Guía docente de la asignatura Mecánica de Fluidos

Transcripción

1 Guía docente de la asignatura Mecánica de Fluidos Titulación: Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Curso

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3 Guía Docente 1. Datos de la asignatura Nombre Mecánica de Fluidos Materia Mecánica de Fluidos (Fluid Mechanics) Módulo Materia común a la Ingeniería Industrial Código Titulación/es Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática Plan de estudios Plan Decreto nº 269/2009 de 31 de Julio Centro Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Tipo Obligatoria Periodo lectivo Segundo cuatrimestre Curso 2º Idioma Español ECTS 4,5 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 135 Horario clases teoría Aula Horario clases prácticas Lugar 2. Datos del profesorado Profesor responsable Departamento Área de conocimiento Ubicación del despacho Correo electrónico Manuel M. Sánchez Nieto Ingeniería Térmica y de Fluidos Mecánica de Fluidos 3ª Planta Hospital de Marina Teléfono Fax URL / WEB Horario de atención / Tutorías Ubicación durante las tutorías ManuelM.Sanchez@upct.es Aula virtual UPCT. Luneses de 9:30 a 11:30 y de 15:00 a 17:00 Jueves de 9:30 a 11:30 En el despacho del profesor

4 3. Descripción de la asignatura 3.1. Presentación La asignatura de Mecánica de Fluidos proporciona conocimientos básicos a partir de la aplicación de las leyes fundamentales de la Física y la Mecánica a los fluidos (líquidos y gases). El objetivo es dotar a los alumnos de la Titulación de Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática con los conocimientos y herramientas requeridas para analizar problemas fluidos mediante análisis diferencial e integral, obteniendo soluciones en casos de interés en ingeniería. Adicionalmente, la actividad docente fomentará el desarrollo de habilidades y competencias complementarias entre sí, como el aprendizaje autónomo y el trabajo en equipo Ubicación en el plan de estudios La asignatura Mecánica de Fluidos, en razón de su carácter básico, se imparte en el segundo cuatrimestre del segundo curso Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional La Mecánica de Fluidos analiza el comportamiento estático y dinámico de los fluidos, así como sus efectos sobre su entorno (sólido o fluido). El campo de aplicaciones de la mecánica de fluidos en ingeniería es muy amplio: generación de potencia, motores, conducciones de fluidos, aeronáutica, barcos, etc. La Mecánica de Fluidos es esencial en los procesos de transferencia de impulso y energía, característicos de los sectores de generación y distribución de energía y presentes en la práctica totalidad de medios de transporte Relación con otras asignaturas. Requisitos y recomendaciones Para garantizar la asimilación de los contenidos de la asignatura Mecánica de Fluidos es necesario haber cursado previamente otras asignaturas: de primer curso, Matemáticas I, además de Física I y II; de segundo curso, Matemáticas II y Termodinámica Aplicada. Asimismo, es recomendable que el alumno se haya familiarizado con otras asignaturas de segundo curso, Resistencia de Materiales y también Transmisión de Calor, que comparten métodos de análisis y suministran parte del sustrato científico necesario Medidas especiales previstas Aquellos alumnos que deban compaginar sus estudios con un trabajo remunerado podrán dispondrán de ayudas específicas para facilitar a su integración en el desarrollo de la asignatura, como el uso del aula virtual para la recepción de material didáctico y la planificación y entrega de actividades, o la monitorización del aprendizaje mediante tutorías de grupo.

5 4. Competencias 4.1. Competencias específicas de la asignatura (según el plan de estudios) Conocimiento de los principios fundamentales 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 genéricas / transversales (según el plan de estudios) COMPETENCIAS INSTRUMENTALES X T1.1 Capacidad de análisis y síntesis T1.2 Capacidad de organización y planificación X T1.3 Comunicación oral y escrita en lengua propia T1.4 Comprensión oral y escrita de una lengua extranjera T1.5 Habilidades básicas computacionales T1.6 Capacidad de gestión de la información X T1.7 Resolución de problemas T1.8 Toma de decisiones COMPETENCIAS PERSONALES X T2.1 Capacidad crítica y autocrítica X T2.2 Trabajo en equipo X T2.3 Habilidades en las relaciones interpersonales T2.4 Habilidades de trabajo en un equipo interdisciplinar T2.5 Habilidades para comunicarse con expertos en otros campos T2.6 Reconocimiento de la diversidad y la multiculturalidad T2.7 Sensibilidad hacia temas medioambientales T2.8 Compromiso ético COMPETENCIAS SISTÉMICAS X T3.1 Capacidad para aplicar los conocimientos a la práctica X T3.2 Capacidad de aprender T3.3 Adaptación a nuevas situaciones T3.4 Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) T3.5 Liderazgo T3.6 Conocimiento de otras culturas y costumbres X T3.7 Habilidad de realizar trabajo autónomo T3.8 Iniciativa y espíritu emprendedor T3.9 Preocupación por la calidad T3.10 Motivación de logro

6 4.3. Objetivos generales / competencias específicas del título (según el plan de estudios) COMPETENCIAS ESPECÍFICAS DISCIPLINARES X E1.1 Conocimiento en las materias básicas matemáticas, física, química, organización de empresas, expresión gráfica e informática, que capaciten al alumno para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías E1.2 Conocimientos en materias tecnológicas para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos E1.3 Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico Industrial COMPETENCIAS PROFESIONALES E2.1 Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la Ingeniería industrial que tengan por objeto, en el área de la Ingeniería Química, la construcción, reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos, instalaciones energéticas, instalaciones eléctricas y electrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación y automatización en función de la ley de atribuciones profesionales E2.2 Capacidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento E2.3 Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas E2.4 Capacidad de dirección, organización y planificación en el ámbito de la empresa, y otras instituciones y organizaciones OTRAS COMPETENCIAS E3.1 Experiencia laboral mediante convenios Universidad Empresa E3.2 Experiencia internacional a través de programas de movilidad 4.4. Resultados esperados del aprendizaje Al finalizar la asignatura, el alumno deberá ser capaz de: 1. Entender la definición de fluido y conocer sus propiedades físicas más importantes. Aplicar un modelo reológico apropiado para un fluido Newtonianos. 2. Obtener el campo de presiones en los casos de equilibrio absoluto y relativo en fluidos. Calcular la fuerza de presión por efecto de fluidos estáticos en superficies rectas y curvas, y su punto de aplicación. 3. Utilizar e interpretar las herramientas de representación del campo de velocidades. 4. Calcular el flujo convectivo de diversas propiedades fluidas a través de superficies de distinta geometría, en particular el caudal y el gasto másico. 5. Formular las ecuaciones básicas de la Física (Leyes de Conservación de la Masa, del Impulso y de la Energía) en el campo fluido, y utilizarlas para realizar balances de

7 materia, fuerzas y energía en volúmenes de control. 6. Reconocer cuando es de aplicación la ecuación de Bernoulli, y aplicarla a la resolución de problemas. 7. Comprender y manejar las relaciones diferenciales básicas de dinámica de la partícula fluida (ecuaciones de masa, impulso y energía) para resolver problemas simples en flujo laminar incompresible. 8. Aplicar el análisis dimensional al diseño de experimentos con modelos y a la obtención de las leyes de semejanza, además de conocer el significado físico de los parámetros adimensionales más importantes en Mecánica de Fluidos. 9. Aplicar las ecuaciones de Euler de flujo ideal a la resolución de problemas de flujo incompresible estacionario. Identificar los problemas industriales en los que es válida esta aproximación.

8 5. Contenidos 5.1. Contenidos (según el plan de estudios) Naturaleza y Propiedades de los Fluidos. Estática de Fluidos: Ecuaciones generales; Campo de presiones. Hidrostática: Fuerzas sobre superficies y cuerpos sumergidos; Flotación. Cinemática de los fluidos: Descripción del campo fluido, Derivadas temporales en el campo fluido. Leyes de Conservación: Ecuación de Masa; Ecuación de Impulso; Ecuación de la energía; Ecuaciones generales de Navier Stokes. Análisis dimensional y Semejanza física. Flujo ideal: Ecuaciones de Euler; Flujo incompresible permanente; Flujo Compresible permanente. Flujo Viscoso: Movimiento laminar unidireccional Programa de teoría UD1. NATURALEZA Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Tema 1. Naturaleza de los Fluidos Tema 2. Propiedades físicas de los fluidos UD2. ESTÁTICA DE FLUIDOS Tema 3. Fluidostática Tema 4. Hidrostática. Flotación UD3. CINEMÁTICA DE FLUIDOS Tema 5. Cinemática en el campo fluido Tema 6. Derivadas temporales en el campo fluido UD4. LEYES DE CONSERVACIÓN Tema 7. Ecuación de Masa Tema 8. Ecuación de Impulso Tema 9. Ecuación de Energía Tema 10. Ecuaciones de Navier Stokes UD5. TÉCNICAS EXPERIMENTALES Tema 11. Análisis dimensional y semejanza física UD6. FLUJOS IDEALES Tema 12. Ecuaciones de Euler Tema 13. Flujo ideal permanente Tema 14: Flujo compresible guiado UD7. FLUJOS VISCOSOS Tema 15. Movimiento laminar unidireccional 5.3. Programa de prácticas Práctica 1. Medida de presiones. Calibración de un transductor Práctica 2. Balanza hidrostática Práctica 3. Medida de caudales con diafragma y tubo de Venturi Práctica 4. Medida de caudales en canales con placa vertedero. Vaciado de depósitos Práctica 5. Medida la de fuerza ejercida por un flujo sobre una placa Práctica 6. Simulador de flujo en toberas

9 5.4. Programa resumido en inglés (opcional) I. NATURE AND PROPERTIES OF THE FLUIDS 1. Fundamental Concepts 2. Physical Properties of Fluids II. FLUID STATICS 3. Fluid Sstatics 4. Hydrostatics. Buoyancy III. FLUID KINEMATICS 5. Kinematics in the Fluid Field 6. Time Derivatives of the Flow Variables IV. CONSERVATION LAWS 7. Mass Equation 8. Linear Momentum Equation 9. Energy Equation 10. The Navier Stokes Equations V. EXPERIMENTAL TECHNIQUES 11. Dimensional Analysis and Similarity VI. INVISCID FLOW 12. Euler Equations 13. Steady Incompressible Flow 14. Steady Compressible Flow VII. VISCOUS FLOW 15. One Dimensional Laminar Flow 5.5. Objetivos de aprendizaje detallados por Unidades Didácticas (opcional)

10 6. Metodología docente 6.1. Actividades formativas Actividad Descripción de la actividad Trabajo del estudiante ECTS Clase expositiva utilizando técnicas de aprendizaje cooperativo informal Presencial: Toma de apuntes y revisión con el compañero. Planteamiento de dudas 0,60 Clase de teoría de corta duración. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes. Se tratarán los temas de mayor complejidad y los aspectos más relevantes. individualmente o por parejas. No presencial: Estudio de la materia. 0,60 Clase de problemas Clase de prácticas Seminario de problemas y otras actividades de trabajo cooperativo Actividades de evaluación formativa Tutorías individuales y de grupo Actividades de evaluación sumativa Se resolverán problemas tipo y se analizarán casos prácticos. Se enfatizará el trabajo en plantear métodos de resolución y no en los resultados. Se plantearán problemas y/o casos prácticos similares para que los alumnos lo vayan resolviendo individualmente o por parejas, siendo guiados paso a paso por el profesor. Las sesiones prácticas de laboratorio permiten enlazar contenidos teóricos y prácticos de forma directa. Se realizarán varios seminarios de problemas a lo largo del curso. Los alumnos trabajan en grupo para resolver un conjunto de problemas. Resolver dudas y aclarar conceptos Se realizarán varios cuestionarios de preguntas de respuesta breve y cuestiones teórico prácticas en clase y se corregirán a continuación como técnica de evaluación del aprendizaje y seguimiento del grado de asimilación de los contenidos. Las tutorías serán individuales o de grupo con objeto de realizar un seguimiento individualizado y/o grupal del aprendizaje. Revisión de exámenes por grupos y motivación por el aprendizaje Se realizarán varias pruebas escritas de tipo individual. Estas pruebas están distribuidas a lo largo del curso y permiten comprobar el grado de consecución de las competencias específicas. Presencial: Presencial: participación activa, resolución de ejercicios, planteamiento de dudas. No presencial: : Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor. Presencial: Manejo de instrumentación. Desarrollo de competencias en expresión oral y escrita y aprendizaje cooperativo con la presentación de informes de prácticas por los grupos de alumnos al finalizar cada sesión, con apoyo del profesor. Presencial: Presencial: Resolución de los problemas. Explicación del método de resolución a los compañeros. Discusión de dudas y puesta en común del trabajo realizado. Presencial: Realización de los cuestionarios y evaluación de los realizados por otros compañeros para fomentar el espíritu crítico y la capacidad de auto evaluación, autorreflexión y co evaluación. Presencial: Planteamiento de dudas en horario de tutorías. No presencial: Planteamiento de dudas por vídeo conferencia. Presencial: Asistencia a la prueba escrita y realización de esta. 0,50 0,80 0,25 0,30 0,10 0,10 0,45 No presencial: Estudio de la materia. 0,80

11 7. Evaluación 7.1. Técnicas de evaluación Instrumentos Realización / criterios Ponderación Prueba escrita individual (1) (70 %) Seminarios de problemas Informes de Laboratorio Problemas Propuestos (2) Evaluación formativa Otras actividades de AC Cuestiones teóricas y/o teórico prácticas: Entre 4 y 6 cuestiones teóricas simples o acompañadas de una aplicación numérica de corta extensión. Estas cuestiones se orientan a: conceptos, definiciones, etc). Se evalúan principalmente los conocimientos teóricos. Problemas: Entre 1 y 4 problemas de media o larga extensión. Se evalúa principalmente la capacidad de aplicar conocimientos a la práctica y la capacidad de análisis Se realizarán tres sesiones de seminario de problemas. Los alumnos trabajando en equipo y de forma presencial resuelven y discuten una serie de problemas planteados en exámenes de convocatorias pasadas recientes. Se evalúa la resolución, el procedimiento y el trabajo en equipo Se evalúan las ejecuciones y el trabajo en equipo, así como las destrezas y habilidades para el manejo de instalaciones y equipos y la calidad del informe presentado Resolución no presencial de problemas (individualmente o en equipo) propuestos durante el curso Realización de actividades y pruebas de corta duración realizadas en clase (individualmente o por parejas). En ocasiones la prueba será evaluada por otro compañero % del examen dependiendo de la UD % del examen dependiendo de la UD 10% Competencias genéricas (4.2)evaluadas T3.2, T1.1, T1.3 T1.1, T3.1, T1.7 T1.1, T1.7, T2.2, T2.3, T3.1, 10 % T1.3, T2.2, T2.3 10% T1.7, T3.1 No interviene T2.1, T3.2 (1) Las pruebas escritas individuales (PEI) deben superarse con nota superior a 5. (2) propuesta y seguimiento mediante la plataforma Moodle (Aula Virtual) Resultados (4.4) evaluados 1,2, 3, 5, 6,7,8,9 1,2, 3, 5, 6,7,8,9 2, 3, 4, 6, 8 1, 4, 5, 8, 9 1, 3, 4, 5, 7, 9 3, 4, 7

12 7.2. Mecanismos de control y seguimiento El seguimiento del aprendizaje se realizará mediante las siguientes actividades: Cuestiones planteadas en clase y actividades de AC informal por parejas en clase de teoría y problemas Supervisión durante las sesiones de trabajo en equipo presencial de seminarios de problemas y revisión de los problemas propuestos para ser realizados individualmente o en equipo (no presencial Elaboración de listas de ejecución durante las sesiones de prácticas de laboratorio Tutorías

13 7.3. Resultados esperados / actividades formativas / evaluación de los resultados (opcional) Clases de teoría Clases ejercicios Trabajos e informes Prueba teoría Prueba ejercicios Ejercicios propuestos Trabajo en grupo Resultados esperados del aprendizaje (4.4)

14 8. Distribución de la carga de trabajo del alumno ACTIVIDADES PRESENCIALES ACTIVIDADES NO Convencionales No convencionales PRESENCIALES Clases teoría Clases problemas Laboratorio Aula informática Total Presencial Convencional Trabajo cooperativo Tutorías Seminarios Visitas Evaluación formativa Evaluación Exposición de trabajos Total Presencial No Convencional Estudio Trabajos / informes individuales Trabajos / informes en grupo Total No Presencial ENTREGABLES Semana Temas o actividades (visita, examen parcial, etc.) 1 T1, T T P1 3 T ,5 4, ,5 4 Seminario y PEI (1) P2 5 T5, T T T P3 8 T T Seminario y PEI (1) T T12, T ,5 5, ,5 P4 13 T T ,5 5, ,5 4,5 11 P5 15 Seminario y PEI (1) Periodo de exámenes Otros TOTAL HORAS ,5 40, ,0 58 9,5 67,5 135,0 (1) Prueba Escrrita Individual según convocatoria TOTAL HORAS

15 9. Recursos y bibliografía 9.1. Bibliografía básica Apuntes de la asignatura Mecánica de Fluidos Manual de Prácticas 9.2. Bibliografía complementaria Mecánica de Fluidos, A. Crespo, Ed. Thomson, Madrid Mecánica de fluidos, F.M. White. Ed. McGraw Hill, 6ª Ed., Madrid Mecánica de fluidos, M.C. Potter, D.C. Wiggert, Prentice Hall Int., New Jersey, 3ª Ed Mecánica de Fluidos General, M. M. Sánchez, Ed. ETSII UPCT, Cartagena Recursos en red y otros recursos Aula virtual de la asignatura: