1.1. Definición, objetivo y aplicaciones

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1 Ingeniería Fluidomecánica TEMA 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Definición, objetivo y aplicaciones BLOQUE TEMÁTICO 1 FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS 1.2. El entorno científico y técnico 1.3. Empirismo y análisis racional en su desarrollo 1.4. Tendencias y desafíos presentes y futuros 1.5. La formación del ingeniero fluidomecánico del siglo XXI 1.6. Programa docente propuesto

2 1.1. DEFINICIÓN, OBJETIVO Y APLICACIONES Ingeniería Fluidomecánica - Conjuga los principios teóricos con la aplicación técnica de la Mecánica de Fluidos (García-Tapia, 2002) Fundamentos de la ciencia de Mecánica de Fluidos: - El comportamiento de los fluidos es consistente con leyes físicas - Las proposiciones matemáticas que representan estas leyes físicas son la base para resolver problemas reales Tecnología Fluidomecánica: - Descripción de metodologías para la resolución de problemas - Descriptor: Mecánica de Fluidos. Sistemas, máquinas fluidomecánicas y su análisis

3 1.1. DEFINICIÓN, OBJETIVO Y APLICACIONES Mecánica de fluidos - Disciplina del amplio campo de conocimiento de la Mecánica que estudia el comportamiento de líquidos y gases en reposo y en movimiento (Munson et al., 1999) Mecánica de Fluidos Streeter y Wylie (1984) Aerodinámica Ingeniería de Procesos Ingeniería Hidráulica Dinámica de Gases Ingeniería Marítima Tuberías Golpe de ariete Canales Medidas de fluidos Turbomáquinas hidráulicas

4 1.2. ENTORNO CIENTÍFICO Y TÉCNICO Fundamentos Físicos de la Ingeniería Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería Ampliación de Matemáticas Métodos Estadísticos de la Ingeniería Fundamentos Químicos de la Ingeniería Fundamentos de Ciencia de Materiales Expresión Gráfica y Diseño Asistido por Ordenador Administración de Empresas y Organización de la Producción Fundamentos de Informática Fundamentos de Tecnología Eléctrica Ingeniería Térmica INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA Teoría de Estructuras y Construcciones Industriales Diseño de Máquinas Máquinas y Motores Térmicos Oficina Técnica Proyectos de Ingeniería en Mecánica Instalaciones Industriales Instalaciones de Climatización PROYECTO FIN DE CARRERA

5 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Civilizaciones antiguas: A orillas de grandes ríos (Tigris y Eúfrates en Mesopotamia, Nilo en Egipto, Indo en Italia, Amarillo en China): restos de canales de riego construidos Fenicios: acueductos en Siria y Chipre Egipcios: sifones para extraer agua de recipientes PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO Y ERROR Aswan, Egipto

6 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Civilización griega: Arquímedes ( a.c.): principios de la Hidrostática y de la flotación, tornillo o espiral Herón (~62 d.c.): descripción física del sifón, efectos del vapor en la sustentación PRIMEROS TESTIMONIOS ESCRITOS DE PRINCIPIOS HIDRÁULICOS - Imperio romano: POCA PREOCUPACIÓN POR ASENTAR LAS BASES DE UNA CIENCIA SÓLIDA Tornillo de Arquímedes Sextus Julius Frontinus ( d.c.): tratado sobre los métodos de distribución del agua España: acueductos de Tarragona, Segovia, Mérida y Toledo Acueducto Pont du Gard, Nimes (Francia)

7 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Edad Media: Poca contribución a la comprensión del comportamiento de los fluidos Empleo de la rueda hidráulica en los oficios: molinero, tejedor, herrero,... Molinos de viento - Dominación árabe: Rueda hidráulica Mejora y extensión del riego: acequias, norias Rueda hidráulica Acequia

8 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Siglos XV, XVI y XVII (Renacimiento): Leonardo da Vinci ( ): estudio de vuelo de aves, diseños de maquinaria hidráulica Galileo Galilei ( ): inicio de la mecánica experimental Simón Stevin ( ): hidrostática Evangelista Torricelli ( ): principios del barómetro Blaise Pascal ( ), Isaac Newton ( ): formulación de principios España: construcción de grandes presas ESTUDIOS DE FENÓMENOS HIDRÁULICOS: BASE DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS Máquina para elevar agua (L. da Vinci, Codex Atlanticus) Barómetro de Torricelli

9 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Siglos XVIII y XIX, Hidrodinámica clásica: Daniel Bernoulli ( ): libro Hidrodinámica Leonard Euler ( ): cavitación, principio de maquinaria centrífuga Jean le Rond d Alembert ( ), Joseph Louis Lagrange ( ) Louis Marie Henri Navier ( ), George Gabriel Stokes ( ): flujos viscosos España: canal de Aragón, muralla de Cádiz ESTUDIOS TEÓRICOS. SOLUCIONES ALEJADAS DE LA REALIDAD. DIFICULTAD APLICACIÓN TÉCNICA Muralla de Cádiz (siglo XVIII)

10 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Siglos XVIII y XIX, Hidráulica experimental: Henri de Pitot ( ): dispositivo para medir velocidad del agua Henry Philibert Gaspard Darcy ( ): flujo en medios porosos Julius Weisbach ( ): pérdida de carga en tuberías William Froude ( ): uso de modelos Robert Manning ( ): resistencia de canales Osborne Reynolds ( ): cavitación, resistencia de conducciones Ensayos para obtener energía del vapor de agua: T. Savery, T. Newcomen, James Watt Primera turbina hidráulica 1826: Fourneyron ESTUDIOS EXPERIMENTALES. INTERPRETACIÓN DE INSUFICIENTES PRINCIPIOS FÍSICOS

11 1.3. EMPIRISMO Y ANÁLISIS RACIONAL EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA - Siglo XX, Unificación de los aspectos teórico y experimental de Mecánica de Fluidos: Ludwing Prandtl ( ): concepto de capa límite Fluidomecánica moderna: Ciencia que analiza el comportamiento de los fluidos sobre una base física en combinación con una interpretación de la realidad experimental T. Von Kárman, R.H. Blasius, Nikuradse, Colebrook, Moody (mediados de siglo) Wylie, Streeter (aportaciones más recientes): golpe de ariete Diagrama de Moody

12 1.4. TENDENCIAS Y DESAFÍOS PRESENTES Y FUTUROS DE LA INGENIERÍA FLUIDOMECÁNICA Líneas de investigación y trabajo: a) Mecánica de Fluidos Fundamental - Modelos matemáticos y físicos - Fluidomecánica computacional - Instrumentación fluidomecánica b) Fluidomecánica Aplicada - Estructuras hidráulicas (presas, obras de toma, sistemas de conducción) - Aprovechamientos hidroeléctricos - Maquinaria e instalaciones hidráulicas - Hidráulica industrial - Hidráulica agrícola - Drenaje o saneamiento (urbano, de carreteras, agrícola) - Tratamiento y depuración de aguas - Planificación y gestión de recursos hídricos c) Hidráulica Geofísica - Hidráulica fluvial - Hidráulica de medios porosos - Hidráulica ambiental

13 1.5. LA FORMACIÓN DEL INGENIERO FLUIDOMECÁNICO DEL SIGLO XXI Ingeniero Fluidomecánico Revolución electrónica Consecución de datos Generalización de la Informática Almacenamiento y procesamiento de datos Valoración ambiental Desarrollo sostenible Trabajo con profesionales de otras disciplinas

14 1.6. PROGRAMA DOCENTE PROPUESTO HORAS BLOQUES TEMÁTICOS Teoría Práctica Total I. Fundamentos de Mecánica de Fluidos 12, ,5 1. Introducción Magnitudes físicas. Definición y propiedades de los fluidos 1, ,5 3. Fluidostática 3 5 (1 y 2) 8 4. Fluidocinemática Fluidodinámica 3 2,5 (3) 5,5 6. Análisis dimensional y semejanza Capa límite 1 2,5 (4) 3,5

15 1.6. PROGRAMA DOCENTE PROPUESTO BLOQUES TEMÁTICOS HORAS Teoría Práctica Total II. Aplicaciones a la Ingeniería 18, ,5 8. Pérdidas de carga en conducciones forzadas 4 2,5 (5) 6,5 9. Sistemas de conducción en carga 6,5 2,5 (6) Flujo uniforme en canales Medidas de caudal 3 2,5 (7) 5,5 12. Golpe de ariete 2 2,5 (8) 4,5

16 1.6. PROGRAMA DOCENTE PROPUESTO BLOQUES TEMÁTICOS HORAS Teoría Práctica Total III. Turbomáquinas hidráulicas Fundamentos de las turbomáquinas hidráulicas 3, ,5 14. Bombas hidráulicas 6 2,5 (9) 8,5 15. Turbinas hidráulicas 4,5 2,5 (10) 7 5 (11) 5 TOTAL (I+II+III)

17 UHU Dra. Inmaculada Pulido Calvo Área Mecánica de Fluidos Dpto. Ciencias Agroforestales Escuela Politécnica Superior

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