HIDRCOND - Hidráulica de Conducciones

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1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: ETSECCPB - Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona DECA - Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental GRADO EN INGENIERÍA DE OBRAS PÚBLICAS (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria) 9 Idiomas docencia: Catalán Profesorado Responsable: Otros: DANIEL NIÑEROLA CHIFONI DANIEL NIÑEROLA CHIFONI Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: Conocimiento de los conceptos y los aspectos técnicos vinculados a los sistemas de conducciones, tanto en presión como en lámina libre Conocimiento de los conceptos básicos de hidrología superficial y subterránea Conocimiento y capacidad para proyectar y dimensionar obras e instalaciones hidráulicas, sistemas energéticos, aprovechamientos hidroeléctricos y planificación y gestión de recursos hidráulicos superficiales y subterráneos Conocimiento y comprensión de los sistemas de abastecimiento y saneamiento, así como de su dimensionamiento, construcción y conservación. Transversales: 592. COMUNICACIÓN EFICAZ ORAL Y ESCRITA - Nivel 2: Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical TRABAJO EN EQUIPO - Nivel 1: Participar en el trabajo en equipo y colaborar, una vez identificados los objetivos y las responsabilidades colectivas e individuales, y decidir conjuntamente la estrategia que se debe seguir USO SOLVENTE DE LOS RECURSOS DE INFORMACIÓN - Nivel 3: Planificar y utilizar la información necesaria para un trabajo académico (por ejemplo, para el trabajo de fin de grado) a partir de una reflexión crítica sobre los recursos de información utilizados APRENDIZAJE AUTÓNOMO - Nivel 3: Aplicar los conocimientos alcanzados en la realización de una tarea en función de la pertinencia y la importancia, decidiendo la manera de llevarla a cabo y el tiempo que es necesario dedicarle y seleccionando las fuentes de información más adecuadas TERCERA LENGUA: Conocer una tercera lengua, que será preferentemente inglés, con un nivel adecuado de forma oral y por escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán las tituladas y los titulados en cada enseñanza. 1 / 10

2 Metodologías docentes La asignatura consta de 2 horas a la semana de clases presenciales donde el profesor expone conceptos y materiales básicos de la materia, presenta ejemplos y realiza ejercicios. Se dedica 1 hora a la semana a la resolución de ejercicios prácticos con una mayor interacción con el estudiante con el fin de consolidar los objetivos de aprendizaje general y específicos. En estos ejercicios propuestos por el profesor, el alumno puede consultar apuntes, hablar con los compañeros... El profesor va siguiendo el trabajo de los alumnos, respondiendo a las preguntes que hacen y orientando en la resolución. Al finalizar la clase el profesor recoge los ejercicios para corregir y evaluar. Después de la evaluación se entrega a los alumnos el enunciado con el resultado a través de Atenea. Objetivos de aprendizaje de la asignatura Conocimiento de los conceptos y los aspectos técnicos vinculados a los sistemas de conducciones tanto en presión como en lámina libre. Capacidad para resolver problemas hidráulicos básicos en ingeniería. 1. Capacidad para aplicar las ecuaciones del movimiento de fluidos a casos de ingeniería relacionados con conducciones a presión y en lámina libre. 2. Capacidad para resolver problemas de redes de tuberías incluyendo elementos auxiliares tales como codos y válvulas. 3. Capacidad de analizar el flujo de agua en canales abiertos en geometrías o condiciones básicas. Comprender las características de los fluidos: compresibilidad, viscosidad, cambio de fase y tensión superficial. Estática de líquidos. Conocimiento de las ecuaciones de movimiento de fluidos para su aplicación al flujo en conductos. Continuidad, cantidad de movimiento, trinomio de Bernoulli. Movimiento turbulento y número de Reynolds. Conocimientos sobre el movimiento permanente y variable en cañerías, incluyendo la conservación de la energía y el análisis de pérdidas de carga, así como sistemas de bombeo. Conocimientos sobre el movimiento permanente y variable en lámina libre y su aplicación al funcionamiento de canales. Cauces erosionables. Análisis dimensional. Leyes de semejanza. Modelos. Conocimientos básicos de hidrología superficial. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 225h Horas grupo grande: 39h 17.33% Horas grupo mediano: 31h 13.78% Horas grupo pequeño: 20h 8.89% Horas actividades dirigidas: 9h 4.00% Horas aprendizaje autónomo: 126h 56.00% 2 / 10

3 Contenidos Tema 1 Propiedades de los fluidos Dedicación: 9h 36m Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 1h Aprendizaje autónomo: 5h 36m Definición de fluido. Propiedades de los fluidos, (densidad, peso específico). Concepto de esfurzos. Esfuerzos en líquidos: normales de corte. Esfuerzos normales en líquidos, módulo de compresibilidad. Esfuerzos de corte en líquidos, concepto de viscosidad. Cambios de estado. Tema 2 Hidrostática Dedicación: 19h 12m Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h Aprendizaje autónomo: 11h 12m Concepto de fluido hidrostático. Concepto de presión. Presión en un punto dentro de un fluido hidrostático. Ecuación fundamental de la hidrostática. Experimento de Torricelli. Unidades de presión. Presión absoluta y relativa. Medidas de presión con columna de líquido. Cálculo de empujes hidráulicos en paredes planas. Centro de presiones. Diagramas de presión. Cálculo de empujes en paredes curvas. Descomposición en componentes vertical y horizontal. Equilibrio de un cuerpo en un líquido en reposo. Principio de Arquímedes. Subpresión. 3 / 10

4 Tema 3 Equaciones fundamentales en el movimiento de los fluidos(1) Dedicación: 9h 36m Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 1h Aprendizaje autónomo: 5h 36m Clasificación del movimiento de los fluidos. Conceptos cinemáticos. trayectoria de una partícula, línea de corriente, tubo de flujo, velocidad media, aceleración normal y tangencial, caudal. Principio de conservación de la masa. Principio de conservación de la energía. Trinomio de Bernoulli para una línea de corriente. Diagramas de Bernoulli. Variación de la altura piezométrica en el sentido normal a las líneas de corriente Ecuación de conservación de la energía para fluidos reales. Concepto de pérdidas de carga. Examen Dedicación: 55h 12m Grupo pequeño/laboratorio: 23h Aprendizaje autónomo: 32h 12m Examen escrito temas 1 a 6 Examen escrito temas 1 a 6 Tema 4 Movimiento permanente en lámina libre Dedicación: 19h 12m Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h Aprendizaje autónomo: 11h 12m Introducción a la lámina libre, comparación con el movimiento a presión. Clasificación del transporte en lámina libre respecto al tiempo y el espacio. Parámetros geométricos de los canales, secciones características, variables hidráulicas del movimiento, definición del número de Froude. Movimiento permanente y uniforme en lámina libre, consideraciones básicas. Igualdad de pendiente geométrica y motriz. Distribución de presiones hidrostáticas. Formulas de Chézy, Hazen - Williams, Manning. Cálculo del movimiento uniforme. Utilización de la fórmula de Manning. Curva de capacidad de una sección, sección óptima para un canal. Cálculo de la capacidad de una sección de rio, estimación de los coeficientes de Manning. Encauzamientos. Erosiones en cauces. Concepto de Energia Específica. Variación de la energia Específica con el calado para un canal de sección rectangular. Tipos de régimen, lento cržtico, rápido. Utilización del numero de Froude. Variación de la Energia Específica con el calado para cualquier sección. Relación caudal-calado para una Energia Específica dada. 4 / 10

5 Tema 5 Movimiento variado en lámina libre Dedicación: 21h 36m Grupo grande/teoría: 5h Grupo mediano/prácticas: 4h Aprendizaje autónomo: 12h 36m Análisis del movimiento rápidamente variado en transiciones: estrechamientos, ensanchamientos, cambios de solera. Ejemplos Movimiento gradualmente variado, hipotesis previas. Tipos de pendiente M, C,S. Equación general de las curbas de remanso. Clasificación de las curvas de remanso Resalto hidráulico, ecuación de Belanguer Determinación de los perfiles de agua por métodos numéricos. Tema 6 Estructuras hidráulicas de desagüe Dedicación: 4h 48m Grupo grande/teoría: 1h Grupo mediano/prácticas: 1h Aprendizaje autónomo: 2h 48m Introducción deagüe y vertedor. vertedor de labio fino, ecuación de desague, coeficiente de desague. Vertedores de perfil estricto. Agujeros de pequeñas y grandes dimensiones. Desagüe bajo compuerta Tema 7 Modelo de cálculo en lámina libre Dedicación: 4h 48m Grupo grande/teoría: 1h Grupo pequeño/laboratorio: 1h Aprendizaje autónomo: 2h 48m Introducción al modelo numérico lego-ras Software lego-ras, sesión en aula informática 5 / 10

6 Tema 8 Ecuaciones fundamentales en el movimiento de los fluidos(2) Dedicación: 7h 11m Grupo grande/teoría: 1h Grupo mediano/prácticas: 2h Aprendizaje autónomo: 4h 11m Pricipio de conservación de la cantidad de movimiento Tema 9 Introducción a la teoría de la capa límite Dedicación: 2h 24m Grupo grande/teoría: 1h Aprendizaje autónomo: 1h 24m Paradoja de D'Alembert. Teoría de la capa límite, capa límite y turbulencias Fuerzas de arrastre y resistencia al movimiento. Fenómenos de separación de la capa límite. Resistencia por fricción y resistencia por forma. Tema 10 Movimiento permanente en tuberías Dedicación: 19h 12m Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h Aprendizaje autónomo: 11h 12m Características del transporte por tubería. Pérdidas de carga: lineales y locales. Estudio de pérdidas de carga lineales. Ecuación de Darcy - Weisbach, factor de fricción en los diferentes tipos de movimiento turbulento: liso (1 ª ecuación de Karman Parandtl), intermedio (Ecuación de Colebrook - White), rugoso (2 ª ecuación de karman Prandtl). Representación gráfica de la ecuación de Colebrook - White, ábaco de Moody. Utilización del Ábaco de Moody y de la ecuación de Colebrook - White para encontrar: pérdidas por unidad de longitud (pendiente motriz), caudal, diámetro de una tubería. Tuberías no circulares, radio hidráulico. Formulas empíricas de las pérdidas lineales: Chézy, Hazen-Williams, Manning Estudio de pérdidas de carga locales. Pérdidas de carga en estrechamientos, y ensanches. Pérdidas de carga en otros elementos. Cálculo y dimensionamiento de tuberías en paralâ lo. Normativa de tuberías, Pmax, Pmin. 6 / 10

7 Tema 11 Análisis de sistemas de tuberías con máquinas hidráulicas Dedicación: 19h 12m Grupo grande/teoría: 5h Grupo mediano/prácticas: 3h Aprendizaje autónomo: 11h 12m Potencia hidráulica en una sección de tubo de flujo. Máquinas hidráulicas. Bombas hidráulicas y turbinas. Potencia y rendimiento de una máquina hidráulica. Descripción de una bomba centrífuga. Cavitación a la entrada de una bomba hidráulica. Curva característica y curva de rendimiento. NPSH. Cálculo de un sistema de bomba y tubería, punto de funcionamiento. Elección de una bomba. Esquema de una instalación básica de bombeo. Bombas hidráulicas, serie y paralâ lo. Turbinas, líneas de energía en un sistema con tubería. Descripción de las turbinas: Francis, Kaplan, Pelton Tema 12 Movimiento no permanente en tuberías Dedicación: 12h Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 2h Aprendizaje autónomo: 7h Introducción, idea de movimiento no permanente, causas que lo pueden provocar. Análisis del golpe de ariete, cierre total e instantáneo, ondas periódicas de sobrepresión y depresión. Influencia del tiempo de cierre, cierre rápido y lento. Fórmulas de cálculo para las sobrepresiones, fórmulas de Allieri y Michaud. Punto de encuentro de ondas. Ecuación de velocidad de onda.. Soluciones a los problemas de golpe de ariete. Chimenea de equilibrio, oscilación de masa.. Tema 13 Modelos hidráulicos Dedicación: 7h 11m Grupo grande/teoría: 2h Grupo mediano/prácticas: 1h Aprendizaje autónomo: 4h 11m Dimensiones. Numero "pi". Numeros adimensionales en hidràulica. Significado de los números de Froude y Reynolds. Teoría de similitud, semejanza de Froude. Escalas de semejanza 7 / 10

8 Tema 14 Hidrología Dedicación: 4h 48m Grupo grande/teoría: 2h Aprendizaje autónomo: 2h 48m Introducción a la hidroogia. El ciclo hidrológico. Estadística aplicada a la hidrología, Transformación, precipitación - aportación 8 / 10

9 Sistema de calificación La asignatura se aprueba con una nota final "Nfinal" igual o superior a 5,0. Definida como: Nfinal = (Prueba1 0,1) + (Prueba2 0,25) + (Prueba3 0,1) + (Prueba4 0,25) + (Trabajo HR 0,2) + (Nejercicios 0,1) Prueba1, temas:1, 2, 3; mitad 1Q; (10% de la nota final) Prueba2, temas:1,,2, 3, 4, 5, 6; finales 1Q; (25% de la nota final) Prueba3, temas:7, 8, 9, 10, 11; mitad 2Q; (10% de la nota final) Prueb4, temas:7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14; finales 2Q; (25% de la nota final) Trabajo de "Hec-Ras" (20% de la nota final) Durante el 1Q se propondrá un trabajo en grupo (3 personas), consistente en el diseño de un canal y comprobación posterior utilizando el programa Hec-Ras. (free software) Este trabajo está formado por dos partes pero con una sola nota final. La primera parte (estudio teórico), se entregará a últimos de Enero y la segunda en marzo. N ejercicios: (10% de la nota final) Se realizaran ejercicios, dentro y fuera del horario lectivo, durante todo el curso. Los ejercicios realizados en clase se pueden hacer con apuntes i consultando con los compañeros, La media de todos ellos es el 10% de la nota final. Los exámenes o ejercicios no hechos o presentados fuera de los términos pedidos tendrán a efectos de cálculo una cualificación de 0. Criterios de calificación y de admisión a la reevaluación: Los alumnos suspendidos en la evaluación ordinaria que se hayan presentado regularmente a las pruebas de evaluación de la asignatura suspendida tendrán opción a realizar una prueba de reevaluación en el período fijado en el calendario académico. No podrán presentarse a la prueba de reevaluación de una asignatura los estudiantes que ya la hayan superado ni los estudiantes calificados como no presentados. La calificación máxima en el caso de presentarse al examen de reevaluación será de cinco (5,0). La no asistencia de un estudiante convocado a la prueba de reevaluación, celebrada en el período fijado no podrá dar lugar a la realización de otra prueba con fecha posterior Se realizarán evaluaciones extraordinarias para aquellos estudiantes que por causa de fuerza mayor acreditada no hayan podido realizar alguna de las pruebas de evaluación continua. Estas pruebas deberán estar autorizadas por el jefe de estudios correspondiente, a petición del profesor responsable de la asignatura, y se realizarán dentro del período lectivo correspondiente. En el caso de ausencias justificadas en los exámenes del curso y con la aprobación del Jefe de Estudios de la titulación, el alumno podrá recuperar el día que se realice el examen de revaluación la parte de la asignatura que no haya sido evaluada. El límite de la cualificación no se aplicará a las partes evaluadas por primera vez. Normas de realización de las actividades Si no se realiza alguna de las actividades de laboratorio o de evaluación continua en el periodo programado, se considerará como puntuación cero. 9 / 10

10 Bibliografía Básica: Chadwick A. J.; Morfett, J.C. Hydraulics in civil engineering. London: Allen and Unwin, ISBN Mataix, C. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. 2a ed., ampl. y p al día, rev. y red. en el SI. Madrid: Ediciones del Castillo, ISBN Carvalho, A. Hidráulica. 3a ed. Lisboa: Fundaçao Calouste Gulbenkian, López Andrés, L. Manual de hidráulica. Alicante: Universidad de Alicante, ISBN Sanchez,M.; Bladé,E.; Puertas,G. Hidráulica. Barcelona: Edicions UPC, ISBN Complementaria: Lencastre, A. Manual de ingenieria hidráulica. Pamplona: Universidad Pública de Navarra, ISBN López, L. Problemas de hidráulica. Alicante: Universidad de Alicante, ISBN Giles. R. V. Mecánica de los fluidos e hidráulica. 2a ed. Madrid: McGrawHill, ISBN Chown, V.T. Hidráulica de los canales abiertos. Santafé de Bogotá: MGrawHill, ISBN Puertas, J.; Sánchez, M. Hidráulica. Madrid: Colegio de ingenieros de caminos, canales y puertos,, Blade, E... [et al.]. Modelación numérica en ríos en régimen permanente y variable : una visión a partir del modelo HEC-RAS. Edicions UPC. Barcelona: Edicions UPC, ISBN / 10