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Módulo/Materia

MÓDULO: FORMACIÓN COMÚN A LA RAMA INDUSTRIAL

MATERIA: TERMODINÁMICA Y MECÁNICA DE FLUIDOS

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Descripción/Contenidos

Tema 1: Propiedades físicas de los fluidos
Tema 2: Cinemática
Tema 3: Distribución de presiones en un fluido
Tema 4: Relaciones integrales para un volumen de control
Tema 5: Ecuación de continuidad o conservación de la masa
Tema 6: Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento
Tema 7: Ecuación de conservación del momento cinético
Tema 8: Ecuación de conservación de la energía
Tema 9: Resumen y discusión de las ecuaciones diferenciales
Tema 10: Análisis dimensional y semejanza
Tema 11: Flujo viscoso en conductos. Pérdidas primarias
Tema 12: Pérdidas localizadas en conductos

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Descriptores

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. CINEMÁTICA, ESTÁTICA Y DINÁMICA DE FLUIDOS. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA. PÉRDIDAS EN CONDUCTOS CERRADOS (TUBERÍAS).

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Competencias genéricas

CG1: Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial en las tres tecnologías específicas, Mecánica, Eléctrica y Electrónica Industrial, que tengan por objeto 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.

CG2: Capacidad para la dirección de las actividades objeto de los proyectos de ingeniería descritos en el epígrafe anterior.

CG3: 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.

CG4: 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 en las tres tecnologías específicas, Mecánica, Eléctrica y Electrónica Industrial.

CG5: Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos.

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Competencias específicas

CM6: Poseer conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas.

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Resultados aprendizaje

• R1. Plantear sistemas y realizar proyectos sobre instalaciones energéticas de fluidos básicas.
• R2. Adquirir conocimiento en materias energéticas y de fluidos, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad R3. para adaptarse a nuevas situaciones.
• R4. Expresar y comunicar ideas y sistemas relacionados con la energía y los fluidos.
• R5. Entender y elaborar documentación técnica profesional, en el contexto de las actividades relacionadas con termodinámica y fluidos.
• R6. Dominar los cálculos de instalaciones de fluidos y sistemas termodinámicos.

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Metodología

La asignatura de Ingeniería de Fluidos tiene carácter teórico-práctico, combinando clases magistrales, clases participativas dirigidas, actividades y trabajos en grupo y aprendizaje autónomo por parte del estudiante.

Las clases magistrales consistirán en la explicación teórica de los aspectos fundamentales de cada tema, así como la resolución de dudas y cuestiones planteadas por los alumnos a partir de su aprendizaje autónomo de cada tema. Como parte de las actividades prácticas, individuales y/o grupales, se realizarán ejercicios prácticos y de laboratorio.

Para comprender la asignatura y obtener un rendimiento adecuado de la misma, será necesario que el alumno lleve a cabo un trabajo continuado alrededor de las siguientes actividades:

• Asistir a clase.
• Realizar una lectura reflexiva y un estudio profundo del material que se aporte o indique en cada tema.
• Realizar los ejercicios y problemas que se propongan a lo largo del curso.
• Participar activamente de cuantas discusiones surjan en clase.
• Consulta de dudas surgidas en el estudio de la materia en los horarios dispuestos por el profesor a tal efecto.

Como complemento docente se utilizará el Aulario Virtual, una herramienta que permite un mejor aprovechamiento de la asignatura. A través de ella se indicará el calendario de las diferentes actividades de la asignatura, se podrá acceder al material docente y se utilizará para el envío de los trabajos solicitados en clase.

Resumen de Actividades

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Evaluación

A lo largo del curso se propondrá la realización de diversas actividades. Las actividades serán la resolución y discusión de problemas así como la realización de trabajos en los que se apliquen los conocimientos teóricos de la materia.

Además se fomentará el debate, buscando la participación activa de los alumnos en las clases de carácter teórico-práctico en las que se discutirán los problemas y las actividades propuestas.

El sistema de evaluación consta de las siguientes actividades:

-         Las actividades propuestas en clase y las prácticas de laboratorio contabilizaran el 10% de la nota de la asignatura.

-         Se realizará un examen final ordinario teórico-práctico y un examen final de recuperación teórico-práctico. A este último podrán presentarse todos aquellos alumnos que no hayan aprobado la asignatura previamente o deseen subir nota. Contabilizará un 90%

Para aprobar la asignatura será obligatorio que la suma de las actividades anteriores sea igual o superior a 5 sobre 10.

Solamente aquellos alumnos que no se hayan presentado ni al examen ordinario, ni al examen de recuperación, constarán en el acta como no presentados.

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Temario

La asignatura Ingeniería de Fluidos se divide en doce temas, cuyos contenidos específicos se detallan a continuación:

Tema 1: Propiedades físicas de los fluidos (3MT ¿ 1PP)
1.1. Sólidos, líquidos y gases
1.2. El fluido como medio continuo. Densidad y peso específico
1.3. Dimensiones y unidades
1.4. Fluidos Newtonianos. Viscosidad
1.5. Variación de la viscosidad con la temperatura
1.6. Fluidos no Newtonianos
1.7. Tensión superficial
1.8. Presión de vapor

Tema 2: Cinemática (2MT ¿ 1PP)
2.1. Descripción del campo fluido
2.2. Tipos particulares de movimientos de fluidos
2.3. Derivada sustancial
2.4. Campo de rotación

Tema 3: Distribución de presiones en un fluido (5MT ¿ 2PP)
3.1. Presión y gradiente de presión
3.2. Equilibrio de una partícula fluida.
3.3. Distribución de presiones en hidrostática.
3.3.1. Presión hidrostática en líquidos
3.3.2. Presión hidrostática en gases
3.4. Aplicación a la medida de presiones. Manómetros
3.5. Momentos de primer y segundo orden. Centroides
3.5.1. Momentos de primer orden
3.5.2. Momentos de segundo orden
3.5.3. Producto de inercia
3.6. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas
3.7. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas
3.8. Fuerzas hidrostáticas en fluidos estratificados
3.9. Flotación y estabilidad
3.10. Distribución de presiones en movimiento como sólido rígido
3.10.1. Aceleración lineal uniforme
3.10.2. Rotación como un sólido rígido

Tema 4: Relaciones integrales para un volumen de control (2MT)
4.1. Volúmenes de control y sistemas
4.2. Teorema del transporte de Reynolds

4.3  Volumen de control fijo unidimensional

4.4  Volumen de control fijo arbitrario

4.5  Volumen de control moviéndose a velocidad constante

4.6  Volumen de control para velocidad variable

4.7  Volumen de control con deformación y movimientos arbitrarios

4.8  Aproximaciones unidimensionales al término de flujo

Tema 5: Ecuación de continuidad o conservación de la masa (2MT ¿ 1PP)
5.1. Forma integral
5.1.1. Flujo incompresible
5.2. Forma diferencial
5.2.1. Función de corriente

Tema 6: Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento (3MT ¿ 1PP)
6.1. Forma integral
6.1.1. Flujo unidimensional de cantidad de movimiento
6.1.2. Factor de corrección del flujo de cantidad de movimiento
6.1.3. Sistema de referencia no inercial
6.2. Forma diferencial
6.2.1. Flujo no viscoso. Ecuación de Euler
6.2.2. Flujo newtoniano. Ecuaciones de Navier-Stokes
6.2.3. Ecuación de Bernoulli
6.2.4. Líneas de nivel energético y de altura motriz

Tema 7: Ecuación de conservación del momento cinético (2MT)
7.1. Forma integral
7.1.1. Aplicación a máquinas hidráulicas
7.2. Forma diferencial

Tema 8: Ecuación de conservación de la energía (2MT ¿ 2PP)
8.1. Forma integral
8.1.1. Ecuación de la energía en flujo estacionario
8.1.2. Comparación con la ecuación de Bernoulli
8.1.3. Aplicación de la líneas de nivel energético y de altura motriz a una instalación
8.2. Forma diferencial
8.2.1. Función de disipación viscosa

Tema 9: Resumen y discusión de las ecuaciones diferenciales (2MT ¿ 1PP)
9.1. Condiciones iniciales y de contorno
9.1.1. Flujo estacionario
9.1.2. Flujo no estacionario
9.2. Condiciones simplificadas en la superficie libre
9.3. Flujo incompresible con propiedades constantes
9.4. Aproximaciones para flujos no viscosos
9.5. Flujos irrotacionales no viscosos
9.6. Potencial de velocidades
9.7. Ortogonalidad de las líneas de corriente y las líneas equipotenciales. Ecuaciones de Cauchy-Riemann.

Tema 10: Análisis dimensional y semejanza (3MT ¿ 2PP)
10.1 Principio de homogeneidad dimensional
10.2 Método del producto de potencias
10.3 Algunas ecuaciones peculiares en ingeniería
10.4 Adimensionalización de las ecuaciones diferenciales y de contorno
10.5 Parámetros adimensionales
10.6 Teorema Pi de Buckingham
10.7 Semejanza
10.7.1 Modelización y sus dificultades
10.7.2 Semejanza geométrica
10.7.3 Semejanza cinemática
10.7.4 Semejanza dinámica

Tema 11: Flujo viscoso en conductos. Pérdidas primarias (4MT ¿ 3PP)
11.1 Ley de la capa logarítmica
11.2 Flujo en conductos circulares
11.3 Ecuaciones del movimiento: esfuerzo cortante
11.4 Solución para flujo laminar
11.5 Solución para flujo turbulento
11.6 Efecto de la rugosidad de la pared
11.7 Diagrama de Moody
11.8 Cálculo del caudal y del diámetro por medio del diagrama de Moody. método iterativo
11.9 Flujo en conductos no circulares

Tema 12: Pérdidas localizadas en conductos (3MT ¿ 2PP)
12.1 Introducción
12.2 Pérdidas a la entrada de un tubo
12.3 Pérdida a la salida de un tubo
12.4 Pérdida local por contracción brusca
12.5 Pérdida local por contracción gradual
12.6 Pérdida local por ensanchamiento brusco
12.7 Pérdida local por ensanchamiento gradual. Difusores
12.8 Codos bruscos
12.9 Codos suaves
12.10 Otras pérdidas de carga
12.11 Sistema de tuberías
12.11.1 Tuberías en serie
12.11.2 Tuberías en paralelo
12.11.3 Depósitos interconectados
12.11.4 Redes de tuberías

Prácticas de laboratorio
P1: Calibrado de un Venturi (1 hora)
P2: Pérdidas primarias (1 hora)
P3: Práctica de simulación de redes de tuberías con EPANET (3 horas)
Planificación semanal:
La distribución por tema de las sesiones presenciales es la siguiente, teniendo en cuenta que en cada semana hay dos sesiones de dos horas.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

• Mecánica de Fluidos, F. M. White, McGraw-Hill, 2008.
• Mecánica de los Fluidos, V. L. Streeter, McGraw-Hill.
• Introducción a la mecánica de Fluidos, R.W. Fox y A.T. McDonald, McGraw-Hill, 1995.
• La mecánica de Fluidos, I.H. Shames, McGraw-Hill, 1995.

BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA

• Mecánica de fluidos, Amable Liñán, 2 Tomos, Publicaciones de la escuela técnico superior de aeronáuticos de Madrid.
• Mecánica de fluidos, A. Crespo, Thomso Editores, Universidad Politécnica de Madrid, 2006.
• Fundamentos y aplicaciones de la mecánica de fluidos, A. Barrero y M. Pérez-Saborid, McGraw-Hill, 2005.

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Idiomas

Castellano

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Lugar de impartición

Clases de Teoría y clases de prácticas de problemas: Edificio del Aulario de la Universidad Pública de Navarra.

Clases de prácticas de Laboratorio: Laboratorio de Fluidos y Laboratorio de Máquinas Hidráulicas, en el Edificio de Talleres de la Universidad Pública de Navarra.

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