CARRERA: Ingeniería Civil PROGRAMA SINTÉTICO ASIGNATURA: Hidráulica Básica SEMESTRE: Cuarto OBJETIVO GENERAL: El alumno resolverá problemas sobre sistemas hidráulicos considerando líquidos en reposo y en movimiento, aplicando las ecuaciones fundamentales de la hidrostática y de la hidrodinámica. CONTENIDO SINTÉTICO: I II III IV V Propiedades físicas de los fluidos Hidrostática Hidrocinemática Hidrodinámica Flujo de fluidos reales en tuberías, pérdidas de energía METODOLOGÍA: Exposición de temas específicos de la asignatura por parte de los alumnos en equipo, bajo la supervisión del profesor. Solución de problemas con diferentes grados de dificultad, por parte de los alumnos con ayuda del profesor. Comprobación del conocimiento teórico a través de la realización de prácticas de laboratorio. Visitas técnicas a obras de infraestructura hidráulica con el fin de enriquecer la teoría, y por último la elaboración de trabajos extra clase de índole bibliográfica para completar e integrar el curso. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se realizarán tres evaluaciones parciales: la primera evaluación se integra por las unidades I y II; la segunda evaluación se integra por las unidades III y IV, la tercera evaluación se integra por la unidad V; Tomando en cuenta lo siguiente: Examen Parcial 80 %, ejercicios, tareas, trabajos de investigación bibliográfica, reportes de prácticas de laboratorio La calificación final será el promedio de las tres evaluaciones parciales. BIBLIOGRAFÍA: Díaz, Ángel. Apuntes de hidráulica I, Editorial IPN, México. 2000. 262 págs. Granados, Rodolfo. Apuntes de hidráulica I, Editorial IPN. México. 1990. 278 págs. Izquierdo, Eduardo, Apuntes de hidráulica I, Editorial IPN. México. 2002. 245 págs. Mataix, Claudio. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, Editorial Limusa. México. 1998. 660 págs. Sotelo, Gilberto. Hidráulica general, volumen I fundamentos. 16 o Reimpresión. México. 1995. 561 págs. Vennard, J.K. Elementos de mecánica de fluidos, Editorial Continental. México. 1990. 490 págs.
ESCUELA: Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Zacatenco CARRERA: Ingeniería Civil OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: ASIGNATURA: Hidráulica Básica SEMESTRE: Cuarto CLAVE: HIDIV2104 CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto del 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: ESCOLARIZADA. TIEMPOS ASIGNADOS /SEMANA/TEORÍA: /SEMANA/PRÁCTICA: /SEMESTRE/TEORÍA: 54.0 /SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0 /TOTALES: 81.0 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Hidráulica REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN. Ing. José Luis Minaburo Castillo
IN ST IT U T O POLIT ÉCN ICO N A CION A L ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE HIDIV2104 HOJA: 2 DE 14 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA El agua constituye una de las necesidades primordiales de los seres vivos, ya que representa un recurso indispensable para el desarrollo de cualquier especie y sociedad y debe obtenerse en cantidad y calidad suficiente. Es necesario por lo tanto, llevar a cabo medidas tendientes a corregir el uso irracional que de este elemento se ha hecho sí no queremos que la escasez de este líquido se convierta en un freno al desarrollo de la nación y lo que sería peor, en un problema que incluso ponga en riesgo la supervivencia de los pobladores. El gobierno federal consciente de esto, marca ciertos lineamientos en materia de uso eficiente del agua a través del Plan Nacional de Desarrollo colocando a este en un plano de prioridad nacional, donde se recalca la importancia de su conservación y uso racional. La asignatura de hidráulica básica nos propone las bases teórico prácticas que nos servirán de herramientas para manejar de una manera correcta a tan preciado líquido y por consiguiente lograr un buen aprovechamiento del mismo. En esta asignatura se les dará a los alumnos las bases de los principios hidráulicos para aplicarlos en las asignaturas subsecuentes. Es necesario que el alumno cuente como antecedente con conocimientos sobre estática, dinámica y sistema de unidades, así como principios de física y las matemáticas y esta asignatura le servirá al alumno como base para asignaturas como hidráulica de conductos a presión e hidráulica de conductos a superficie libre, ya que aporta conocimientos de la hidrodinámica e hidrostática. En este curso comprenderán los alumnos la importancia del conocimiento general de la hidráulica para el mejor uso del agua, con los siguientes propósitos. 1) Aumentar la productividad del sector agrícola como una de las tareas más urgentes que tiene nuestro país. 2) Crear programas adecuadas para dotar y administrar el uso del agua en las zonas urbanas, aprovechando las obras hidráulicas. 3) Coadyuvar al incremento de la generación de energía hidroeléctrica para apoyar a la industria. Lo anterior obliga a una mejor formación profesional del Ingeniero Civil para satisfacer las necesidades actuales y futuras a corto plazo en nuestro país en lo que se refiere al uso y manejo del agua. Las asignaturas colaterales son: Estructuras Isostáticas, Matemáticas IV, Mecánica de Suelos I, Geomática y Procedimientos Constructivos I; las asignaturas consecuentes son: Tuberías y Canales, Mecánica de Materiales, Matemáticas V, Residuos Sólidos Urbanos, Mecánica de Suelos II y Movimiento de Tierras. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno resolverá problemas sobre sistemas hidráulicos considerando líquidos en reposo y en movimiento, aplicando las ecuaciones fundamentales de la hidrostática y de la hidrodinámica.
IN ST IT U T O POLIT ÉCN ICO N A CION A L ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE HIDIV2104 HOJA: 3 DE 12 UNIDAD I NOMBRE: Propiedades físicas de los fluidos El alumno explicará las principales propiedades físicas de los fluidos, así como su aplicación a casos concretos y resolverá problemas que le permitan adquirir un manejo rápido y confiable de las mismas. 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1. 1.1.6 1.1.7 1.1.8 1.1.9 Propiedades físicas de los fluidos. Caracterización de fluido. Temperatura. Peso especifico. Densidad absoluta y relativa. Viscosidad dinámica y cinemática. Tensión superficial. Capilaridad. Compresibilidad. Presión de vapor. 4.0 4.0 1B 1.1.10 Problemas de aplicación de las principales propiedades físicas de los fluidos. 1.0 1B, 2B y 4C Subtotal Exposición por parte de los alumnos con la asesoría del profesor, posteriormente el desarrollo de un debate y lluvia de ideas para conformar una caracterización de dichas propiedades, entrega de tabla por parte de los alumnos En dicha caracterización incluir: nombre, denotación, unidades, ecuación, concepto, aplicaciones, valores e instrumentos de medición. Resolución de problemas del tema en el pizarrón por parte de los alumnos; permitiendo plasmar y trasmitir con mayor facilidad los conocimientos de todos los integrantes del grupo. Realización de prácticas de laboratorio. 4.0 4.0 4.0 La primera evaluación se integra por las unidades I y II tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE: HIDIV2104 HOJA: 4 DE 12 UNIDAD II NOMBRE: Hidrostática El alumno resolverá problemas de fluidos en reposo y de manometría, aplicando correctamente la ecuación fundamental de la hidrostática y calculará empujes sobre superficies planas y curvas y las diferentes condiciones de equilibrio de los cuerpos flotantes. 2.1 2.1.1. 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 Conceptos básicos Presión absoluta. Presión relativa (positiva y negativa). Presión atmosférica. Presión hidrostática. Educación fundamental de la hidrostática. Principio de Pascal. Principio de Arquímedes. Manometría Medición de presiones hidrostáticas. Dispositivos para medir presiones hidrostática: piezómetros, manómetros, barómetros y vacuómetros. Ejercicios de aplicación Subtotal 2.0 2.0 2.0 7.0 2.0 7.0 1B, 3B y 5C 1B y 4C 2B y 5C 1B, 2B y 3B Deducción de las ecuaciones y ejercicios en el pizarrón, todos estos temas los exponen los alumnos con guía y asesoría del profesor, los cuales se apoyan en videocintas, pizarrón blanco, marcadores, etc. Para el caso del tema 2.5 se utilizan maquetas para explicar de una manera más directa las presiones hidrostáticas. Realización de práctica de laboratorio. La primera evaluación se integra por las unidades I y II tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE HIDIV2104 HOJA: 5 DE 12 UNIDAD II NOMBRE: Hidrostática (continuación) El alumno resolverá problemas de fluidos en reposo y de manometría, aplicando correctamente la ecuación fundamental de la hidrostática y calculará empujes sobre superficies planas y curvas y las diferentes condiciones de equilibrio de los cuerpos flotantes. 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 Empujes sobre superficies planas y curvas Deducción de formulas para calcular el empuje que el agua ejerce sobre superficies planas. Deducción de formulas para calcular el empuje que el agua ejerce sobre superficies curvas. Problemas de aplicación en compuertas, cortinas y muros. 4.0 4.0 1B, 2B y 3B 2.6 2.6.1 Flotación Condiciones de equilibrio de los cuerpos flotantes. 4C y 5C Problemas de aplicación. Práctica de Laboratorio Subtotal 7.0 4.5 7.0 Deducción de las ecuaciones y ejercicios en el pizarrón, todos estos temas los exponen los alumnos con guía y asesoría del profesor, los cuales se apoyan en videocintas, pizarrón blanco, marcadores, etc. Para el caso del tema 2.5 se utilizan maquetas para explicar de una manera más directa las presiones hidrostáticas. Realización de práctica de laboratorio. La primera evaluación se integra por las unidades I y II tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE: HIDIV2104 HOJA: 6 DE 12 UNIDAD III NOMBRE: Hidrocinemática. El alumno clasificará los fluidos en movimiento en conductos abiertos y cerrados y determinará a partir del número de Reynolds el tipo de régimen que se presenta en un conducto. 3.1 3.1.1. 3.1.2 3.1.3 Análisis y características del movimiento de los líquidos Conceptos básicos: partícula línea de corriente, trayectoria, tubo de corriente, vena líquida, fluido ideal y real, volumen de control, sistema de control, sistema de referencia. Factores que influyen y determinan en función de su magnitud, el movimiento de los líquidos. Propiedades de los fluidos, características del flujo, parámetros del conducto. Métodos de análisis del movimiento de los líquidos.: Euler, Lagrange. 1B, 2B y 3B 3.2 3.2.1 Clasificación de los fluidos. De acuerdo a la trayectoria de las partículas. Laminar Transición. Turbulento. 4C y 5C Subtotal 6.0 6.0 Consultas bibliográficas para la resolución de cuestionarios por parte de los alumnos con base en los apuntes del profesor. Desarrollo del tema 3.2 por medio de un trabajo de investigación documental (bibliográfica) el cual deben presentar y analizar el alumno en grupo haciendo los comentarios pertinentes. Realización de práctica de laboratorio. La segunda evaluación se integra por las unidades III y IV tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE HIDIV2104 HOJA: 7 DE 12 UNIDAD III NOMBRE: Hidrocinemática (continuación) El alumno clasificará los fluidos en movimiento en conductos abiertos y cerrados y determinará a partir del número de Reynolds el tipo de régimen que se presenta en un conducto. 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 Con relación a la viscosidad del líquido. Ideal. Real Respecto al tiempo Flujo permanente Flujo no permanente Tomando en cuenta la distancia entre dos puntos del fluido Uniforme No uniforme Tomando en cuenta el salto hidráulico Subcrítico Crítico Supercrítico 2.5 2.5 1B,2B y 3B Subtotal Consultas bibliográficas para la resolución de cuestionarios por parte de los alumnos con base en los apuntes del profesor. Desarrollo del tema 3.2 por medio de un trabajo de investigación documental (bibliográfica) el cual deben presentar y analizar el alumno en grupo haciendo los comentarios pertinentes. Realización de práctica de laboratorio. 2.5 2.5 La segunda evaluación se integra por las unidades III y IV tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE: HIDIV2104 HOJA: 8 DE 12 UNIDAD IV NOMBRE: Hidrodinámica El alumno identificará las ecuaciones de continuidad, energía e impulso y cantidad de movimiento y aplicará correctamente las ecuaciones fundamentales en la solución de problemas prácticos de hidráulica. 4.1 4.1.1. 4.1.2 Ecuación de continuidad. Deducción de la ecuación de continuidad. Aplicación de la ecuación a problemas de tuberías 2.0 1B y 2B 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 Ecuación de la energía o teorema de Bernoulli. Deducción del teorema. Representación gráfica. Problemas de aplicación. 6.0 2.0 4.5 1B y 3B 4.3 4.3.1 Teorema del impulso y la cantidad de movimiento. Deducción de la formula general. 4C y 5C 4.3.2 Problemas de aplicación. Subtotal Resolución de problemas de aplicación de los temas por parte de los alumnos con la conducción del profesor. Realización de práctica de laboratorio. 12.0 5.5 12.0 La segunda evaluación se integra por las unidades III y IV tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE: HIDIV2104 HOJA: 09 DE 12 UNIDAD V NOMBRE: Flujo de fluidos reales en tuberías, pérdidas de energía. El alumno calculará perdidas de energía por fricción y locales en sistemas hidráulicos básicos y diseñará desde el punto de vista hidráulico tuberías simples. 5.1 5.1.1. 5.1.2 5.1.3 5.1.4 Flujo de un fluido real. Efectos de viscosidad. Capa limite. Experimento de Reynolds. El número de Reynolds y los flujos laminar, transición y turbulento. 4.5 4C y 6C 5.2 Ecuación de la energía para fluidos reales.. 1.0 1.0 5C 5.3 Ejemplos de aplicación considerando pérdidas de energía. 4C 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 Pérdidas de energía por fricción. Factores que determinan las perdidas por fricción: longitud, rugosidad relativa, número de Reynolds. Ecuaciones de Chezy, Darcy-Weisbach y Hazen- Williams Utilización de tablas y graficas: diagrama de Moody. 8.0 5.0 4C y 5C Subtotal 13.5 6.0 13.5 Realización de consultas bibliográficas y resolución de problemas en el pizarrón con la guía del profesor. Realización de práctica de laboratorio. La tercera evaluación se integra por la unidad V tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE HIDIV2104 HOJA: 10 DE 12 UNIDAD V NOMBRE: Flujo de fluidos reales en tuberías, pérdidas de energía. (continuación) El alumno calculará perdidas de energía por fricción y locales en sistemas hidráulicos básicos y diseñará desde el punto de vista hidráulico tuberías simples. 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 Perdidas de energía locales. Importancia de la carga de velocidad. Importancia de la forma y operación de los accesorios. Uso de tablas, graficas, y diagramas para la determinación de los coeficientes de pérdida de energía local. Potencia de una bomba. 4.5 4.5 4C y 6C 5.7 Ejemplos de aplicación considerando dispositivos mecánicos en sistemas hidráulicos. 4C y 5C Subtotal 4.5 4.5 Realización de consultas bibliográficas y resolución de problemas en el pizarrón con la guía del profesor. Realización de prácticas de laboratorio, tareas y trabajos extra clase. La tercera evaluación se integra por la unidad V tomando en cuenta lo siguiente:
ASIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE: HIDIV2104 HOJA: 11 DE 12 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. 1 2 3 NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Propiedades físicas de los fluidos primera parte. Propiedades físicas de los fluidos segunda parte. Problemas de aplicación de las principales propiedades físicas de los fluidos. I I I 1.0 Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio de Ingeniería Hidráulica. Todos los ejercicios de aplicación se realizarán en el aula. 4 Hidrostática. II 5 Ejercicios de aplicación de manometría. II 6 Problemas de aplicación de compuertas, cortinas y muros. II 7 Problemas de aplicación de flotación. II 8 Ejercicios de flujos. III 9 Visualización de flujos, comprobación de la ecuación de Continuidad y del Teorema de Bernoulli. III y IV 10 Problemas de continuidad. IV 11 Problemas de Bernoulli con fluido ideal. IV 2.0 12 Ejercicios de Impulso y cantidad de movimiento. IV 13 Problemas de Bernoulli con fluido real. V 14 Pérdidas de energía en tuberías. V 15 Ejercicios de aplicación de pérdidas de energía por fricción. V 16 Ejemplos de sistemas hidráulicos con bombas. V Total 27.0
SIGNATURA: HIDRÁULICA BÁSICA CLAVE: HIDIV2104 HOJA: 12 DE 12 PERÍODO UNIDAD 1er. parcial 2do. parcial I y II III y IV Las tres evaluaciones parciales se integrarán de la siguiente manera Examen Parcial 80 % Ejercicios, tareas, trabajos de investigación bibliográfica, reportes de prácticas de laboratorio y participaciones 20% Total 100% 3er. parcial V El promedio de las tres calificaciones de los exámenes parciales será el resultado final de la evaluación del curso, se considerará el seis (6.0) como calificación mínima para aprobar dicho curso. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 2 3 X X X Díaz, Ángel. Apuntes de hidráulica I, Editorial IPN, México. 2000 262 págs. Granados, Rodolfo. Apuntes de hidráulica I, Editorial IPN. México. 1990. 278 págs. Izquierdo, Eduardo, Apuntes de hidráulica I, Editorial IPN. México. 2002 245 págs. 4 5 6 X X X Mataix, Claudio. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, Editorial Limusa, México. 1998. 660 págs. Sotelo, Gilberto. Hidráulica general, volumen I fundamentos, 16 o Reimpresión. México. 1995. 561 págs. Vennard, J.K. Elementos de mecánica de fluidos, Editorial Continental. México. 1990. 490 págs.
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Zacatenco CARRERA: Ingeniería Civil SEMESTRE Cuarto ÁREA: C. BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. OTROS CURSOS ACADEMIA: Hidráulica ASIGNATURA: Hidráulica Básica ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero Civil (Preferentemente grado de maestría en Hidráulica) 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno resolverá problemas sobre sistemas hidráulicos considerando líquidos en reposo y en movimiento aplicando las ecuaciones fundamentales de la hidrostática y de la hidrodinámica. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Dominio de los conceptos básicos de la hidráulica EXPERIENCIA HABILIDADES PROFESIONAL Haber laborado en el área Capacidad de transmitir el de la hidráulica. conocimiento Un año impartiendo la misma materia o similar. Solucionar problemas si se tiene maestría o prácticos especialidad haber participado en proyectos Análisis de investigación del área Síntesis Manejo de grupos Creatividad Líder académico ACTITUDES Debe de ser crítico. Disciplinado. Tolerante. Manejarse con ética. Criterio. Sentido de la colaboración. Justo. Honesto. Dispuesto al cambio. Compromiso social. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Lucio Rosales Ramírez (TM) Ing. Gabriel Delgado Pereyra (TV) M. en C. Demetrio Galíndez López Ing. José Luis Minaburo Castillo PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA: Agosto 2005