Ingeniería de Fluidos. Guía Docente Grado de Ingeniería Mecánica

Transcripción

1 Ingeniería de Fluidos Guía Docente Grado de Ingeniería Mecánica

2 ÍNDICE 1.- Datos de identificación Descripción y Objetivos Generales Requisitos previos Competencias Resultados de aprendizaje Actividades formativas y metodología Contenidos Evaluación del aprendizaje Propuesta de actuaciones específicas Bibliografía comentada Normas específicas de la asignatura Consultas y atención al alumnado FLORIDA UNIVERSITÀRIA Este material docente no podrá ser reproducido total o parcialmente, ni transmitirse por procedimientos electrónicos, mecánicos, magnéticos o por sistemas de almacenamiento y recuperación informáticos o cualquier otro medio, ni prestarse, alquilarse o cederse su uso de cualquier otra forma, con o sin ánimo de lucro, sin el permiso previo, por escrito, de FLORIDA CENTRE DE FORMACIÓ, S.C.V. 1

3 1.- Datos de identificación Asignatura Materia/Módulo Carácter/tipo de formación ECTS 4.5 Titulación Curso/Semestre Unidad Profesorado Idioma en el que se imparte Ingeniería de Fluidos Fundamentos de Ingeniería Industrial/Módulo Común a la rama Industrial Formación obligatoria Grado en Ingeniería Mecánica Tercer curso/primer semestre Ingeniería y Matemáticas Nombre: Belén Juste Vidal Mail: bjuste@florida-uni.es Despacho: D.1.6 Horario de atención: Consultar intranet (*) se recomienda concertar cita tutoría vía . Castellano 2.- Descripción y Objetivos Generales La asignatura de Ingeniería de Fluidos es de carácter eminentemente aplicado y tiene como objetivo que los estudiantes de la Titulación de Grado en Ingeniería Mecánica desarrollen su capacidad para analizar y diseñar sistemas y redes de transporte de fluidos. La asignatura Ingeniería de Fluidos se estudia en tercer curso y es de carácter cuatrimestral. Es una continuación de la asignatura Mecánica de Fluidos, de carácter más básico, que se estudia en el segundo cuatrimestre de segundo curso. Las máquinas hidráulicas son las más utilizadas en la industria, después de las eléctricas; sin embargo, ganan a éstas con diferencia en cuanto a tipología y variedad, siendo la bomba centrífuga la más empleada. En la asignatura se muestran la amplia variedad de máquinas hidráulicas existentes y su principio de trabajo, centrandose en las bombas centrífugas. En los capítulos siguientes se abordan temas comunes a todas las turbomáquinas, como son la aplicación de las leyes de semejanza, el problema de la cavitación, o la determinación del punto de funcionamiento de una turbomáquina en una instalación, aspecto básico para una correcta selección de ésta. Se estudian las bombas comerciales más frecuentes utilizadas en las aplicaciones urbanas, industriales o medioambientales, así como los principios para su selección en cada caso. Ello se completa con el estudio de las estaciones de bombeo, en cuya concepción hay que tener en cuenta otros muchos factores, dependiendo del entorno y de la finalidad de cada estación de bombeo. 2

4 Un caso particular son las estación de bombeo destinadas a transportar el agua a grandes distancias, por medio de impulsiones, aducciones, sifones, túneles, etc. Los transitorios desempeñan un papel muy importante en el diseño de éstas conducciones, cuyo estudio se contempla también en el programa. La Ingeniería del transporte de fluidos es una disciplina considerada totalmente necesaria para una formación integral del Grado en Ingeniería Mecánica. El estudio de la asignatura Ingeniería de Fluidos completa la formación en métodos de análisis y diseño mecánico constructivo y de cálculo estructural, con los conocimientos necesarios para el análisis y diseño de las instalaciones de fluidos presentes en cualquier tipo de edificio y/o establecimiento industrial. En esta asignatura se fomenta el desarrollo de habilidades y competencias genéricas como el trabajo en equipo, aprendizaje autónomo y la capacidad de aplicar los conocimientos a la práctica. El objetivo general es el siguiente: - Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas 3.- Requisitos previos Para poder seguir con aprovechamiento óptimo el programa correspondiente a este curso, el alumno deberá poseer o adquirir una serie de conocimientos previos. Es necesario cursar previamente otras asignaturas de diferentes cursos, entre ellas: Matemáticas, Mecánica de Fluidos y Física, Mecánica de Máquinas, Termodinámica. Conceptos matemáticos básicos: Resolución de sistemas de ecuaciones lineales. Cálculo de ecuaciones diferenciales. Cálculo matricial. Determinantes. Cálculo con exponenciales y logaritmos. Cálculo numérico. Conceptos básicos en física: Cálculo de fuerzas, momentos, etc. Propiedades termodinámicas. Conceptos básicos en fluidos: Dinámica de fluidos Transporte de fluidos en conductos cerrados Estos conocimientos se corresponden con los exigidos en los programas correspondientes a enseñanzas anteriores. En cualquier caso, el alumno realizará una prueba de conocimientos previos a principio de curso. Estos conocimientos proporcionarán al alumno una visión global de la asignatura y son indispensables para que el estudiante esté en condiciones de superar la asignatura. 3

5 4.- Competencias COMPETENCIAS MODELO EDUCATIVO FLORIDA G1. Uso de las TICs G2. Comunicación oral G3. Comunicación escrita G4. Comunicación en idioma extranjero G5. Trabajo en Equipo G6. Resolución de conflictos G7. Aprendizaje permanente G8. Compromiso y responsabilidad ética G9. Iniciativa, Innovación y Creatividad G10. Liderazgo COMPETENCIAS DEL TÍTULO BÁSICAS Y GENERALES 64G.- 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. 67G.- Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas ESPECÍFICAS 43E.- Conocimientos aplicados de ingeniería térmica. 46E.- Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas. 63E.- 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. 5.- Resultados de aprendizaje RESULTADOS DE APRENDIZAJE R1. Aplicar ecuaciones de tipo general y correlaciones específicas aproximadas para el cálculo de fuerzas aerodinámicas de resistencia y sustentación sobre placas planas, perfiles aerodinámicos y cuerpos 3D R2. Calcular pérdidas en conductos bajo diferentes regímenes de flujo: compresible e incompresible, laminar y turbulento, flujo en canales. COMPETENCIAS G7-43E-63E G7-G8-G9-64G 4

6 R3. Diseñar redes de tuberías a presión y redes de saneamiento y analizarlas mediante herramientas y/o programas informáticos. R4. Describir las características y función de cada uno de los elementos que componen las máquinas hidráulicas. Tipos de máquinas hidráulicas. Curvas características y aplicación en instalaciones de bombeo, ventilación o turbinado. R5. Diseñar instalaciones de bombeo. Calcular y seleccionar la bomba y el sistema de regulación más adecuado. R6. Seleccionar la instrumentación más adecuada para la medida de diferentes magnitudes fluidas R7. Definir y clasificar las máquinas hidráulicas. Conocer los conceptos de altura útil, potencia y rendimiento de una turbina hidráulica, bomba o ventilador, su organización, instalación, selección, acoplamiento y regulación. Comprender y ser capaz de utilizar catálogos técnicos de bombas centrífugas y ventiladores. R8. Conocer el origen, describir el fenómeno, las consecuencias, su amortiguación y las formas de prevenir y proteger una instalación ante el golpe de ariete y la cavitación Conocer las ecuaciones de gobierno y calcular de manera aproximada las sobrepresiones de un transitorio hidráulico en una instalación. G7-46E-67G G7-43E-46E G7-46E G7-64G 67G-64G-46E-G9 67G-43E-46E-G9 6.- Actividades formativas y metodología El volumen de trabajo del alumnado en la asignatura es equivalente a 25 horas por cada uno de los créditos. Corresponden por lo tanto a un total de horas atendiendo al valor de 4.5 créditos estipulado para la asignatura. Esta carga de trabajo se concreta entre: Actividades formativas presenciales (clases teóricas y prácticas, seminarios, proyectos integrados, tutoría,...). 45 horas. Actividades formativas de trabajo autónomo (estudio y preparación de clases, elaboración de ejercicios, proyectos, preparación de lecturas, preparación de exámenes...) horas. De acuerdo con lo formulado, el trabajo queda distribuido entre las siguientes actividades y porcentajes de aplicación: 5

7 ACTIVIDADES FORMATIVAS DE TRABAJO PRESENCIAL Modalidad Organizativa CLASE TEÓRICA Metodología Exposición de contenidos por parte del profesorado. Porcentaje R1, R2, R3, R4, R5, R8 CLASES PRÁCTICAS LABORATORIO SEMINARIOS/ TALLERES TRABAJO EN EQUIPO PROYECTO INTEGRADO TUTORÍA Sesiones grupales de trabajo supervisadas por el profesorado. (Construcción significativa del conocimiento mediante la interacción y la actividad del alumno/a) Actividades realizadas en espacios con equipamiento especializado. Sesiones de investigación sobre la didáctica del aula. Sesiones monográficas supervisadas y con participación compartida. Conferencias/Seminarios de personas expertas, Visitas a empresas, Asistencia a ferias, Asistencia a Jornadas/Congresos, Debates, Seminarios de desarrollo de competencias específicas o transversales. Realización de un proyecto para resolver un problema o abordar una tarea mediante la planificación, diseño y realización de una serie de actividades. Atención personalizada y en pequeño grupo. Instrucción realizada con el objetivo de revisar, reconducir materiales de clase, aprendizaje y realización de trabajos, etc. Consultas puntuales del alumnado. Tutorías programadas R2, E3, R5, R8 R1, R2, R3, R6 R1, R2, R3, R5, R6 R1, R2, R3, R5, R6,R7 R1, R2, R3, R6 TOTAL (40% del total) 100% ACTIVIDADES FORMATIVAS DE TRABAJO AUTÓNOMO Modalidad Organizativa Metodología Porcentaje TRABAJO EN GRUPO TRABAJO INDIVIDUAL Preparación en grupo de resolución de problemas y del trabajo integrado para entregar y/o exponer en clases teóricas o prácticas, tutorías, etc. Estudio del alumno/a y resolución de problemas matemáticos. R6 R1, R2, R3, R4, R5, R6, INVESTIGACIÓN Preparación de seminarios, lecturas, investigaciones, trabajos, memorias, etc. para exponer o entregar en las clases teóricas. R3, R5, R6 TOTAL (60% del total) 100% 6

8 7.- Contenidos TEMA 1. ANALISIS DIMENSIONAL 1. El Análisis Dimensional: Utilidad y Justificación 2. Los Fundamentos del Análisis Dimensional 3. Obtención de Parámetros Adimensionales y el Teorema Pi 4. Aplicación del Teorema Pi 5. Parámetros Adimensionales Comunes en la Mecánica de Fluidos TEMA 2. INTRODUCCIÓN A LAS REDES 1. Introducción 2. Definiciones básicas 3. Tipología de las redes: redes ramificadas y malladas 4. Sistema de ecuaciones generales para estado estacionario 5. Algunas simplificaciones utilizadas en el análisis y diseño de redes TEMA 3. BOMBAS 1. Introducción a las Bombas Centrífugas 2. Clasificación de las máquinas de fluidos 3. Teorema Fundamental de las Turbomáquinas o Teorema de Euler 4. Altura teórica aportada por una bomba 5. La desviación del comportamiento teórico: Definición de Pérdidas 6. Aplicación de las leyes de semejanza en las máquinas hidraulicas 7. Introducción a la cavitación en las máquinas hidraulicas 8. Asociación de bombas centrífugas 9. Estaciones de Bombeo. Diseño y Explotación 10. Impulsiones y aducciones. Transitorios hidráulicos TEMA 4. TRANSITORIOS HIDRAULICOS 1. Régimen estacionario / transitorio 2. Descripción física de transitorio hidráulico elástico 3. Ecuaciones globales de transitorios 4. Pulso de Joukowski: relación DP - Dv 5. Celeridad a del pulso de presión 6. Ecuaciones diferenciales básicas de transitorios 7. Balance de masa (continuidad) 8. Balance de fuerzas 9. Condiciones de contorno simples 10. Resolución mediante el método de las características 11. Resolución mediante el método gráfico de SCHNYDER-BERGENRON 7

9 Planificación temporal ACTIVIDADES FORMATIVAS CLASE TEÓRICA CLASE TEÓRICA- PRÁCTICA Y INFORMÁTICA CLASE TEÓRICA- PRÁCTICA Y LABORATORIO. PROYECTO INTEGRADO CLASE TEÓRICA- PRÁCTICA Y INFORMÁTICA RESULTADOS DE APRENDIZAJE R1, R4 R2, R3 R4, R5, R6, R7 R8 Nº DE TEMAS SESIONES (horas) TEMA 1 2 TEMA 2 11 TEMA 3 18 TEMA Evaluación del aprendizaje Sistema de evaluación SISTEMAS DE EVALUACIÓN Y CUALIFICACIÓN Instrumentos de evaluación Resolución de preguntas cortas en grupo en el aula Ejercicios tipo test de trabajo en grupo en el aula Resolución problemas de trabajo en grupo en el aula Ejercicios tipo test de trabajo en grupo fuera del aula Resolución problemas de trabajo en grupo fuera del aula Ejercicios tipo test de trabajo autónomo en el aula Resultados de aprendizaje evaluados Porcentaje

10 Resolución problemas matemáticos de trabajo autónomo en el aula. Exposición oral de ejercicios y/o del proyecto integrado Proyecto integrado del primer curso, R Proyecto Integrado Sistema de Calificación Se realizará un parcial a mitad de curso para eliminar materia (30% de la nota final) y otro al termino del curso (30% de la nota final), los cuales deben ser superados con una nota superior al 4 para poder promediar con el resto de notas. Al término del semestre se realizará una prueba final (examen), sobre el conjunto del temario no superado en los parciales. Asimismo, la asistencia a las prácticas de laboratorio es obligatoria, así como la presentación de las memorias de éstas y de los ejercicios que se planteen en clase para hacer en casa, las cuales podrán llegar a puntuar hasta un 15% de la nota total de la asignatura, siempre y cuando se haya aprobado la prueba final (examen). Para aprobar la asignatura será necesario, además de haber asistido a todas las prácticas, haber aprobado examen y prácticas de laboratorio. La participación en clase y la realización de trabajos se valorará también en la evaluación del alumno. La prueba escrita de la primera convocatoria y las prácticas corresponden al 75% del examen y el 25% será la nota del proyecto integrado del semestre correspondiente. En la segunda convocatoria el estudiante podrá elegir entre guardar la nota del proyecto integrado asociada a cada semestre o realizar una única prueba escrita con un valor del 100%. 9.- Propuesta de actuaciones específicas Los estudiantes que no puedan asistir a clase de forma regular deberán ponerse en contacto con el profesor responsable antes de que finalice la tercera semana de inicio de clase para definir su evaluación. La cual se adaptará a la particularidad de cada estudiante, definiendo por escrito el acuerdo al que hayan llegado profesor y alumno/a. 9

11 10. Bibliografía comentada Bibliografía comentada: Máquinas hidráulicas (Gonzalo López Patiño) Turbomáquinas hidráulicas : turbinas hidráulicas, bombas, ventiladores (Claudio Mataix) Teoría y problemas de máquinas hidráulicas (Antonio Viedma Robles) Sulzer centrifugal pump handbook (Sulzer Brothers Winterthur) Seleccion de bombas : Sistemas y aplicaciones (R.H. Warring) Bombas : Seleccion, uso y mantenimiento (Kenneth J. McNaughton) Bombas : Teoría, diseño y aplicaciones (Manuel Viejo Zubicaray) Pumping station design (Sanks, Robert L.) Estaciones de bombeo de aguas pluviales y/o residuales. (Comunidad Valenciana Conselleria d'indústria, Comerç i Turisme) Bibliografía Complementaria: Fluid Mechanics, J.F Douglas, J.M Gasiorek, J.A Swafield, Prentice Hall Int., New Jersey 4ª Ed Engineering Fluid Mechanics. Roberson, J.A y Crowe, C.T:. 6ª Edición, Ed. John Wiley & Sons, Inc Viscous Fluid Flow, White, F. M., 3ª Ed. MacGrawHill, 2005 Oleohidráulica básica. Diseño de circuitos. Roca Ravell, F.: 1ª Edición. Barcelona, Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Cataluña, 1997, 247 pp Curso de ingeniería hidráulica aplicado a redes de distribución de agua potable. Cabrera Marcet, E.: 1ª Edición. Valencia, Servicio de publicaciones UPV, 2005, 560 pp. Turbomáquinas hidráulicas Mataix, C.:. 1ª Edición. Madrid, ICAI, Enlaces: Microweb de la asignatura. Enlaces a páginas web, presentaciones visuales, otros recursos de utilidad para resolución de ejercicios y problemas Cuestiones y Problemas resueltos de la asignatura 11. Normas específicas de la asignatura Teniendo en cuenta el objetivo de compromiso ético del estudiante su comportamiento en el aula puede modificar la evaluación continuada en un 100%, la falta de puntualidad también será tenida en cuenta en la evaluación global. Los estudiantes que por situaciones específicas (temas laborales, enfermedad, incompatibilidad académica, etc.) no puedan asistir regularmente a clase es posible realizar una evaluación continuada semipresencial siempre y cuando este debidamente justificada y se comente con el profesor que se desea realizar este tipo de evaluación antes de la tercera semana del inicio de curso. Solo se evaluarán los trabajos presentados en las fechas indicadas. 10

12 12. Consultas y atención al alumnado Las citas se concertarán previamente, por correo electrónico; para estudiar la posibilidad de concertar cita otros días y a otras horas, se debe consultar disponibilidad horaria, via . 11