Hidráulica de Conducciones (250220) Información general

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ETSECCPB 751 - Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental Créditos: 9.0 ECTS Titulaciones: GRAU EN ENGINYERIA DE LA CONSTRUCCIÓ; GRAU EN ENGINYERIA D'OBRES PÚBLIQUES; MOBILITAT INCOMING Curso: 2015/2016 Idioma en que se imparte: Català

Profesores de la asignatura Profesor responsable: Daniel Niñerola Chifoni Profesores: Marina Arbat Bofill; Enrique Bonet Gil; Daniel Niñerola Chifoni

Objetivos genéricos Conocimiento de los conceptos y los aspectos técnicos vinculados a los sistemas de conducciones tanto en presión como en lámina libre. Capacidad para resolver problemas hidráulicos básicos en ingeniería. 1. Capacidad para aplicar las ecuaciones del movimiento de fluidos a casos de ingeniería relacionados con conducciones a presión y en lámina libre. 2. Capacidad para resolver problemas de redes de tuberías incluyendo elementos auxiliares tales como codos y válvulas. 3. Capacidad de analizar el flujo de agua en canales abiertos en geometrías o condiciones básicas. Comprender las características de los fluidos: compresibilidad, viscosidad, cambio de fase y tensión superficial. Estática de líquidos. Conocimiento de las ecuaciones de movimiento de fluidos para su aplicación al flujo en conductos. Continuidad, cantidad de movimiento, trinomio de Bernoulli. Movimiento turbulento y número de Reynolds. Conocimientos sobre el movimiento permanente y variable en cañerías, incluyendo la conservación de la energía y el análisis de pérdidas de carga, así como sistemas de bombeo. Conocimientos sobre el movimiento permanente y variable en lámina libre y su aplicación al funcionamiento de canales. Cauces erosionables. Análisis dimensional. Leyes de semejanza. Modelos. Conocimientos básicos de hidrología superficial.

Competencias

Competencias específicas Conocimiento de los conceptos y los aspectos técnicos vinculados a los sistemas de conducciones, tanto en presión como en lámina libre. Conocimiento de los conceptos básicos de hidrología superficial y subterránea. Conocimiento y capacidad para proyectar y dimensionar obras e instalaciones hidráulicas, sistemas energéticos, aprovechamientos hidroeléctricos y planificación y gestión de recursos hidráulicos superficiales y subterráneos. Conocimiento y comprensión de los sistemas de abastecimiento y saneamiento, así como de su dimensionamiento, construcción y conservación. Competencias genéricas de la materia COMUNICACIÓN EFICAZ ORAL Y ESCRITA - Nivel 2: Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical. TRABAJO EN EQUIPO - Nivel 1: Participar en el trabajo en equipo y colaborar, una vez identificados los objetivos y las responsabilidades colectivas e individuales, y decidir conjuntamente la estrategia que se debe seguir. USO SOLVENTE DE LOS RECURSOS DE INFORMACIÓN - Nivel 3: Planificar y utilizar la información necesaria para un trabajo académico (por ejemplo, para el trabajo de fin de grado) a partir de una reflexión crítica sobre los recursos de información utilizados. APRENDIZAJE AUTÓNOMO - Nivel 3: Aplicar los conocimientos alcanzados en la realización de una tarea en función de la pertinencia y la importancia, decidiendo la manera de llevarla a cabo y el tiempo que es necesario dedicarle y seleccionando las fuentes de información más adecuadas. TERCERA LENGUA - Nivel 1: Comprender manuales y especificaciones de productos en inglés. Buscar información en recursos on-line en inglés. TERCERA LENGUA - Nivel 2: Estudiar con libros y artículos en inglés. Redactar un informe o trabajo tipo técnico en inglés. Participar en una reunión técnica llevada a cabo en inglés.

Créditos ECTS: horas totales de dedicación del estudiantado

Dedicación Horas

Porcentaje

Teoría

39,00

39,4%

Problemas

27,00

27,3%

Laboratorio

24,00

24,2%

9,00

9,1%

Aprendizaje dirigido Actividades dirigidas Aprendizaje autónomo

126,00

Contenidos Tema 1 Propiedades de los fluidos Dedicación

3.0h. Teoría + 1.0h. Problemas Descripción

Definición de fluido. Propiedades de los fluidos, (densidad, peso específico). Concepto de esfurzos. Esfuerzos en líquidos: normales de corte. Esfuerzos normales en líquidos, módulo de compresibilidad. Esfuerzos de corte en líquidos, concepto de viscosidad.

Cambios de estado .

Ejercicios Tema 2 Hidrostática Dedicación

4.0h. Teoría + 4.0h. Problemas Descripción

Concepto de fluido hidrostático. Concepto de presión. Presión en un punto dentro de un fluido hidrostático. Ecuación fundamental de la hidrostática. Experimento de Torricelli. Unidades de presión. Presión absoluta y relativa. Medidas de presión con columna de líquido. Ejercicios Cálculo de empujes hidráulicos en paredes planas. Centro de presiones. Diagramas de presión. Ejercicios Cálculo de empujes en paredes curvas. Descomposición en componentes vertical y horizontal. Ejercicios Equilibrio de un cuerpo en un líquido en reposo. Principio de Arquímedes. Subpresión.

Ejercicios Tema 3 Equaciones fundamentales en el movimiento de los fluidos(1) Dedicación

3.0h. Teoría + 1.0h. Problemas Descripción

Clasificación del movimiento de los fluidos. Conceptos cinemáticos. trayectoria de una partícula, línea de corriente, tubo de flujo, velocidad media, aceleración normal y tangencial, caudal. Principio de conservación de la masa. Principio de conservación de la energía. Trinomio de Bernoulli para una línea de corriente. Diagramas de Bernoulli. Variación de la altura piezométrica en el sentido normal a las líneas de corriente Ecuación de conservación de la energía para fluidos reales. Concepto de pérdidas de carga. Ejercicios Examen Dedicación

23.0h. Laboratorio Descripción

Examen escrito temas 1 a 6 Examen escrito temas 1 a 6 Tema 4 Movimiento permanente en lámina libre Dedicación

4.0h. Teoría + 4.0h. Problemas Descripción

Introducción a la lámina libre, comparación con el movimiento a presión. Clasificación del transporte en lámina libre respecto al tiempo y el espacio. Parámetros geométricos de los canales, secciones características, variables hidráulicas del movimiento, definición del número de Froude. Movimiento permanente y uniforme en lámina libre, consideraciones básicas. Igualdad de pendiente geométrica y motriz. Distribución de presiones hidrostáticas. Formulas de Chézy, Hazen - Williams, Manning. Cálculo del movimiento uniforme. Utilización de la fórmula de Manning. Curva de capacidad de una sección, sección óptima para un canal. Cálculo de la capacidad de una sección de rio, estimación de los coeficientes de Manning. Encauzamientos. Erosiones en cauces. Ejercicios Concepto de Energia Específica. Variación de la energia Específica con el calado para un canal de sección rectangular. Tipos de régimen, lento cr´tico, rápido. Utilización del numero de Froude. Variación de la Energia Específica con el calado para cualquier sección. Relación caudal-calado para una Energia Específica dada. Ejercicios

Tema 5 Movimiento variado en lámina libre Dedicación

5.0h. Teoría + 4.0h. Problemas Descripción

Análisis del movimiento rápidamente variado en transiciones: estrechamientos, ensanchamientos, cambios de solera. Ejemplos Ejercicios Movimiento gradualmente variado, hipotesis previas. Tipos de pendiente M, C,S. Equación general de las curbas de remanso. Clasificación de las curvas de remanso Ejercicios Resalto hidráulico, ecuación de Belanguer Ejercicios Determinación de los perfiles de agua por métodos numéricos. Ejercicios Tema 6 Estructuras hidráulicas de desagüe Dedicación

1.0h. Teoría + 1.0h. Problemas Descripción

Introducción deagüe y vertedor. vertedor de labio fino, ecuación de desague, coeficiente de desague. Vertedores de perfil estricto. Agujeros de pequeñas y grandes dimensiones. Desagüe bajo compuerta Ejercicios Tema 7 Modelo de cálculo en lámina libre Dedicación

1.0h. Teoría + 1.0h. Laboratorio Descripción

Introducción al modelo numérico lego-Ras Software lego-Ras, sesión en aula informática Tema 8 Ecuaciones fundamentales en el movimiento de los fluidos(2) Dedicación

1.0h. Teoría + 2.0h. Problemas Descripción

Pricipio de conservación de la cantidad de movimiento Ejercicios

Tema 9 Introducción a la teoría de la capa límite Dedicación

1.0h. Teoría Descripción

Paradoja de D'Alembert. Teoría de la capa límite, capa límite y turbulencias Fuerzas de arrastre y resistencia al movimiento. Fenómenos de separación de la capa límite. Resistencia por fricción y resistencia por forma. Tema 10 Movimiento permanente en tuberías Dedicación

4.0h. Teoría + 4.0h. Problemas Descripción

Características del transporte por tubería. Pérdidas de carga: lineales y locales. Estudio de pérdidas de carga lineales. Ecuación de Darcy - Weisbach, factor de fricción en los diferentes tipos de movimiento turbulento: liso (1 ª ecuación de Karman Parandtl), intermedio (Ecuación de Colebrook - White), rugoso (2 ª ecuación de karman Prandtl). Representación gráfica de la ecuación de Colebrook - White, ábaco de Moody. Utilización del Ábaco de Moody y de la ecuación de Colebrook - White para encontrar: pérdidas por unidad de longitud (pendiente motriz), caudal, diámetro de una tubería. Tuberías no circulares, radio hidráulico. Formulas empíricas de las pérdidas lineales: Chézy, Hazen-Williams, Manning Ejercicios Estudio de pérdidas de carga locales. Pérdidas de carga en estrechamientos, y ensanches. Pérdidas de carga en otros elementos. Ejercicios Cálculo y dimensionamiento de tuberías en paralelo. Ejercicios Normativa de tuberías, Pmax, Pmin. Ejercicios

Tema 11 Análisis de sistemas de tuberías con máquinas hidráulicas Dedicación

5.0h. Teoría + 3.0h. Problemas Descripción

Potencia hidráulica en una sección de tubo de flujo. Máquinas hidráulicas. Bombas hidráulicas y turbinas. Potencia y rendimiento de una máquina hidráulica. Descripción de una bomba centrífuga. Cavitación a la entrada de una bomba hidráulica. Ejercicios

Curva característica y curva de rendimiento. Ejercicios NPSH. Cálculo de un sistema de bomba y tubería, punto de funcionamiento. Elección de una bomba. Esquema de una instalación básica de bombeo. Ejercicios Ejercicios Bombas hidráulicas, serie y paralelo. Ejercicios Turbinas, líneas de energía en un sistema con tubería. Descripción de las turbinas: Francis, Kaplan, Pelton Ejercicios Tema 12 Movimiento no permanente en tuberías Dedicación

3.0h. Teoría + 2.0h. Problemas Descripción

Introducción, idea de movimiento no permanente, causas que lo pueden provocar. Análisis del golpe de ariete, cierre total e instantáneo, ondas periódicas de sobrepresión y depresión. Influencia del tiempo de cierre, cierre rápido y lento. Fórmulas de cálculo para las sobrepresiones, fórmulas de Allieri y Michaud. Punto de encuentro de ondas. Ecuación de velocidad de onda. Ejercicios. Ejercicios Soluciones a los problemas de golpe de ariete. Chimenea de equilibrio, oscilación de masa. Ejercicios. Ejercicios Tema 13 Modelos hidráulicos Dedicación

2.0h. Teoría + 1.0h. Problemas Descripción

Dimensiones. Numero "pi". Numeros adimensionales en hidràulica. Significado de los números de Froude y Reynolds. Teoría de similitud, semejanza de Froude. Escalas de semejanza Ejercicios Tema 14 Hidrología Dedicación

2.0h. Teoría Descripción

Introducción a la hidroogia. El ciclo hidrológico. Estadística aplicada a la hidrología, Transformación, precipitación - aportación

Actividades Trabajo Hec-Ras Dedicación

9.0 h. Actividades dirigidas Descripción

Trabajo para hacer en grupo (3 componentes). 1 ª parte: diseño y cálculo de un caudal a partir de unos parámetros mínimos que se dan en el enunciado del trabajo.

2 ª parte Comparación del correcto funcionamiento del diseño previo, introduciendo los datos del canal en el modelo Hec-Ras

Método de calificación (*) (*) El calendario de evaluación y el Método de calificación se aprobarán antes del inicio de curso. La asignatura se aprueba con una nota final superior o igual a 5,0 (Nfinal 5,0), obtenida de la media aritmética de las notas del primer cuatrimestre, “N1Q” y del segundo cuatrimestre, “N2Q”: Nfinal = (N1Q + N2Q) • 0,5

Cálculo N1Q (nota primer cuatrimestre): La nota del primer cuatrimestre “N1Q” se puede obtener de tres maneras:

1) N1Q = Ncont(1Q): N1Q =Ncont(1Q)=(Prueba1•0,2+ Prueba2•0,25+ Prueba3•0,45) + (Nejercicios(1Q) •0,1) Prueba1 = prueba escrita de los temas: 1,2,3. Prueba2 = prueba escrita de los temas: 1,2,3,4,5. Prueba3 = prueba escrita de los temas: 1,2,3,4,5,6. Nexercicis(1Q) = mediana aritmética de los ejercicios hechos por el alumno durante el 1Q, dentro y fuera del horario lectivo.

2) N1Q = Nota Prueba3: La nota que quedará como N1Q será la más alta de las dos: “Ncont(1Q)” o “Prueba 3”.

3) N1Q = Nrecup(1Q): Aquellos alumnos que tengan N(1Q) < 5,0, o quieran mejorar la nota obtenida, tienen la opción de realizar una prueba de recuperación, “Nrecup(1Q)”, que consta de todos los temas del 1Q En este caso, la nota definitiva que quedará como “N(1Q)” será la de la prueba de recuperación, no la más alta.

Calculo N2Q (nota segundo cuatrimestre) La nota del segundo cuatrimestre “N2Q” se puede obtener de tres maneras:

1) Ncont(2Q): N2Q =Ncont(2Q) =(Prueba4•0,2+Trabajo HR•0,25+Prueba5 • 0,45)+(Nejercicios(2Q) • 0,1) Prueba4 = prueba escrita de los temas: 7,8,9,10,11. Prueba5 = prueba escrita de los temas: 7,8,9,10,11,12,13,14. Trabajo HR = Durante el curso se propondrá un trabajo en grupo (3 personas), consistente en el diseño de un canal y comprobación posterior usando el programa Hec-Ras (free software) Nejercicios(2Q) = mediana aritmética de los ejercicios hechos por el alumno durante el 2Q, dentro y fuera del horario lectivo.

2) N2Q = Nota Prueba5: La nota que quedará como N2Q será la más alta de las dos: “Ncont(1Q)” o bien la nota de “Prueba 5”.

3) N2(Q) = Nrecup(2Q): Aquellos alumnos que suspendan el segundo cuatrimestre (N(2Q) < 5,0), o quieran mejorar la nota obtenida, tienen la opción de recuperar o mejorar la nota, haciendo una prueba de recuperación, “Nrecup(2Q)”, que consta de todos los temas del 2Q: En este caso, la nota definitiva que quedará como “N(2Q)” será la de la prueba de recuperación, no la más alta.

Criterios de calificación y admisión a la revaluación: Los alumnos suspendidos, (Nfinal < 5,0) y que se hayan presentado regularmente a las pruebas de evaluación de la asignatura durante el curso, podrán hacer una prueba de revaluación en el periodo fijado al calendario académico. La calificación máxima en el caso de presentarse a este examen será de 5,0.

En el caso de ausencias justificadas en los exámenes hechos durante el curso y con aprobación del Jefe de Estudios de la titulación, el alumno podrá recuperar, el día del examen de

revaluación, aquella parte de la asignatura que no ha sido evaluada. La limitación a la calificación no se aplicará a las partes evaluadas por primera vez.

Normas de realización de pruebas Si no se realiza alguna de las actividades de laboratorio o de evaluación continua en el periodo programado, se considerará como puntuación cero.

Metodología docente La asignatura consta de 2 horas a la semana de clases presenciales donde el profesor expone conceptos y materiales básicos de la materia, presenta ejemplos y realiza ejercicios. Se dedica 1 hora a la semana a la resolución de ejercicios prácticos con una mayor interacción con el estudiante con el fin de consolidar los objetivos de aprendizaje general y específicos. En estos ejercicios propuestos por el profesor, el alumno puede consultar apuntes, hablar con los compañeros... El profesor va siguiendo el trabajo de los alumnos, respondiendo a las preguntes que hacen y orientando en la resolución. Al finalizar la clase el profesor recoge los ejercicios para corregir y evaluar. Después de la evaluación se entrega a los alumnos el enunciado con el resultado a través de Atenea.

Horario de atención Bibliografia básica • Chadwick,A.; Morfett, J.. Hydraulics in Civil Engineering. Allen and Unwin. London. 1991. • Mataix, C. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. Ediciones del Castillo. Madrid. 1982. ISBN 8421901753.

• Carvalho, A. Hidráulica. Fundaçao Calouste Gulbenkian. Lisboa. 1991. • López Andrés, L. Manual de hidráulica. Universidad de Alicante. Alicante. 1997. ISBN 8479083204.

• Sanchez,M. ;Bladé,E. ;Puertas,G.. Hidráulica. Edicions UPC. Barcelona 2005. Bibliografia complementaria • Lencastre, A.. Manual de Ingenieria hidráulica. Universidad Pública de Navarra. 1998. • Lázaro López A.. Problemas de hidráulica. Publicaciones de la Universidad de Alicante. Alicante. 1998.

• Giles. R, V. . Mecánica de los fluidos e hidaulica. Mc Graw - Hill. Mexico. 1989. • Chown, T.V. . Hidráulica de los canales abiertos. M Graw - Hill. Santafé de Bogotá, Colombia. 1994. ISBN 958-600-228-4.

• Puertas, J.; Sánchez, M. . Hidráulica. Colegio de Ing de C.C. i Puertos. Madrid. 2001. • Blade, E.; Sánchez, M.; Sánchez, H. P. ; Niñerola, D.;Gómez,M.. Modelación numérica en rios en regimen permanente y variable, Una visión a paritr del modelo HEC-RAS. Barcelona. 2009.