobe superficies planas. Empuje sobre superficies curvas. Aplicación a casos prácticos.

TEMA 03.- EQUILIBRIO DE UN CUERPO SUMERGIDO. Principio de Arquímedes. Equilibrio de un cuerpo totalmente sumergido, subpresión. Equilibrio de un cuerpo parcialmente sumergido, flotación

SECCIÓN III: CINEMÁTICA

TEMA 04.- CONCEPTOS CINEMÁTICOS. Cinemática de fluidos. Línea de corriente, tubo de flujo, trayectoria y línea de traza. Tipos de régimen. Caudal. Teorema de continuidad. Aplicaciones.

SECCIÓN IV: HIDRODINÁMICA: CONDUCCIONES EN RÉGIMEN FORZADO

TEMA 05.- PRINCIPIOS FUNDAMENTALES. Hidrodinámica de fluidos. Teorema de Bernoulli: ecuación general, régimen permanente y fluidos perfectos, régimen permanente y fluidos reales, líneas de carga. Dispositivos de medida: piezómetro, tubo de Pitot y tubo de Prandtl. Número de Reynolds: movimiento laminar y movimiento turbulento. Capa límite.

TEMA 06.- PERDIDAS DE CARGA CONTINUAS. Concepto. Análisis dimensional. Evolución histórica de las fórmulas de pérdidas de carga continuas; Ley general de Darcy-Weisbach. Poiseuille, Von Karman, Nikuradse, Prandtl- Colebrook. Ábaco de Moody. Significado físico de la rugosidad. Variación de la rugosidad con el tiempo. Pérdidas de carga en conductos no circulares. Variación de las pérdidas de carga con la velocidad y con el diámetro.

TEMA 07.- PERDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS. Concepto. Panel de pérdidas de carga localizadas. Pérdidas de carga localizadas en un ensanchamiento. Sección de referencia. Coeficientes de pérdidas localizadas.

TEMA 08.- INTRODUCCIÓN A LAS TURBOMÁQUINAS: BOMBAS Y TURBINAS. Concepto de turbomáquina. Clasificación de las turbinas. Clasificación de las bombas. Curvas características de las bombas rotodinámicas: caudal- altura, potencia absorbida, rendimiento.

TEMA 09.- CÁLCULO DE REDES. EPANET. Tipos de redes. Cálculo de redes malladas; método de Hardy- Cross. Válvulas de control. Programa EPANET: módulo hidráulico, módulo de calidad. Ejemplos.

6. Competencias a adquirir

Básicas / Generales.

CG 1.- Capacitación científico-técnica para el ejercicio de la profesión de Ingeniero Mecánico y conocimiento de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, construcción, mantenimiento, conservación y explotación.

CG 2.- Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de la obras hidráulicas, en su maquinaria y equipos, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción y equipamiento, dentro del respeto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuarios de la obra hidráulica.

CG 3.- Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el ejercicio de la profesión de Ingeniero Mecánico.

CG 4.- Capacidad para proyectar, inspeccionar y dirigir obras, en su ámbito.

CG 5.- Capacidad para el mantenimiento y conservación de las máquinas y equipos hidráulicos y energéticos, en su ámbito.

CG 10.- Conocimiento de la historia de la ingeniería mecánica y capacitación para analizar y valorar el equipamiento de las obras hidráulicas en particular y la construcción en general.

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.

CE-9: Comprender los principios que gobiernan el comportamiento de los líquidos sometidos a presión y en régimen atmosférico y aplicarlos en el diseño y construcción de infraestructuras para su captación, canalización, depósito y aprovechamiento

Transversales.

CT-2: 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.

CT-4: Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

CT-5: Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

CT-6: Coordinarse y trabajar en equipo con otros profesionales y técnicos de formación afín.

7. Metodologías

  • 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.

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

  • Prácticas en laboratorio y resolución de casos prácticos y/o problemas. Exposición y defensa de trabajos.

Metodología: Explicación sobre los conocimientos y aplicaciones mostradas en las clases teóricas y de problemas.

Se llevarán a cabo una serie de PRÁCTICAS DE LABORATORIO, en el laboratorio de Hidráulica (017-A) en la que se trabajan los conceptos básicos de la asignatura mediante la utilización de equipos docentes e informáticos diseñados a tal efecto. Estas prácticas serán las siguientes:

  • Práctica 01.- Empuje sobre superficies planas
  • Práctica 02.- Altura metacéntrica
  • Práctica 03.- Altura de carga de un fluido en movimiento
  • Práctica 04.- Fenómeno de cavitación
  • Práctica 05.- Medidores de caudal
  • Práctica 06.- Pérdidas de carga por fricción en tuberías
  • Práctica 07.- Pérdidas de carga localizadas
  • Práctica 08.- Impacto de un chorro sobre diferentes superficies
  • Práctica 09.- Bombas centrífugas

En cada sesión de prácticas, los alumnos tomarán los datos necesarios para realizar los cálculos que se les propongan, los cuales estarán relacionados con los conceptos teóricos vistos en clase.

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.

  • Prácticas de campo:

Visitas a la ETAP (Estación de Tratamiento de Aguas Potables) y EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales) de Salamanca; en cursos alternos.

  • 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. Cumplimiento de cuestionarios específicos de cada uno de los temas tratados.

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. 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 (cuestionarios realizados on-line, prácticas de laboratorio, ejercicios, 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.

GARCÍA TAPIA, N. (2006).- “Ingeniería Fluido mecánica”. Ed. Universidad de Valladolid.

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

MARTÍNEZ MARÍN, E. (2000).- “Hidráulica”. Ed. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid.

WHITE, FRANK M. (2010).- “Mecánica de Fluidos”. Ed. McGraw-Hill

GILES, RANALD V. y otros (1999).- “Mecánica de los Fluidos e Hidráulica”. Ed. Schaum-McGraw-Hill, Inc.

DOUGLAS, J.F. (1991).´- “Problemas resueltos de Mecánica de Fluidos”. Ed. Bellisco.

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

SUAREZ LÓPEZ J. y otros (2005).- “Manual de conducciones URALITA: Sistemas de conducciones en infraestructuras, riego y edificación”. Ed. Thomson

HERNÁNDEZ MUÑOZ, A. y otro (2002).- “Manual de saneamiento URALITA: Sistemas de calidad en saneamientos de agua”.

URALITA DEPARTAMENTOS TECNICOS DE URALITA S.A. (1990).- “Manual General Uralita. Tomo II- Obra Civil”. Ed. Paraninfo. Madrid.

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

SHAMES, I.H. (1967).- “La Mecánica de los fluidos”. Ed. McGraw-Hill, Inc. México. FRENCH, R.H. (1988).- “Hidráulica de Canales Abiertos”. Ed. McGraw-Hill, Inc

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:

  1. Examen final escrito (70 % Problemas, 30 % Teoría), 70%
  2. Prácticas de laboratorio 15 %
  3. Cuestionarios on-line 10%
  4. Otros Trabajos y asistencia y participación en clase, 5%

Para superar la asignatura es imprescindible obtener al menos un 4 sobre 10, tanto en las prácticas de laboratorio como en el examen final escrito; así como un 5 de nota media final.

La no presentación a los exámenes escritos correspondientes a cada convocatoria tendrá la consideración de “NO PRESENTADO”

Instrumentos de evaluación.

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

  • Al finalizar cada tema se propondrá un cuestionario para completar on-line y/o problemas para entregar. Su calificación supondrá un 10 % de la nota final.
  • Se plantearán una serie de informes y trabajos en grupo a lo largo del curso. Su calificación supondrá, junto con la asistencia a clase y prácticas de campo, un 5 % de la nota final.
  • Se realizarán una serie de prácticas de Laboratorio cuya calificación supondrá un 15 % de la nota final.
  • Examen final escrito: Se realizará en la fecha prevista en la planificación docente y tendrá una duración aproximada de 4 horas. Su calificación supondrá un 70 % 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 70 % en la calificación final.

Se mantendrán las calificaciones parciales en las prácticas de laboratorio, cuestionarios on-line y trabajos realizados, asistencia a clase y prácticas de campo y la 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.