PROGRAMA DE HIDRÁULICA GENERAL 356 PLAN 2006 - Carrera: Ingeniería Civil. Ubicación en el Plan de Estudios: Tercer año. Primer cuatrimestre- Carga Horaria: 6 horas semanales. Objetivos de la materia: Lograr que el alumno conozca: Las hipótesis fundamentales de la Mecánica de los Fluidos. Las propiedades físicas de los fluidos. Los Principios y las Ecuaciones fundamentales de la Mecánica de los Fluidos. Las leyes que rigen: el flujo de líquidos a presión en conductos cerrados, el flujo de líquidos a superficie libre y el flujo de líquidos en medios permeables. El funcionamiento de las turbo-máquinas hidráulicas. Lograr que el alumno adquiera destreza en la resolución de problemas de aplicación. Realizar ensayos de laboratorio referentes a temas básicos de la Hidráulica. Contenidos de la materia: UNIDAD 1: Propiedades físicas de los fluidos Propiedades Termodinámicas: Presión, Masa específica, Temperatura, Energía interna, Entalpía, Entropía, Coeficiente de dilatación volumétrica a presión constante, Coeficiente de compresibilidad a temperatura constante, Módulo de elasticidad volumétrico, Calores específicos, Velocidad de propagación del sonido. Propiedades de Transporte: Coeficiente de difusión molecular, Coeficiente de viscosidad dinámica, Coeficiente de viscosidad cinemática, Coeficiente de transferencia de calor. Otras Propiedades:.Tensiones en las interfases, Presión de evaporación, Viscosidad turbulenta (viscosidad vorticosa o de remolino), Absorción de gases. UNIDAD 2: Cinemática Descripción del movimiento de un fluido: Descripción Lagrangeana; Descripción Euleriana. Campo de velocidades de traslación. Aceleración local y convectiva. Campo del vector remolino. Flujos irrotacionales y vorticosos. Movimiento de deformación. Velocidades de 1
dilatación lineal específica y velocidades de distorsión angular. Estado de velocidad de deformación en un punto. Matriz de velocidades de deformación. Ejes principales de velocidad de deformación en un punto del campo de flujo. Líneas y superficies características de los campos de velocidades de traslación y rotación. UNIDAD 3: Fuerzas actuantes sobre los fluidos Fuerzas exteriores: De masa y de superficie. Fuerzas interiores: El concepto de tensión. Estado de tensión en un punto de una masa fluida en movimiento. Tensor de tensiones. Componentes del vector tensión asociado a un plano pasante por un punto. Tensiones en el contorno. Ejes principales de tensión en un punto. Tensiones principales. Bibliografía:(1). UNIDAD 4: Comportamiento del fluido Fluidos viscosos Newtonianos. Relación entre el tensor de tensiones y el tensor de velocidades de deformación. Enunciados de Stokes. Fluidos con viscosidad secundaria. UNIDAD 5: Regimenes de flujo Regímenes laminar y turbulento. Experimento de Reynolds. Número de Reynolds. Límite de estabilidad del régimen laminar. Capas límite laminares y turbulentas. Características básicas de la turbulencia. Ecuaciones para el régimen turbulento. Ecuación de continuidad. Ecuaciones de Reynolds. Tensiones de Reynolds. Ecuación de la energía. Pérdida de energía en régimen laminar y en régimen turbulento. UNIDAD 6: Principios de conservación Ecuaciones para recintos infinitésimos y para recintos finitos. Ecuación de continuidad. Ecuación de la cantidad de movimiento. Ecuación del momento cinético. Ecuación de la energía. Teoremas de Bernoulli. Aplicaciones. Bibliografía: (1). UNIDAD 7: Hidrostática Equilibrio estático de los fluidos. Presión en un punto. Principio de Pascal. Ecuación General de la Hidrostática. Compatibilidad del campo de fuerzas de masa con el equilibrio estático. Ecuación de equilibrio estático de un líquido en el campo gravitatorio terrestre. Presión en un 2
punto de una masa líquida en equilibrio. Presión atmosférica. Presión absoluta y relativa. Unidades de presión. Medición de presiones. Barómetros, piezómetros y manómetros. Empuje de líquidos sobre superficies planas y curvas. Centro de empuje. Cuerpos sumergidos y flotantes. Principio de Arquímedes. Peso aparente. Centro de carena y metacentro. Condiciones de equilibrio y de estabilidad del equilibrio. Equilibrio relativo. UNIDAD 8: Semejanza hidrodinámica Análisis dimensional. Leyes dimensionales y adimensionales. Grupos adimensionales. Teoremas de Buckingham y Raleigh. Semejanza. Semejanza geométrica, cinemática y dinámica. Escalas de longitudes, de velocidades y de fuerzas. Leyes de la semejanza. Sistemas en los que dominan la gravedad y la viscosidad. UNIDAD 9: Acciones dinámicas de un fluido sobre cuerpos sólidos Acción dinámica de un chorro líquido libre sobre una superficie sólida. Acción dinámica de una corriente líquida a presión sobre un conducto cerrado curvo o sobre un conducto recto con cambios de sección. Acción dinámica de una corriente fluida sobre un cuerpo sumergido. UNIDAD 10: Flujos de conductos a presión Flujo permanente uniforme. Regímenes laminar y turbulento totalmente desarrollado. Análisis unidimensional. Distribución transversal de velocidades y de tensiones tangenciales. Cálculo de conductos. Diagramas de Rouse y de Moody. Flujo permanente no uniforme. Definición de la zona de flujo no uniforme. Pérdidas de energía. Flujo en sistemas de conductos. Redes abiertas y cerradas. Flujo impermanente. Propagación de ondas de choque en conductos a presión. Celeridad de las ondas de presión. Golpe de ariete. Ecuaciones de Allievi. Variación de la sobrepresión. Sobrepresiones en la fase de golpe directo. Maniobras lineales del obturador con distintos tipos de cierres instantáneos brusco y lento. Variación de la presión a lo largo de la tubería. Fórmula de Michaud. Maniobra no lineal del obturador. UNIDAD 11: Flujo a superficie libre - Canales Introducción. Fuerza motriz y fuerza resistiva. Formas y parámetros característicos de la sección de flujo. Tipos de canales. Características constructivas. Canales prismáticos. El campo hidrodinámico. Hipótesis. Hipótesis del análisis unidimensional restringido de Saint- Venant. 3
Flujo uniforme. Fórmula de Chezy. Fórmulas para determinar el coeficiente de Chezy. Energía específica. Fuerza específica. Flujo crítico, subcrítico y supercrítico. Número de Froude. Curva de caudales. Flujo gradualmente variado. Ecuación diferencial de la superficie libre. Curvas de remanso. Flujo rápidamente variado. Resalto hidráulico. Tirantes conjugados y Pérdida de energía. Ecuaciones de continuidad, energía específica y fuerza específica. Longitud del resalto. Tipos de resalto. UNIDAD 12: Orificios, compuertas y vertederos Orificios y compuertas. Orificios en pared delgada. Cálculo del caudal. Coeficientes de corrección. Orificio pared intermedia y gruesa. Tubos adicionales cortos salientes y entrantes, prismáticos y cónicos. Tubos abocinados. Toberas, Compuertas. Vertederos. Condiciones de la lámina vertiente en vertederos de pared delgada. Vertederos de pared delgada. Cálculo del caudal. Coeficientes de corrección. Vertederos de pared intermedia o gruesa. Perfil Creager. UNIDAD 13: Maquinas hidráulicas Clasificación de las máquinas hidráulicas. Distintos tipos. Turbomáquinas: Turbinas. Bombas centrífugas. Semejanza en turbomáquinas hidráulicas. Número específico de revoluciones. UNIDAD 14: Flujo de líquidos en medios permeables Porosidad y Permeabilidad. Permeabilidad relativa de un suelo. Ley de Darcy. Permeabilidad absoluta. Inhomogeneidad y anisotropía. Ley generalizada de Darcy. Ecuación diferencial del flujo. Flujo en pozos. Bibliografía General: Mecánica de los fluidos - tomo 1 Domínguez, a. b. Ed. EDUCA 2005 3 ejemplares. Mecánica de fluidos White f. m. Ed. Mc Graw-Hill. 2004/88 6 ejemplares. Hidráulica Ballofet, Gotelli y Meoli, Hidráulica. Ed. EDIAR. 55 11 EJEMPLARES 4
Open channel hydraulics French, Richard. Ed. Mc GRAW HILL BOOK CO. 1985 1 EJEMPLAR Turbomáquinas Hidráulicas Mataix, C. EDICIONES INCAI. 1988 19 ejemplares- Turbomáquinas hidráulicas Polo Encinas Ed. LIMUSA 1988 2 EJEMPLARES Engineering hydraulics Roberson, Cassidy, Chaudhry. Ed. WILEY. Notas sobre diversos temas del programa Domínguez, A. B. Metodología de Enseñanza y Evaluación: Teóricas: Clase en las que se promueve la participación activa de los alumnos. Practicas: Durante el ciclo lectivo se dictarán 14 Trabajos Prácticos. El dictado incluye la explicación de las fórmulas a aplicar y la ejecución de ejercicios tipo. Al finalizar la clase, se señalaran los ejercicios, que en forma individual (cada alumno), deberá realizar. Al cabo de 15 días, y en forma aleatoria, se pedirá la presentación de los ejercicios resueltos. Los ejercicios Trabajos Prácticos deben contar con: enunciado, resolución numérica, resultados numéricos resaltados y los gráficos necesarios para la resolución. Las hojas a utilizar, pueden ser de cualquier tipo, pero deben ser las mismas a lo largo del año. Podrán ser manuscritas o en PC. Cada hoja tendrá el nombre del alumno, N de registro, fecha, cantidad de páginas/total. Se dictaran 2 trabajos Prácticos en el Laboratorio de Hidráulica. Cada uno de ellos cuenta con una guía de seguimiento y explicación que los alumnos deberán llevar el día de la práctica. Evaluación: 5
Se rendirán 2 parciales Prácticos, de los cuales uno podrá ser recuperado. La evaluación será la resolución de un ejercicio tipo de cualquiera de los prácticos a evaluar. La recuperación será el último día de clases. Firma: Para poder firmar la Libreta de Trabajos Prácticos se deberá tener la totalidad de las evaluaciones aprobadas, la asistencia a las práctica de Laboratorio y la regularidad (asistencia a clases prácticas y teóricas) exigida. La nota final del curso será el promedio de la totalidad de las notas parciales. 6