MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA
GRADO EN INGENIERÍA DE LA ENERGÍA Y RECURSOS MINERALES
Curso 2023/2024
1. Datos de la asignatura
(Fecha última modificación: 18-04-23 17:36)- Código
- 106116
- Plan
- 2022
- ECTS
- 6.00
- Carácter
- OBLIGATORIA
- Curso
- 2
- Periodicidad
- Segundo Semestre
- Área
- INGENIERÍA HIDRÁULICA
- Departamento
- Ingeniería Cartográfica y del Terreno
- Plataforma Virtual
Datos del profesorado
- Profesor/Profesora
- Santiago Zazo del Dedo
- Grupo/s
- 1
- Centro
- -
- Departamento
- Ingeniería Cartográfica y del Terreno
- Área
- Ingeniería Hidráulica
- Despacho
- -
- Horario de tutorías
- -
- URL Web
- -
- Teléfono
- -
2. Sentido de la materia en el plan de estudios
Bloque formativo al que pertenece la materia.
Materias Obligatorias. Asignaturas de Ingeniería de Recursos Hídricos; Hidrogeología; Hidrología superficial
Papel de la asignatura.
Pretende conocer los conceptos fundamentales de la Mecánica de Fluidos con especial atención a la Hidráulica
Perfil profesional.
El seguimiento correcto de esta asignatura permitirá alcanzar al alumnado una formación sobre la Mecánica de fluidos y la Hidráulica básica de interés para su ejercicio profesional, tanto desde el punto de vista profesional, como desde el punto de vista investigador.
3. Recomendaciones previas
Se necesitarán conocimientos de las materias Matemáticas, Física, Expresión gráfica, Informática, Materiales de construcción.
4. Objetivo de la asignatura
OBJETIVOS GENERALES
La asignatura de MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA, está orientada a adquirir los conocimientos necesarios del comportamiento físico del agua, para el dimensionado de conducciones para el transporte de volúmenes de agua, a presión o en régimen libre. La asignatura pretende sentar las bases para poder abordar con facilidad el resto de las asignaturas que constituyen la Ingeniería Hidráulica en los campos de la Ingeniería de Recursos Hídricos, Ingeniería de Minas y las Obras Públicas.
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 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, y más concretamente de los líquidos, en reposo.
- Conocer y comprender el comportamiento de los fluidos en movimiento, así como las leyes por las que se rige dicho movimiento.
- 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.
- Conocer y comprender las leyes que condicionan y regulan la circulación y distribución del agua sobre la Tierra, así como los efectos que de ello se derivan para la vida y los intereses humanos.
- Adquirir conocimientos elementales sobre algunas de las importantes actuaciones hidráulicas que ha de conocer el Ingeniero de Minas, así como sobre la maquinaria a emplear en dichas obras hidráulicas (instalaciones de bombeo y turbinas hidráulicas).
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, tanto en reposo como en movimiento, así como de sus resultados y consecuencias.
- Conocimiento y comprensión de la aplicabilidad de la Hidráulica a la realidad práctica de la Ingeniería Civil 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.
TEORÍA Y PROBLEMAS (6 ECTS)
SECCIÓN TEMÁTICA 1.- INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA
TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA
1.1 Hidráulica: definiciones
1.2 Magnitudes y Sistema de Unidades
1.3 Peso y masa
1.4 Propiedades de los fluidos:
1.4.1 Peso y densidad específica o absoluta y densidad relativa
1.4.2 Compresibilidad
1.4.3 Presión
1.4.4 Viscosidad: dinámica y cinemática
1.4.5 Tensión superficial, adherencia con las paredes, capilaridad
1.4.6 Tensión de vapor. Cavitación
1.4.7 Temperatura y variables termodinámicas
SECCIÓN TEMÁTICA 2.- HIDROSTÁTICA
TEMA 2. DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES
2.1 Hidrostática: definición
2.2 Principio de Pascal. Propiedades de la presión hidrostática: dirección e intensidad.
2.3 Ecuación general de la hidrostática
2.4 Presiones en líquidos: propiedades
2.5 Presión sobre superficies planas
2.6 Presión sobre superficies curvas
TEMA 3. SUMERGENCIA Y FLOTACIÓN
3.1 Principio de Arquímedes: Estabilidad de cuerpos flotantes y sumergidos
3.2 Fuerza de flotación o de boyamiento
SECCIÓN TEMÁTICA 3. HIDROCINEMÁTICA
TEMA 4.HIDROCINEMÁTICA: CONCEPTOS FUNDAMENTALES
4.1 Cinemática de los fluidos incompresibles
4.2 Conceptos fundamentales: Línea de corriente, Tubo de Corriente, Filete de corriente, Trayectoria, Línea de Traza
4.3 Descripción del movimiento: Método de Lagrange y de Euler
4.4 Tipos de flujo
4.5 Caudal
4.6 Ecuaciones fundamentales
4.7 Ecuación de continuidad
SECCIÓN TEMÁTICA 4.- HIDRODINÁMICA
TEMA 5.HIDRODINÁMICA DE LOS FLUIDOS PERFECTOS
5.1 Conceptos fundamentales
5.2 Teorema de Bernouilli para fluidos perfectos
5.3 Aplicaciones del Teorema de Bernouilli
5.4 Potencia teórica de una máquina hidráulica
5.5 Fuerzas hidrodinámicas: ecuación de la cantidad de movimiento o teorema del impulso en el flujo permanente
5.6 Presión estática y presión dinámica
TEMA 6. HIDRODINÁMICA DE LOS FLUIDOS REALES
6.1 Concepto de pérdida de carga
6.2 Tipos y dimensiones físicas de las pérdidas de carga
6.3 Teorema de Bernouilli generalizado
6.4 Perfil hidráulico: elementos fundamentales
6.5 Aplicación del Teorema de Bernouilli generalizado
6.6 Suministro o absorción de energía en un sistema. Potencia real de una máquina hidráulica.
SECCIÓN TEMÁTICA 5.- FLUJO EN RÉGIMEN A PRESIÓN
TEMA 7. ESTUDIO DEL MOVIMIENTO TURBULENTO EN TUBERÍAS: PÉRDIDAS DE CARGA EN RÉGIMEN PERMANENTE Y UNIFORME
7.1 Orígenes de la turbulencia. Movimiento medio y fluctuación en el flujo turbulento permanente
7.2 Noción de capa límite y de subcapa laminar
7.3 Rugosidad absoluta y relativa de las tuberías
7.4 Pérdidas de carga continua en régimen turbulento permanente y uniforme
7.5 Coeficiente de fricción de Darcy-Weisbach
7.6 Comportamiento hidrodinámico de las tuberías: influencia de la rugosidad en la distribución de velocidades en una sección transversal
7.7 Fórmulas experimentales para el coeficiente de fricción
7.8 Fórmulas prácticas para el cálculo de pérdidas de carga continuas
TEMA 8. PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
8.1 Introducción
8.2 Longitud equivalente de conducción
8.3 Cálculo de pérdidas de carga localizadas
8.4 Métodos aproximados para evaluar las pérdidas de carga localizadas
8.5 Fórmula general para el cálculo de la pérdida de carga total en una tubería
TEMA 9. TUBERÍA ÚNICA Y MODELOS DE REDES ELEMENTALES
9.1 Introducción y planteamiento general a tubería única
9.2 Variables fundamentales
9.3 Línea de energía en régimen uniforme. Representación gráfica del perfil hidráulico.
9.4 Modelos de problemas elementales: sección constante, diferentes secciones, variación gradual de la sección, variación del caudal, singularidades.
9.5 Sifones: cálculo de sifones
9.6 Modelo de redes elementales:
TEMA 10. CORRIENTES LÍQUIDAS EN TUBERÍAS A PRESIÓN. PARTE I
10.1 Generalidades
10.2 Cálculo de tuberías
10.3 Posición de la línea piezométrica respecto al perfil altimétrico de la tubería
10.4 Representación gráfica de las pérdidas de carga en una conducción
10.5 Descarga a la atmósfera por válvula o por tobera en su extremo de tubería simple
10.6 Conductos con toma intermedia
10.7 Conducto alimentado por ambos extremos
10.8 Circulación entre tres depósitos
TEMA 11. CORRIENTES LÍQUIDAS EN TUBERÍAS A PRESIÓN. PARTE II
11.1 Tuberías con distribución uniforme y discreta de caudales
11.2 Tuberías con distribución continua de caudal
11.3 Confluencia de tuberías
11.4 Bifurcaciones en tuberías
11.5 Tuberías ramificadas
11.6 Resolución de problemas de tuberías mediante el ábaco de Moody
11.7 Resolución de problemas de tuberías mediante las tablas de Prandtl-Colebrook
TEMA 12. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE: CÁLCULO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN
12.1 Aproximación a la red: datos previos
12.2 Caudales de cálculo
12.3 Presiones de servicio
12.4 Diámetros mínimos
12.5 Velocidades recomendadas en tuberías
12.6 Redes de Distribución
12.7 Cálculo de redes ramificadas
12.8 Cálculo de una red en malla: método de Hardy-Cross
TEMA 13. ELEVACIÓN DE LÍQUIDOS MEDIANTE BOMBAS HIDRÁULICAS
13.1 Elevación de líquidos mediante bombas hidráulicas
13.2 Altura manométrica de una elevación
13.3 Potencias y rendimientos de la bomba y del motor de accionamiento
13.4 Pérdidas de energía de una bomba: rendimientos
13.5 Diámetro más rentable de una impulsión
13.6 Clasificación de bombas hidráulicas
13.7 Bombas rotodinámicas o turbobombas
13.8 Velocidad específica
13.9 Clasificación de las bombas rotodinámicas según su velocidad específica
13.10 Cavitación
13.11 Curvas características
TEMA 14. TURBINAS
14.1 Aprovechamiento de la Energía hidráulica: saltos de agua
14.2 Potencia del salto
14.3 Nociones sobre turbinas hidráulicas
14.4 Velocidad específica de una turbina
TEMA 15. CÁLCULO DEL GOLPE DE ARIETE EN TUBERÍAS DE PRESIÓN
15.1 Movimiento variable de los líquidos en tuberías: golpe de ariete
15.2 Cálculo de Michaud y Jouguet
15.3 Golpe de ariete: descripción física
15.4 Determinación de le celeridad
15.5 Cálculo del golpe de ariete en tuberías de circulación por gravedad
15.6 Cálculo del golpe de ariete en tuberías de impulsión
15.7 Prevención del golpe de ariete
SECCIÓN 6 TEMÁTICA.- FLUJO EN RÉGIMEN LIBRE
TEMA 16. INTRODUCCIÓN:FLUJO EN RÉGIMEN LIBRE
16.1 Corrientes líquidas en canales
16.2 Tipos de flujos
16.3 Estado de Flujo: Influencia de la viscosidad y de la gravedad
16.4 Regímenes de flujo
16.5 Canales abiertos y sus propiedades
TEMA 17. PRINCIPIOS DE ENERGÍA Y MOMENTUM
17.1 Introducción
17.2 Movimiento uniforme en un canal rectangular
17.3 Energía específica en un canal rectangular
17.4 Energía específica en canales de cualquier forma
17.5 Efectos de la variación de sección en un canal rectangular en el que permanecen constantes la energía y el caudal
17.6 Propiedades del calado crítico
TEMA 18. FLUJO PERMANENTE Y UNIFORME EN CANALES
18.1 Introducción: Ecuación general del movimiento permanente y uniforme en canales
18.2 La ecuación de Chezy. Cálculo del factor de resistencia de Chezy
18.3 Fórmulas prácticas para la determinación de la pérdida de carga: fórmula de Manning. Selección del coef. de rugosidad de Manning
18.4 Estudio de las secciones transversales
18.5 Curvas de capacidad en secciones simples en régimen uniforme
18.6 Flujo en secciones compuestas
6. Competencias a adquirir
Específicas.
CE 1.- Conocimiento teórico y práctico de las propiedades físico-químicas y mecánicas del agua, así como del comportamiento hidrostático e hidrodinámico del agua en diferentes medios.
CE 2.- Capacidad para aplicar los conocimientos del comportamiento hidráulico a diferentes ambientes y escenarios de aplicación.
Transversales.
CT1- Los estudiantes podrán adquirir y desarrollar la comprensión del conocimiento 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.
CT2- Los estudiantes serán capaces de aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional e investigadora, desarrollando 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.
CT3 – Los estudiantes desarrollarán aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
CT4. Los estudiantes adquirirán habilidades para el trabajo profesional e investigador en el ámbito de la Ingeniería de Recursos Hídricos a nivel nacional e internacional.
7. Metodologías
Los temas correspondientes de la asignatura se impartirán mediante clases teóricas presenciales, donde se irán exponiendo cada uno de los distintos temas mediante la explicación teórica y práctica de los problemas propuestos, proyección de transparencias y uso de la pizarra tradicional, procurando trasladar al alumno a la realidad. Durante el curso se encomendarán una serie de ejercicios prácticos, cuya realización es obligatoria.
Es importante destacar el papel de las tutorías personalizadas dentro de las horas asignadas a tal efecto por el profesor, en las que el alumno, podrá resolver aquellas dudas que le puedan surgir en su estudio o en la realización de los problemas.
8. Previsión de Técnicas (Estrategias) Docentes
9. Recursos
Libros de consulta para el alumno.
Libros de consulta para el alumno:
AGÚERA SORIANO, J.- MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS.- E. CIENCIA 1986
ESCRIBÁ BONAFÉ, D.- HIDRÁULICA PARA INGENIEROS.- BELLISCO 1996BRATER EF, KING HW, WEI CY. HANDBOOK OF HYDRAULICS. SEVENTH EDITION MCGRAW HILL,1996.
GONZALEZ FARIÑAS, JUAN EUSEBIO. SELECCIÓN DE TEMAS DE HIDRÁULICA. UNIVERSIDAD DE LA LAGUNA, 2004
LÁZARO LOPEZ ANDRÉS. MANUAL DE HIDRÁULICA. UNIVERSIDAD DE ALICANTE
PULIDO CARRILLO.- J.L..- PROBLEMAS DE HIDRÁULICA BÁSICA.- SPICCP, 2000
SIMARRO GRANDE GONZALO. FUNDAMENTOS DE HIDRAULICA, UNIVERSIDAD DE CASTILLA LA MANCHA, 2006
STREETER, V.L, BENJAMIN WYLIE E., BEDFORD, KW MECÁNICA DE FLUIDOS. NOVENA EDICIÓN. EDICION ESPAÑOLA
TEMEZ PELAEZ, JOSE R.- HIDRAULICA BASICA.- EUITOP. 1977
VEN TE CHOW.- HIDRÁULICA DE LOS CANALES ABIERTOS.- Editora: Martha Edna Suárez R. 1994
10. Evaluación
Consideraciones generales.
La evaluación de la adquisición de las competencias de la materia se realizará mediante una evaluación continua que considerará todas las actividades que se desarrollan con una evaluación separada de las prácticas. Se realizará, también, una prueba parcial de materia y otra final en la que el alumno deberá demostrar los conocimientos y competencias adquiridas a lo largo del curso.
Por tanto, la evaluación constará de varias partes que son; la evaluación del trabajo continuo, el examen parcial y final.
Criterios de evaluación.
• Primer parcial (40 %)
• Segundo parcial (40 %). Realización exclusivamente del segundo parcial, en los exámenes correspondientes a las convocatorias oficiales finales, para los alumnos que hayan superado la materia del primer parcial.
• Trabajo continuo (20 %)
En los exámenes parcial y final la parte teórica se puntuará con cuatro puntos y los problemas seis puntos sobre diez. La evaluación correspondiente al examen parcial y final tendrá lugar en las fechas previstas y fijadas en la Guía del Centro para el curso correspondiente.
Recuperación: se basará en un examen escrito de similares características a los exámenes parciales salvo por el hecho de que cubrirá la totalidad de los contenidos y tendrá una duración superior. Tendrá un peso del 80 % en la calificación final. Se mantendrán las calificaciones parciales y el peso relativo en el apartado de trabajo continuo
Instrumentos de evaluación.
Actividades de Evaluación Continua: Para estas evaluaciones se tendrán en cuenta, la participación de los alumnos en las clases de teoría y en la resolución de los ejercicios que se plateen a lo largo del curso así como en los trabajos a desarrollar.
Exámenes:
Parcial: Se hará un examen parcial aproximadamente a la mitad de la asignatura. Tanto el examen parcial como el examen final constarán de una parte teórica, preguntas y/o test y otra práctica, en la que se plantean diversos problemas referentes a los contenidos de la programación y a los problemas resueltos en las clases prácticas.
Final: La evaluación correspondiente al examen parcial y final tendrá lugar en las fechas previstas y fijadas en la Guía del Centro para el curso correspondiente.
Recomendaciones para la evaluación.
La entrega en tiempo y forma de los problemas propuestos por el profesor, así como una exposición clara y ordenada en el examen, supone evidentemente una mejor evaluación.
Recomendaciones para la recuperación.
Insistir en el estudio de aquellos capítulos y problemas realizados durante las clases teóricas y prácticas