El objetivo general es que el alumnado comprenda las propiedades y leyes fundamentales generales que gobiernan el comportamiento de los fluidos (gases y líquidos) y aprenda las herramientas básicas de análisis de los fluidos en reposo y en movimiento y el uso del análisis dimensional y semejanza de modelos.



El alumnado aplicará las herramientas básicas adquiridas a la resolución de problemas básicos elementales de carácter práctico como por ejemplo: el estudio de fuerzas sobre superficies; equilibrio y estabilidad de cuerpos flotantes; el problema de la cavitación en hélices de barcos o en bombas hidráulicas; diferentes tipos de propulsión; incidencia de chorros sobre obstáculos; resistencia al avance de vehículos y esfuerzos aerodinámicos sobre estructuras; sustentación de aviones; diseño de modelos a escala de laboratorio; redes de distribución de agua, canales de regadío; medición y control de variables; propagación del sonido, aceleración supersónica de gases de combustión en un cohete. En definitiva, que el alumnado sea capaz de resolver una gran variedad de problemas elementales pertenecientes a diferentes áreas temáticas (como la aeronáutica, maquinaria de fluidos,...) que estarán presentes dentro de los perfiles profesionales básicos de ingeniería hacia los que se puede orientar al alumnado en su futuro más inmediato.

Para el seguimiento correcto y progresión adecuada en la asignatura de Mecánica de fluidos se asume que se posee o se está desarrollando en paralelo, a través de otras asignaturas, una base en:



- Cálculo vectorial y matricial: para la correcta descripción de las propiedades de carácter vectorial de los fluidos y también el manejo de tensores de tensión y velocidad de deformación empleados en el análisis diferencial.



- Cálculo diferencial e integral: para la realización de un análisis correcto del fluido tomado como medio continuo, tanto desde el punto de vista macroscópico (relaciones integrales de la mecánica de fluidos aplicados a volúmenes de control) como microscópico (relaciones diferenciales aplicados a las partículas de fluido).



- Física: las leyes universales de aplicación a los fluidos como la ley de conservación de la masa, ley de conservación de la energía, leyes de conservación de la cantidad de movimiento lineal y del momento cinético, deben ser dominadas y conocidas en su forma elemental (sobre masas puntuales).



- Mecánica del sólido rígido: se debe tener presente el estudio de la cinemática y dinámica aplicada a cuerpos sólidos de forma que se facilite el desarrollo paralelo de las mismas herramientas sobre la complejidad añadida que representa el manejo de cuerpos intangibles, deformables, sin resistencia a la deformación como son los fluidos.



- Termodinámica: para el tratamiento completo de los fluidos se precisa el conocimiento de las leyes básicas de la termodinámica principio cero, primer y segundo principio; así como de todas las propiedades definidas en ese contexto: temperatura, presión, energía interna, entalpía, entropía, exergía, rendimientos y otros conceptos aplicables a los fluidos.



- Representación gráfica: se precisa de una mínima capacidad de abstracción geométrica espacial para la definición de problemas tridimensionales que se plantean en el movimiento o en situaciones estáticas de los fluidos.

Competencia de Módulo: M02 Común a la Rama Industrial



M02R2: Conocimientos 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.



Competencias de Titulación:



G003. Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

G004. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial.

G005. Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos.





Resultados de aprendizaje:

Realización de cálculos e informes de instalaciones hidráulicas y sistemas de fluidos compresibles

(Temario)

Tema 1 INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE FLUIDOS

Ámbito de la mecánica de fluidos. Breve historia de la mecánica de fluidos. Hipótesis del medio continuo. Definición de fluido. Dimensiones y unidades. Propiedades físicas de los fluidos. Fuerzas que actúan sobre la masa fluida.

Tema 2 ESTÁTICA DE FLUIDOS

Presión en un punto. Ley de Pascal. Variación de la presión en el seno de un fluido en reposo. Ley general de la fluidoestática. Medidas de la presión. Fuerzas sobre superficies. Mecánica de cuerpos flotantes y sumergidos. Movimiento del sólido rígido.

Tema 3 CONCEPTOS FUNDAMENTALES UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS DE FLUJO.

Visualización del campo de velocidades. Descripción y clasificación del movimiento fluido. Concepto de capa límite. Conceptos: tubo de corriente, caudal volumétrico y caudal másico, velocidad media. Teorema del transporte de Reynolds. Ecuación de continuidad.

Tema 4 ECUACIÓN DE LA ENERGÍA

Ecuación de la energía. La ecuación de la energía mecánica. Definición de pérdidas de energía. Ecuación de Bernoulli en régimen permanente. Constancia de la cota piezométrica. Conceptos relacionados con términos de energía por unidad de tiempo (potencia).

Tema 5 MOVIMIENTO DE FLUIDOS NO VISCOSOS INCOMPRESIBLES

Aplicación de la ecuación de Bernoulli para un fluido incompresible en régimen permanente. Tiempo de vaciado de un depósito.

Tema 6 FLUJO NO VISCOSO COMPRESIBLE. DERRAME ISOENTRÓPICO DE GASES PERFECTOS

Ecuación de Bernoulli en gases. Ecuación de Saint-Venant. Diferencia de comportamiento entre fluidos compresibles e incompresibles en derrame isoentrópico. Conceptos: estado generador, estado crítico, velocidad límite. Teoremas de Hugoniot. Aplicación al diseño de toberas y difusores.

Tema 7 TEOREMA DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL

Teorema de cantidad de movimiento. 1er Teorema de Euler. Aplicaciones del teorema de cantidad de movimiento.

Tema 8 HOMOGENEIDAD Y SEMEJANZA

Necesidad de los ensayos experimentales a escala. Homogeneidad: Teorema Pi o de Vaschy-Buckingham. Semejanza mecánica de los movimientos fluidos.

Tema 9 FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE

Introducción. Transporte de fluidos en conductos a presión. Ecuaciones del movimiento fluido. Pérdidas de energía (Pérdidas de carga). Diagrama de alturas de energía. Cálculo de tuberías. Transporte de fluidos en canales abiertos: Clasificación del movimiento de un fluido en un canal abierto. Ecuación general del movimiento permanente no uniforme en corrientes abiertas. Movimiento permanente uniforme en corrientes abiertas.

Tema 10 INTRODUCCIÓN A LA CFD (MECÁNICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL)

Concretar cuál es el dominio fluido y cuáles son los fenómenos físicos importantes en el problema objeto de estudio, y mediante un código CFD (computational fluid dynamics) simular dicho problema.

 



CONTENIDO DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS:



EXPERIMENTO 1: DISPOSITIVO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA

EXPERIMENTO 2: ESTABILIDAD DE CUERPOS FLOTANTES

EXPERIMENTO 3: DEMOSTRACIÓN DE CAVITACIÓN

EXPERIMENTO 4: DECRIPCIÓN DE VÓRTICE FORZADO Y LIBRE

EXPERIMENTO 5: DEMOSTRACIÓN DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI

EXPERIMENTO 6: MÉTODO DE LA TRAYECTORIA EN EL ANÁLISIS DE LA DESCARGA POR ORIFICIO

EXPERIMENTO 7: DISPOSITIVO DE IMPACTO DE CHORRO

EXPERIMENTO 8: COEFICIENTE DE RESISTENCIA DE ESFERAS

EXPERIMENTO 9: CALIBRACIÓN DE CAUDALÍMETROS

EXPERIMENTO 10: CARACTERIZACIÓN DE UNA VÁLVULA DE CONTROL

*Nota: El programa de laboratorio es orientativo, se podrán sustituir o modificar las prácticas de laboratorio por necesidades de infraestructura

Existen 4 tareas evaluables con diferente peso en la nota final:



T1-Examen final: 65 %

T2-Prácticas de laboratorio: 15 %

T3-Seminarios: 10 %

T4-Problemas: 10 %



T1-Examen final (trabajo individual): Consta de una parte teórica (sin apoyo de apuntes) y otra parte de problemas de aplicación (con apoyo de apuntes. La parte teórica y la práctica tendrán un peso sobre la nota del examen (40% teoría, 60% práctica). La nota final del examen debe ser superior o igual a 4,0 para aprobar la asignatura, y adicionalmente se deberá obtener una calificación mínima en cada parte de 3,0, tanto en teoría (en el promedio de los ejercicios de teoría, en caso de haber más de uno) como en el promedio de los problemas. En caso de no cumplir la mínima calificación de 3,0 en teoría y/o en el promedio de los problemas, la calificación final del examen será la nota menor de la parte que no cumple con el requisito establecido. Tienen derecho a presentarse al examen, sólo aquellas personas que estén oficialmente matriculadas de la asignatura. Solamente existe un examen de toda la asignatura en cada convocatoria, no existen exámenes parciales intermedios.



T2-Prácticas de laboratorio (trabajo cooperativo - por grupos): Se evaluará el trabajo previo de preparación no presencial, la ejecución experimental en el laboratorio, tratamiento informático de los datos y conclusiones obtenidas en cada experimento (informes); todo ello con un peso del 80% sobre la calificación de la tarea de laboratorio. Se evaluará el conocimiento global adquirido en el laboratorio mediante un ejercicio de evaluación final individual con un peso del 20 % sobre la calificación global de laboratorio. Se exige la realización de todas las prácticas de laboratorio (incluidas sesiones de explicación). La no realización de la totalidad de las prácticas del programa implica una calificación de 0 en la nota final de la tarea de laboratorio. Al inicio del curso se constituirán los equipos de trabajo para desarrollar esta tarea. Las prácticas de laboratorio sólo serán válidas en el curso académico vigente, es decir, no se guardan las notas de laboratorio. La dinámica de las prácticas (formación de grupos, trabajo en laboratorio, entregables) será explicado en su momento por el profesor asignado a las prácticas.



T3-Seminarios (trabajo cooperativo – por grupos): En las 3 sesiones de seminario se evaluará la presentación oral del alumnado y discusión (preguntas, dudas, comentarios planteados por el alumnado al orador), centrado en el desarrollo de la experiencia adquirida en los experimentos de laboratorio (tarea T2) y su aplicación a casos reales de ingeniería. Al inicio del curso se constituirán los equipos de trabajo para desarrollar esta tarea.



T4-Problemas (trabajo individual): Se realizarán a lo largo del curso 3 ejercicios individuales evaluables durante las sesiones normales de prácticas de aula.

Para el correcto desarrollo de estas 4 tareas el alumnado cuenta con el apoyo y explicaciones del profesorado desarrolladas durante las sesiones de las 4 modalidades docentes: clase magistral, prácticas de aula, prácticas de laboratorio y seminario.



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.

• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 65
  • Realización de prácticas (ejercicios, casos o problemas) (%): 15
  • Trabajos individuales (%): 10
  • Exposición de trabajos, lecturas… (%): 10

EVALUACIÓN y TAREAS: El sistema de evaluación de la asignatura se corresponde con el sistema de evaluación continua.



Existen 4 tareas evaluables con diferente peso en la nota final:

T1-Examen final: 65 %

T2-Prácticas de laboratorio: 15 %

T3-Seminarios: 10%

T4-Problemas: 10%



Para aprobar la asignatura, la calificación final aplicando los porcentajes de cada tarea debe de ser mínimo 5,0. Además de esto, para aprobar la asignatura se debe tener una calificación igual o superior a 4,0 en la tarea T1 – Examen final. De no cumplirse este requisito, la calificación global de la asignatura será la calificación del examen final (siempre atendiendo a lo establecido previamente en el apartado de metodología).



No presentarse al Examen final – T1 supone la renuncia a la convocatoria ordinaria de evaluación.

La prueba de examen final será la misma en todos los grupos de la asignatura.



En la convocatoria ordinaria, el alumnado puede ser evaluado mediante el sistema de evaluación final (examen por el 100% de la asignatura), si así lo solicita al profesorado responsable del Grupo en el que se haya matriculado (por escrito, mediante correo electrónico, dentro del plazo establecido de las primeras 9 semanas del curso). En este caso la estructura del examen final por el 100% de la asignatura mantendrá idénticos porcentajes y criterios de cálculo de la nota final distribuidos entre las 4 tareas de la asignatura T1, T2, T3 y T4 (mediante ejercicios específicos de cada tarea), comentados anteriormente para el sistema de evaluación continua.



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.

Para la convocatoria extraordinaria se conservarán los resultados positivos (exclusivamente y conjuntamente las calificaciones de las tareas T2, T3 y T4) obtenidos por el alumnado durante el curso en la modalidad de evaluación continua.



Se considera haber obtenido un resultado positivo de las tareas de evaluación continua {T2, T3 y T4} siempre y cuando no se haya obtenido una calificación del laboratorio (T2) igual a 0. En caso contrario el estudiante realizará un examen final por el 100% de la asignatura manteniendo idénticos porcentajes y criterios de cálculo de la nota final distribuidos entre las 4 tareas de la asignatura T1, T2, T3 y T4 (mediante ejercicios específicos de cada tarea), comentados anteriormente para el sistema de evaluación continua.



En cualquier caso, cualquier alumno podrá presentarse al examen final en la convocatoria extraordinaria, por el 100% de la asignatura (con la realización de ejercicios de evaluación de las 4 tareas T1, T2, T3 y T4), a pesar de haber obtenido resultados positivos en las tareas de evaluación continua, si así lo requiere expresamente el alumnado. En este supuesto, para no conservar los resultados de evaluación continua de las tareas T2, T3 y T4, y realizar el examen por el 100%, el alumno lo deberá comunicar por escrito al profesor o profesora responsable del grupo por correo electrónico con una antelación mínima de 2 días hábiles a la celebración del examen.

Las calificaciones de las tareas T2, T3 y T4 obtenidas en el sistema de evaluación continua (resultado positivo) podrán ser conservadas en la convocatoria extraordinaria solamente de manera conjunta (o todas las calificaciones o ninguna).



La calificación global debe ser 5,0 o superior para aprobar la asignatura. Los porcentajes de apartados y criterios de cálculo de la nota final son idénticos a los de la convocatoria ordinaria.

No presentarse al Examen final de la convocatoria extraordinaria supone la renuncia a dicha convocatoria.



La prueba de examen final será la misma en todos los grupos de la asignatura.



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.

- Libro de notas de clase de Mecánica de Fluidos, 2022, Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos.
- Recopilación de problemas de Mecánica de Fluidos, 2022, Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos.
- Cuaderno de Prácticas de Laboratorio, 2022, Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos.

Bibliografía básica

- Çengel, Y. A. Y Cimbala, J. M. Mecánica de fluidos, fundamentos y aplicaciones, McGraw-Hill, 2006.

- Franzini, J. B. y Finnemore, E. J. Mecánica de Fluidos con aplicaciones en Ingeniería, 9º edición, McGraw-Hill. España. 1997.

- Gerhart, P. M., Gross, R. J. y Hochstein, J. I. Fundamentos de Mecánica de Fluidos, 2ª edición. Ed. Addison - Wesley Iberoamericana S. A., 1995.

- White, F.M. Mecánica de Fluidos, 5ª edición. Ed. McGraw-Hill, 2004

- Fox, R. W. y McDonald, A. T. Introducción a la Mecánica de Fluidos, 4ª edición, McGraw-Hill Interamericana de Méjico, S. A., 1995.

- Agüera, J. Mecánica de Fluidos Incompresibles y Turbomáquinas Hidráulicas, 5ª edición actualizada, Ed. Ciencia 3, S. L., 2002

- Mataix, C. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, segunda edición, Ediciones del Castillo, 1986.

- Mott, R. L. Mecánica de fluidos aplicada, 4ª edición, Prentice may, 1996.

- Pastor, J. : 'Mecánica de fluidos, Tomo I y II'. Sección de publicaciones de la ETSI. De Bilbao 1992

- Streeter, V. L., Wylie, E. B. y Bedford, K. W. Mecánica de fluidos, 9ª ed., McGraw-Hill, 2000

Bibliografía de profundización

- Barrero A., M. Pérez-Saborid, Fundamentos y aplicaciones de la Mecánica de Fluidos. Mc Graw Hill, 2005
- Batchelor, G. K. Introducción a la dinámica de fluidos, Ministerio de Medio Ambiente, 1997
- Crespo, A. Mecánica de fluidos, Ed. Thomson, 2006
- Kundu, P. K. y Cohen, I. M. Fluid Mechanics. Academic Press, 2002
- Landau, L. D. y Lifshitz, E. M. Fluid Mechanics. Butterworth-Heinemann, 1990
- Shames, I. H. Mecánica de Fluidos, McGraw ¿ Hill, 1995

Revistas

- Computers and Fluids
- European Journal of Mechanics. Series B. Fluids
- Experimental Thermal and Fluid Science
- Experiments in Fluids
- Flow Measurement and Instrumentation
- Fluid Dynamics Research
- Geophysical and Astrophysical Fluid Dynamics
- International Journal of Multiphase Flow
- International Journal of Heat and Fluid Flow
- International Journal of Heat and Mass Transfer
- Journal of Fluid Mechanics
- Journal of Fluids Engineering
- Journal of Hydraulic Engineering
- Journal of Hydronautics
- Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
- Physicochemical Hydrodynamics
- Physical review A. Statistical physics, plasmas, fluids, and related interdisciplinary topics
- Physical review E. Statistical physics, plasmas, fluids, and related interdisciplinary topics
- Physics of fluids
- Physics of fluids A. Fluid dynamics

Direcciones web

National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF)
http://web.mit.edu/fluids/www/Shapiro/ncfmf.html
IIHR- Hydroscience & Engineering, College of Engineering, The University of Iowa
http://www.iihr.uiowa.edu/
Enciclopedia básica sobre fluidos:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/fluid.html#flucon
Simulación de redes de distribución de fluidos:
http://www.instagua.upv.es/Epanet/
UNESCO-IHE Institute for Water Education:
http://www.unesco-ihe.org/
Mecánica de fluidos computacional (CFD):
Genérica: http://www.cfd-online.com/
ANSYS: http://www.ansys.com/
FEATFLOW : http://www.featflow.de/
STAR-CD: http://www.cd-adapco.com/
PHOENICS: http://www.cham.co.uk/
Calculadora de aerodinámica compresible:
http://www.aoe.vt.edu/~devenpor/aoe3114/calc.html