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Inicio / Estudios / Grado en Arquitectura Naval e Ingeniería de Sistemas Marinos / Plan de Estudios

Guía Docente

MECÁNICA DE FLUIDOS

Curso 2024-25

  • Presencial

1. Descripción General

Nombre: MECÁNICA DE FLUIDOS

Código: 513102006

Carácter: Obligatoria

ECTS: 7.5

Unidad Temporal: Cuatrimestral

Despliegue Temporal: Curso 2º - Segundo cuatrimestre

Menciones/Especialidades:

Lengua en la que se imparte: Castellano

Carácter: Presencial

2. Datos del profesorado

3. Competencias y resultados del aprendizaje

3.1. Competencias básicas del plan de estudios asociadas a la asignatura

[CB2 ]. Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio

3.2. Competencias generales del plan de estudios asociadas a la asignatura

[CG4 ]. Capacidad para resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y para comunicar y transmitir conocimientos habilidades y destrezas.

3.3. Competencias específicas del plan de estudios asociadas a la asignatura

[CRN1 ]. Conocimiento de los conceptos fundamentales de la mecánica de fluidos y de su aplicación a las carenas de buques y artefactos, y a las máquinas, equipos y sistemas navales.

3.4. Competencias transversales del plan de estudios asociadas a la asignatura

[T5 ]. Aplicar a la práctica los conocimientos adquiridos

3.5. Resultados del aprendizaje de la asignatura

Al finalizar con éxito esta asignatura, los estudiantes serán capaces de:
Aplicar un modelo reológico apropiado para un fluido Newtoniano para obtener el campo de presiones en equilibrios absoluto y relativo de fluidos, y calcular fuerzas hidrostáticas y su punto de aplicación.
Calcular el flujo convectivo de diversas propiedades fluidas a través de superficies de distinta geometría, en particular el caudal, el gasto másico y la fuerza producida por flujos.
Formular Leyes de Conservación de la Masa, del Impulso y de la Energía en el campo fluido, en fomas diferencial e integral. Aplicar las leyes integrales en volúmenes de control con aplicaciones relevantes en ingeniería.
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.
Aplicar las leyes diferenciales para resolver problemas industriales de flujos ideales hidráulicos y compresibles.
Utilizar los modelos de capas límite laminares y turbulentas para estimar fuerzas de fricción y de presión en flujos externos.
Calcular las pérdidas de potencia debidas a fricción y a singularidades en flujos internos laminares y turbulentos.
Resolver los problemas de caudal, de dimensionado y de pérdidas en redes de tuberías de diversa configuración.
Aplicar la teoría unidimiensional de Euler para el análisis del flujo en turbomáquinas.
Aplicar el análisis dimensional a las máquinas hidráulicas, analizar los componentes del rendimiento y utilizar las curvas características de bombas centrífugas para seleccionar el diseño y modelo adecuados en una instalación.

4. Contenidos

4.1 Contenidos del plan de estudios asociados a la asignatura

Naturaleza de los fluidos. Fluidostática y flotación. Cinemática del campo fluido. Ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos. Leyes constitutivas. Análisis dimensional y semejanza. Flujos ideales. Flujo compresible. Teoría de la capa límite. Flujos externos. Flujo laminar incompresible. Flujo turbulento guiado. Redes de tuberías. Golpe de ariete. Turbomáquinas hidráulicas. Bombas hidráulicas.<br>

4.2. Programa de teoría

Unidades didácticas

Temas

UD1. FUNDAMENTOS. DESCRIPCIÓN DEL CAMPO FLUIDO

Tema 1. Conceptos fundamentales y propiedades físicas de los fluidos
Tema 2. Descripción del campo fluido. Cinemática
Tema 3. Fuerzas actuantes sobre un fluido

UD2. FLUIDOESTÁTICA

Tema 4. Ecuación fundamental de la fluidoestática. Equilibrio de fluidos
Tema 5. Fuerzas sobre superficies sumergidas. Flotación

UD3. ECUACIONES GENERALES DE CONSERVACIÓN EN MECÁNICA DE FLUIDOS

Tema 6. Flujo convectivo. Ecuación de continuidad
Tema 7. Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento
Tema 8. Ecuación de conservación de la energía
Tema 9. Ecuaciones generales de Navier-Stokes. Introducción a la turbulencia
Tema 10. Análisis dimensional y semejanza física

UD6. FLUJO IDEAL. FLUJO COMPRESIBLE DE GASES

Tema 11. Ecuaciones de Euler. Flujo ideal en conductos
Tema 12. Flujo compresible de gases en conductos

UD5. CAPA LÍMITE. FLUJO ALREDEDOR DE CUERPOS

Tema 13. Capa límite laminar
Tema 14. Capa límite turbulenta. Flujo alrededor de cuerpos

UD6. FLUJO EN CONDUCTOS. REDES DE TUBERÍAS

Tema 15. Flujos laminar y turbulento en conductos
Tema 16. Cálculo de tuberías y pérdidas localizadas. Golpe de ariete

UD7. MÁQUINAS HIDRÁULICAS. SISTEMAS DE BOMBEO

Tema 17. Máquinas hidráulicas. Conceptos básicos y balance energético
Tema 18. Teoría general de turbomáquinas hidráulicas. Bombas y sistemas de bombeo

4.3. Programa de prácticas

Nombre

Descripción

Práctica 1. Medida de la viscosidad cinemática en líquidos.

En esta práctica los estudiantes han de determinar la variación de la viscosidad con la temperatura para fluidos diferentes mediante viscosímetros cinemáticos.

Práctica 2. Presión hidrostática sobre superficies sumergidas.

Se determinan las fuerzas que ejerce un fluido en reposo sobre paredes rectas y curvas.

Práctica 3. Medida de la fuerza de impacto sobre superficies.

En esta práctica se calcula la fuerza que un chorro de agua ejerce sobre diferentes placas que desvían el chorro 60, 90 y 180 grados de su dirección inicial.

Práctica 4. Medida de caudales con diafragma y tubo de Venturi.

A través de una instalación neumática, se miden los caudales de un flujo de aire a través de un diafragma y de un tubo de Venturi, determinando previamente los coeficientes de descarga.

Práctica 5. Medida de caudales con boquillas. Vaciado de depósitos.

Utilizando una instalación hidráulica, se mide el caudal y el tiempo de vaciado de un depósito a través de una boquilla.

Práctica 6. Medida experimental de pérdidas de carga en tubo recto y accesorios

En esta práctica, se determina la pérdida de carga en tubo recto y otros componentes de redes de tuberías. Puede realizarse en instalaciones hidráulicas y neumáticas.

Práctica 7. Caracterización experimental de bombas centrífugas

Se determinan las curvas características de bombas centrífugas en una instalación hidráulica de bombeo.

Prevencion de riesgos

La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.

4.4. Programa de teoría en inglés

Unidades didácticas

Temas

Didactic Unit 1. BASICS. FLUID FLOW FIELD DESCRIPTION

Chapter 1. Fundamental Concepts and Physical Properties of Fluids
Chapter 2. Description of Fluid Flow Field
Chapter 3. Forces Acting on Fluids

Didactic Unit 2. FLUID STATICS

Chapter 4. Equilibrium in Fluids
Chapter 5. Forces on Submerged Surfaces. Floatation

Didactic Unit 3. GENERAL CONSERVATION LAWS IN FLUID DYNAMICS

Chapter 6. Convective Flow and Mass Conservation Equation
Chapter 7. Momentum Equation
Chapter 8. Energy Equation
Chapter 9. The Navier-Stokes Equations. Introduction to Turbulence
Chapter 10. Dimensional Analysis and Physical Similarity

Didactic Unit 4. INVISCID FLOW

Chapter 11. Euler Equations. Inviscid Flows in Ducts
Chapter 12. Steady Compressible Flow

Didactic Unit 5. BOUNDARY LAYER. EXTERNAL FLOW

Chapter 13. Laminar Boundary Layer
Chapter 14. Turbulent Boundary Layer. Drag and Lift

Didactic Unit 6. INTERNAL FLOWS. PIPE NETWORKS

Chapter 15. Laminar and Turbulent Flows in Ducts
Chapter 16. Pipes and Secondary Losses Calculation. Waterhammer

Didactic Unit 7. HYDRAULIC MACHINERY. PUMP SYSTEMS

Chapter 17. Hydraulic Machinery. Basics and Energy Balance
Chapter 18. Theory of Hydraulic Turbomachinery. Pumps and Pumping Systems

4.5. Observaciones

5. Actividades formativas

Denominación

Descripción

Horas

Presencialidad

Denominación

Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc

Descripción

Clase expositiva utilizando distintas técnicas de aprendizaje. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes. Se tratarán los temas de mayor complejidad y los aspectos más relevantes



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 para que el alumno los resuelva individualmente

Horas

58

Presencialidad

100

Denominación

Clase en laboratorio: prácticas

Descripción

Se realizarán distintas prácticas en los laboratorios de Mecánica de Fluidos. Se desarrollan habilidades y destrezas que permiten a los estudiantes familiarizarse con el funcionamiento de los equipos, la toma de medidas y el análisis de datos, así como la redacción y presentación de un informe.

Horas

8

Presencialidad

100

Denominación

Clase en campo o aula abierta (visitas técnicas, conferencias, etc.). En general, actividades que requieren de unos recursos o de una planificación especiales

Descripción

Se propondrán distintas tareas consistentes en la realización de casos prácticos, de manera que se plantearán en clase y los alumnos trabajarán de forma cooperativa en el planteamiento de los mismos.



Se expondrán (brevemente) los informes de prácticas de laboratorio explicando los procedimientos seguidos e interpretando los resultados obtenidos, de manera grupal. Asimismo, podrá defenderse brevemente la realización de determinados casos prácticos en las tareas de la evaluación continua.

Horas

5

Presencialidad

100

Denominación

Actividades de evaluación (sistema de evaluación continua)

Descripción

Realización de exámenes parciales (en principio, dos) en el sistema de evaluación continua. Cada una de las pruebas tendrá una duración aproximada de 2 horas.

Horas

4

Presencialidad

100

Denominación

Actividades de evaluación (sistema de evaluación final)

Descripción

Se realizará un examen final, y un examen extraordinario, en los que se mantendrá la división de la materia en exámenes parciales. La duración aproximada de los exámenes será de 4 horas, aunque podrá aumentarse si se hace precisa la evaluación de otras partes de la evaluación continua.

Horas

4

Presencialidad

100

Denominación

Tutorías

Descripción

Las tutorías serán individuales o de grupo, con objeto de realizar un seguimiento individualizado y/o grupal del aprendizaje

Horas

16

Presencialidad

50

Denominación

Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo

Descripción

Estudio de la materia por parte del alumnado. Resolución de ejercicios, problemas y casos prácticos propuestos por el profesor. Elaboración de los informes de prácticas en grupo. Búsqueda y síntesis de información para el desarrollo de los casos prácticos, etc.

Horas

130

Presencialidad

0

6. Sistema de evaluación

6.1. Sistema de evaluación continua

Denominación

Descripción y criterios de evaluación

Ponderación

Denominación

Prueba oficial individual

Descripción y criterios de evaluación

En el sistema de evaluación continuo, se llevarán a cabo exámenes parciales (en principio, dos). Cada examen evalúa partes diferenciadas de la asignatura, con el siguiente esquema:



Cuestiones teóricas y/o teórico-prácticas: entre 3 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 3 problemas de media o larga extensión. Se evalúa principalmente la capacidad de aplicar conocimientos a la práctica y la capacidad de análisis.

Ponderación

70 %

Denominación

Evaluación de prácticas, visitas y seminarios a partir de las memorias e informes correspondientes

Descripción y criterios de evaluación

Además de la asistencia y participación del alumnado, se evalúa la resolución de las prácticas en el laboratorio, el procedimiento y el trabajo en equipo, así como las destrezas y habilidades para el manejo de instalaciones, equipos y programas informáticos. Se realizarán exposiciones orales del trabajo de prácticas de laboratorio, para explicar las conclusiones obtenidas de los resultados.

Ponderación

15 %

Denominación

Resolución de casos, cuestiones teóricas, ejercicios prácticos o problemas propuestos por el profesorado

Descripción y criterios de evaluación

Se propondrán distintas tareas consistentes en la realización de casos prácticos, de manera individual o grupal en función de su extensión y complejidad, con el objeto de adquirir las competencias pertinentes y ayudar a la superación de los exámenes. Se

evalúa la capacidad de análisis, y de toma y justificación de decisiones.

Ponderación

15 %

6.2. Sistema de evaluación final

Denominación

Descripción y criterios de evaluación

Ponderación

Denominación

Prueba oficial individual

Descripción y criterios de evaluación

En el sistema de evaluación final, se sigue el mismo esquema que en el sistema de evaluación continua. El examen final estará dividido en las partes correspondientes a cada examen parcial de la evaluación continua.



El esquema de cada una de las partes es el siguiente:

Cuestiones teóricas y/o teórico-prácticas: entre 3 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 3 problemas de media o larga extensión. Se evalúa principalmente la capacidad de aplicar conocimientos a la práctica y la capacidad de análisis.

Ponderación

70 %

Denominación

Evaluación de prácticas, visitas y seminarios a partir de las memorias e informes correspondientes

Descripción y criterios de evaluación

Además de la asistencia y participación del alumno, se evalúa la resolución de las prácticas en el laboratorio, el procedimiento y el trabajo en equipo, así como las destrezas y habilidades para el manejo de instalaciones, equipos y programas informáticos. Se admitirá la entrega de los informes de prácticas hasta la misma fecha del examen final.

Ponderación

15 %

Denominación

Resolución de casos, cuestiones teóricas, ejercicios prácticos o problemas propuestos por el profesorado

Descripción y criterios de evaluación

Se proporcionarán distintas tareas consistentes en la realización de casos prácticos, de manera individual o grupal en función de su extensión y complejidad, con el objeto de adquirir las competencias pertinentes y ayudar a la superación de los exámenes. Se evalúa la capacidad de análisis, y de toma y justificación de decisiones. Se permitirá la entrega de los informes pertinentes hasta la misma fecha del examen final.

Ponderación

15 %

6.3. Evaluación formativa

Descripción

Se llevarán a cabo actividades y pruebas de corta duración realizadas en clase (individualmente o por parejas), que permitirán una evaluación formativa del alumnado.

Información

Observaciones

En el sistema de evaluación continua, la nota mínima de cada examen parcial (inicialmente dos) para promediar con el resto de actividades de evaluación es de 4/10 puntos.



Puesto que en el sistema de evaluación final se sigue el mismo esquema de la evaluación continua, se mantiene la misma puntuación mínima de 4/10 puntos en las partes del examen correspondientes a los parciales (inicialmente dos) del sistema de evaluación continua.



Dado el carácter aplicado de las prácticas de laboratorio, es necesaria su realización y la superación del informe correspondiente. Si el estudiante no ha superado la parte de prácticas de laboratorio durante el sistema de evaluación continua, deberá realizar una prueba adicional sobre las prácticas de laboratorio en el sistema de evaluación final. También podrá realizarse una prueba adicional en el caso de no haber superado la parte correspondiente a proyectos y casos prácticos.



Las actividades correspondientes a realización de casos prácticos y a las prácticas de laboratorio y de aula de informática seguirán siendo vigentes hasta el siguiente curso académico, si se han superado al menos con 5/10 puntos.

7. Bibliografía y recursos

7.1. Bibliografía básica

Autor: Çengel, Yunus A.
Título: Mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2006
ISBN: 9701056124

Autor: Agüera Soriano, José
Título: Mecánica de fluidos incompresibles y turbomáquinas hidráulicas
Editorial: Ciencia
Fecha Publicación: 2001
ISBN: 84953910105

Autor: A. Crespo
Título: Mecánica de Fluidos
Editorial: Ed. Thomson
Fecha Publicación: 2006
ISBN:

7.2. Bibliografía complementaria

Autor: Mott, Robert L.
Título: Mecánica de fluidos aplicada
Editorial: Prentice Hall
Fecha Publicación: 2006
ISBN: 9789702608059

Autor: Shames, Irving H.
Título: Mecánica de fluidos
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2001
ISBN: 9586002462

Autor: Fox, Robert W.
Título: Introducción a la mecánica de fluidos
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2000
ISBN: 9701006690

Autor: Mataix, Claudio
Título: Turbomáquinas hidráulicas Turbinas hidráulicas, bombas y ventiladores
Editorial: Servicio de Publicaciones Universidad Pontificia de Comillas
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9788484682523

Autor: White, Frank M.
Título: Mecánica de fluidos
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2008
ISBN: 9788448166038

7.3. Recursos en red y otros recursos

Apuntes (Teoría y Problemas) y Manual de Prácticas de Laboratorio de la asignatura Mecánica de Fluidos (Blas Zamora Parra)

Se utilizan recursos del Aula Virtual de la UPCT, https://aula.virtual.upct.es

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