Nombre: ANÁLISIS DE FLUJO EN LÁMINA LIBRE
Código: 213101002
Carácter: Obligatoria
ECTS: 7.5
Unidad Temporal: Anual
Despliegue Temporal: Curso 1º - Segundo cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
Al termino de esta enseñanza el alumnado debe ser capaz de:
DRA1 Deducir las formulaciones generales del flujo en lámina libre.
DRA2 Expresar dichas formulaciones para su aplicación a diferentes condiciones particulares.
DRA3 Resolver problemas matemáticos que puedan plantearse en el ámbito de la ingeniería hidráulica.
DRA4 Aplicar las formulaciones de los distintos tipos de flujo en lámina libre, para analizar sistemas complejos mediante diferentes herramientas.
DRA5 Integrar en las soluciones generales los flujos en canales con las estructuras de control y aforo, así como en diferentes estructuras especiales (transiciones, cuencos de disipación de energía, rápidas y drenaje transversal).
DRA6 Demostrar originalidad en el desarrollo y aplicación de ideas.
DRA7 Aplicar a problemas o estudios reales los conocimientos adquiridos.
DRA8 Resolver actividades profesionales/investigadoras en entornos nuevos o definidos de forma incompleta, que requieran colaborar con especialistas de otros campos.
Análisis de las ecuaciones fundamentales de mecánica de fluidos. Ecuaciones de capa límite. Flujo en canales abiertos. Estructuras de control, aforo y especiales. Análisis de flujo no permanente.
UNIDAD DIDÁCTICA I. ANÁLISIS DE LAS ECUACIONES FUNDAMENTALES DE MECÁNICA DE FLUIDOS.
1. Descripción Euleriana y Lagrangiana: El campo de velocidades. Aceleración de una partícula. Relaciones de masa y volumen de flujo. Divergencia y Rotacional.
2. El Flujo de "Agua Seca": Hidrostática. Ecuaciones del movimiento. Teorema de Bernoulli. Circulación. Líneas de vórtice.
3. El Flujo de "Agua Mojada": Viscosidad. El Número de Reynolds. El flujo de Couette.
3. Relaciones diferenciales para una partícula de fluido: Ecuación diferencial de la conservación de masa. Flujo compresible y permanente. Flujo incompresible.
4. La ecuación diferencial del momentum lineal. Flujo inviscoso (ecuación de Euler).
5. Fluido Newtoniano (Ecuaciones de Navier-Stokes). Promediados de Reynolds. Ecuaciones diferenciales del momentum angular y de la energía.
6. Condiciones de contorno. La función de corriente. Vorticidad e irrotacionalidad. Flujo sin fricción e irrotacional.
UNIDAD DIDÁCTICA II. ECUACIONES DE CAPA LÍMITE.
1. Correlaciones semiempíricas del corte turbulento.
2. El concepto del promediado de Reynolds.
3. Ley logarítmica de solapamiento. Estimación de la integral del momentum.
4. Análisis de Von Kármán en placa plana. Espesor del desplazamiento.
5. Derivación de las ecuaciones de capa límite.
UNIDAD DIDÁCTICA III. FLUJO EN CANALES ABIERTOS.
1. Ecuaciones fundamentales.
2. Distribución de velocidades.
3. Flujo uniforme. Fórmulas de resistencia. Energía específica.
4. Flujo gradualmente variado. Curvas de remanso.
5. Secciones compuestas.
6. Solución numérica y aplicación con programas informáticos.
UNIDAD DIDÁCTICA IV. ESTRUCTURAS DE CONTROL, AFORO Y ESPECIALES.
1. Tipos de estructuras de control.
2. Tipos de estructuras de aforo (pared delgada, pared gruesa, compuertas).
3. Estructuras especiales (transiciones, cuencos de disipación de energía, rápidas, estructuras de drenaje transversal).
4. Flujo espacialmente variado (gasto creciente y decreciente).
UNIDAD DIDÁCTICA V. ANÁLISIS DE FLUJO NO PERMANENTE.
1. Deducción y solución de las Ecuaciones de Saint-Venant: Curvas Características.
2. Significado de las Característica. Dominio de dependencia y zona influencia.
3. Primer método numérico de solución (Staggered Grid).
4. Segundo método numérico de solución (El Método de las Características).
5. Criterio de estabilidad.
5. Condiciones de contorno.
6. Flujo supercrítico.
7. Análisis de operación de compuertas.
8. Análisis de ondas de rotura de presas.
1. Aforos.
Sesiones de 1-2 horas en laboratorio de hidráulica. Trabajo en equipo. Comprobación del funcionamiento de un caudalímetro mediante aforos. Informe en equipo analizando los resultados obtenidos.
2. Coeficientes de descarga en compuertas.
Sesiones de 1-2 horas en laboratorio de hidráulica. Trabajo en equipo. Determinación de los coeficientes de descarga para diferentes situaciones de flujo libre y/o sumergido en compuertas. Informe en equipo analizando los resultados obtenidos.
3. Energía específica.
Sesiones de 1-2 horas aproximadamente en laboratorio de hidráulica. Trabajo en equipo. Obtención de la curva de energía específica para distintas situaciones. Informe en equipo analizando los resultados obtenidos.
4. Fuerzas sobre compuerta.
Sesiones de 1-2 horas aproximadamente en laboratorio de hidráulica. Trabajo en equipo. Cálculo de fuerzas sobre la compuerta. Informe en equipo analizando los resultados obtenidos.
5. Resalto hidráulico.
Sesiones de 1-2 horas aproximadamente en laboratorio de hidráulica. Trabajo en equipo. Medición de las principales características de un resalto hidráulico. Informe en equipo analizando los resultados obtenidos.
6. Coeficientes de descarga en vertederos.
Sesiones de 1-2 horas aproximadamente en laboratorio de hidráulica. Trabajo en equipo. Determinación de los coeficientes de descarga sobre vertedero para diferentes situaciones de flujo. Informe en equipo analizando los resultados obtenidos.
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
I. ANALYSIS OF FUNDAMENTAL EQUATIONS OF FLUID MECHANICS
Eulerian and Lagrangian descriptions. Differential relations for fluid particle. Navier-Stokes equations. Reynolds ¿ time-avering. Diferential equations of angular momentum and energy. Boundary conditions. The stream function. Vorticity and irrotationality.
II. BOUNDARY - LAYER FLOWS EQUATIONS
Semiempirical turbulent shear correlations. Reynolds ¿time-averaging concept. The logaritmic-overlap law. Momentum integral estimation. Kármáns analysis of the flat plane. Displacement thickness. Derivation of boundary-layer flows.
III. OPEN CHANNELS FLOW
Fundamental equations. Velocities distribution.
Uniform flow and friction equations. Gradually varied flow. Numerical simulations and informatics applications.
IV. CONTROL AND MEASSUREMENT DEVICES AND SPECIAL STRUCTURES
Control structures types. Discharge measuring devices (thin-plate weir, broad-crested weir and gates). Especial structures (transitions, energy dissipation devices, steep channels, cross drainage, culverts, bridges and drop structures). Spatially varied flow.
V. UNSTEADY FLOW ANALYSIS
Saint-Venant equations: Characteristics curves. The meaning of characteristics form. The domain of dependence and zone of influence. Solution methods: The Staggered Grid method and the method of characteristics. The stability criteria. Boundary conditions. Super-critical flow. Gates operation analysis. Dam-break analysis.
Relación con otras asignaturas del plan de estudios: La asignatura aporta conocimientos necesarios para todas las asignaturas restantes del área de Ingeniería Hidráulica, como por ejemplo Presas y Embalses, o las materias optativas. Conocimientos previos recomendados: Se recomienda haber superado la asignatura de Métodos matemáticos aplicados en Ingeniería Civil y revisar los conceptos de hidráulica fundamental.
Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc.
Clase expositiva empleando el de método la lección.
Explicación de los métodos de cálculo que definen el flujo en lámina libre. Revisión de los conceptos tradicionales a los conocimientos de vanguardia. Análisis de distintas situaciones en un contexto multidisciplinar.
Se resolverán problemas tipo y se analizarán casos prácticos. Se enfatizará en el planteamiento, los métodos de resolución y la
interpretación crítica de los resultados. Se dispondrá de algún tiempo para que el estudiante intente resolverlo, con posibilidad de participación activa a través de estudiantes voluntarios. Se propondrán problemas y/o casos prácticos similares.
61
100
Clase en laboratorio: prácticas
Se realizarán 3-4 sesiones de 1-2 horas, con asistencia obligatoria.
Aplicación de los conceptos vistos en las clases de teoría a las prácticas experimentales.
Comparación de datos obtenidos con ecuaciones teóricas y datos publicados, realizando un análisis crítico de los resultados obtenidos.
6
100
Clase en campo o aula abierta (visitas técnicas, conferencias, etc.)
En función de las posibilidades de cada curso, se plantearán visitas a obras o instalaciones cuya actividad esté relacionada con los contenidos de la asignatura.
6
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación continua)
Realización de tareas de entrega, memoria de prácticas, exámenes parciales y/o examen final.
2
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación final)
Realización de tareas de entrega, memoria de prácticas, exámenes parciales y/o examen final.
2
100
Tutorías
Resolución de dudas sobre teoría y ejercicios.
7
50
Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo
Tiempo dedicado por el estudiante para el estudio de la asignatura y la preparación de trabajos y memorias de prácticas planteadas.
141
0
Examen/es (teoría y/o práctica).
2 exámenes cada uno formado por dos partes con el mismo peso:
- Teoría: 15 preguntas de elección múltiple y/o de concepto.
- Práctico: 1-2 problemas.
Se enfatizará en el planteamiento, los métodos de resolución, la interpretación crítica de los resultados y sus limitaciones.
Permiten la evaluación de los resultados del aprendizaje 1-7.
Se requiere una nota mínimo de 4 sobre 10 en cada uno de los parciales.
80 %
Entregas y/o exposiciones individuales.
Trabajos a realizar en casa con una fecha de entrega determinada.
Desempeño en las prácticas.
Corrección de los informes de prácticas. Estos últimos podrán ser individuales y/o en equipo según se defina en las sesiones de acuerdo a la carga de trabajo y el número de estudiantes. Revisión de los conceptos tradicionales a los conocimientos de vanguardia; análisis de distintas situaciones en un contexto multidisciplinar.
Permiten la evaluación de los resultados del aprendizaje 1-7.
10 %
Entregas y/o exposiciones en equipo.
Corrección de los informes de prácticas en equipo.
Permiten la evaluación de los resultados del aprendizaje 1-7.
10 %
Examen/es (teoría y/o práctica).
2 exámenes cada uno formado por dos partes con el mismo peso:
- Teoría: 15 preguntas de elección múltiple y/o de concepto.
- Práctico: 1-2 problemas.
Se enfatizará en el planteamiento, los métodos de resolución, la interpretación crítica de los resultados y sus limitaciones.
Permiten la evaluación de los resultados del aprendizaje 1-7.
Se requiere una nota mínimo de 4 sobre 10 en cada uno de los parciales.
80 %
Entregas y/o exposiciones individuales.
Trabajos a realizar en casa con una fecha de entrega determinada.
Desempeño en las prácticas.
Corrección de los informes de prácticas. Estos últimos podrán ser individuales y/o en equipo según se defina en las sesiones de acuerdo a la carga de trabajo y el número de estudiantes. Revisión de los conceptos tradicionales a los conocimientos de vanguardia; análisis de distintas situaciones en un contexto multidisciplinar.
Permiten la evaluación de los resultados del aprendizaje 1-7.
10 %
Entregas y/o exposiciones en equipo.
Corrección de los informes de prácticas en equipo.
Permiten la evaluación de los resultados del aprendizaje 1-7.
10 %
Las actividades SE02 y SE03 se evaluarán de forma conjunta, exigiendo una nota mínima de 3 sobre 10 en el promedio de ambas actividades.
Las evaluaciones del informe de prácticas y de los ejercicios propuestos se conservan sólo hasta los exámenes extraordinarios del curso en el que se realizan.
Autor: Castillo Elsitdié, Luis Gerardo
Título: Estaciones de bombeo
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9788496997318
Autor: Castillo Elsitdié, Luis Gerardo
Título: Proyecto y construcción de presas de materiales sueltos
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9788496997295
Autor: Streeter, Victor L.
Título: Mecánica de fluidos
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2000
ISBN: 9586009874
Autor: Feynman, Richard P.
Título: Física: Feynman
Editorial: Pearson Education
Fecha Publicación: 1998-2000
ISBN: 96844438623
Autor: Sotelo Avila, Gilberto
Título: Hidráulica general
Editorial: Limusa
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 96818050381
Autor: Castillo Elsitdié, Luis Gerardo
Título: Aprovechamientos hidroeléctricos
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9788496997301
Autor: Castillo Elsitdié, Luis Gerardo
Título: Sistema hidráulico de las presas
Editorial: Universidad Politécnica de Cartagena
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9788496997288
Autor: Naudascher, Edward
Título: Hidráulica de canales diseño de estructuras
Editorial: Limusa
Fecha Publicación: 2000
ISBN: 9681858913
Autor: White, Frank M.
Título: Fluid mechanics
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 1986
ISBN:
Autor: Subramanya, K.
Título: Flow in open channels
Editorial: Tata McGraw-Hiil
Fecha Publicación: 1987
ISBN:
Autor: Henderson, F. M.
Título: Open channel flow
Editorial: New York [etc.] : MacMillan [etc.],
Fecha Publicación: 1966
ISBN: 0023535105
Autor: Chow, Ven Te
Título: Hidráulica de canales abiertos
Editorial: McGraw- Hill
Fecha Publicación: 1994
ISBN: 9586002284
Autor: Landau, L.D.
Título: Fluid mechanics
Editorial: Pergamon Press
Fecha Publicación: 1989
ISBN: 0080339336
Autor: Raju, K.G. Ranga
Título: Flow through open channels
Editorial: Tata McGraw-Hiil
Fecha Publicación: 1981
ISBN:
- Grupo de I+D+i en Ingeniería Hidráulica, Marítima y Medio Ambiental Hidr@m:
www.upct.es/hidrom
- Red de Laboratorios de Hidráulica de España RLHE:
www.rlhe.es/
- Asociación Internacional de Ingeniería Hidráulica e Investigación IAHR:
http://www.iahr.net/site/index.html