UTN - FRBA · UTN - FRBA Hidráulica Gral. y Aplicada C u r s o 2 0 1 1 Plan Anual de Cursada 2011 Pág.2 de 6 supera ese puntaje mínimo, se podrá recuperar par-cial o totalmente

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Hidráulica Gral. y Aplicada

C u r s o 2 0 1 1

Plan Anual de Cursada 2011 Pág. 1 de 6

1. Estrategias metodológicas.................................. 1

2. Criterios de evaluación ....................................... 1

3. Clases adicionales para consulta ........................ 2

4. Firma de libreta .................................................. 2

5. Examen Final ...................................................... 2

6. Promoción .......................................................... 2

7. Bibliografía obligatoria ....................................... 2

8. Bibliografía complementaria .............................. 2

8. Página de la cátedra ........................................... 2

9. Programas que deben manejarse para la cursada

................................................................................ 2

10. Programa Analítico ........................................... 2

11. Cronograma 2011 - Lunes ................................ 3

12. Cronograma 2011 - Sábados ............................ 5

1. Estrategias metodológicas El curso se desarrollará en clases semanales de cua-tro horas reloj de duración y durante las cuales se expondrán los contenidos teóricos y prácticos de la materia. Se utilizarán soportes multimedia (filma-ciones y proyección de diapositivas). Se seguirá la guía de estudio preparada por el titular de la cáte-dra, disponible en fotocopiadora. Dicha guía está separada en capítulos, correspondientes a las unida-des teóricas de la materia y contiene los desarrollos teóricos y un listado de ejercicios prácticos al final de cada unidad. Los conceptos prácticos serán explicados en clase por los docentes y luego los alumnos desarrollarán delante de la clase algunos de ellos. Así, se re-flexionará sobre el nivel de comprensión y adquisi-ción continua de conocimiento.

2. Criterios de evaluación

2.1 Trabajos Prácticos

A los 14 días de finalizada la explicación teórica de una unidad, vencerá el trabajo práctico correspon-diente. En éstos se resolverán ejercicios prácticos correcta y claramente, de forma tal que pueda ser comprendido por otro alumno.

Éstos serán presentados de forma grupal, con 6 alumnos como máximo. Los ejercicios a desarro-llarse en cada TP están enunciados al final de la guía, y deberán desarrollarse sólo los que irá indi-cando el docente. Los docentes se comprometerán con la devolución del TP corregido en el día o a lo sumo en 1 semana. Se indicará claramente los ejer-cicios aprobados y los que deberán corregirse, en hoja aparte. Para firmar el TP, deberán estar finalmente todos los ejercicios correctamente resueltos. Serán 3 la cantidad máxima de correcciones, si no se perderá la primera fecha de parcial Será necesario aprobar el 100% de los TP la clase anterior al parcial, para poder darlo en la primera fecha. Presentación:

a) el tamaño de la hoja y carpeta de presenta-ción será A4;

b) enunciados: cada ejercicio deberá estar enunciado antes de su resolución (podrá consultarse la guía o bajar el texto de la página de la cátedra);

c) los resultados de los ejercicios podrán con-sultarse en la página de la cátedra;

d) en la presentación se espera: prolijidad, le-tra clara, pueden ser a lápiz o tinta, manus-critos o impresos, podrán utilizarse colores, recuadros, etc. Los gráficos tendrán clara-mente indicados las variables, los ejes, etc. Se comentarán las hipótesis y simplifica-ciones adoptadas. Se deberán utilizar uni-dades en todas las ecuaciones y en todo el desarrollo, con recuadros en los resultados;

e) se presentará un TP por grupo, con carátula grupal

2.2 Trabajos Prácticos con nota

Se realizará un trabajo práctico sobre la unidad 4, 5, 6 y 7 que tendrá nota. Se realizará sobre las filma-ciones de los ensayos.

2.3 Examen Parcial

Se tomarán 2 parciales en el año, con 2 recuperato-rios cada uno. Las fechas de los mismos están indi-cadas en el Cronograma (al final del documento). Condiciones para dar el parcial: se deberá tener el 100% de los TP firmados la clase anterior al parcial. El parcial es práctico y para aprobar se necesitará un puntaje mínimo en todos los ejercicios. Si no se

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supera ese puntaje mínimo, se podrá recuperar par-cial o totalmente en dos fechas de recuperatorio. La nota máxima de recuperatorio será de 7 (siete).

3. Clases adicionales para consulta Lunes 17 a 18.15 en el Dpto. de Civil

Consulta por mail: a los docentes de la práctica

4. Firma de libreta 100% de los TP aprobados 100% de los parciales aprobados

5. Examen Final Es teórico-práctico.

6. Promoción

6.1 Promoción para el final

Aquellos alumnos que hayan aprobado ambos par-ciales con nota igual o mayor a 8, y que den el final en el mismo ciclo lectivo que finaliza en el último llamado de febrero, sólo tendrán que responder las preguntas teóricas.

7. Bibliografía obligatoria �� En fotocopiadora y página de la cátedra

8. Bibliografía complementaria �� J. Vennard; R. Street. Elementos de Mecánica

de Fluidos. México: Edición Revolucionaria. México, 1985.

�� Ballofet, Gotelli y Meoli. Hidráulica (Tomos I y

II). �� Ven Te Chow. Hidráulica de canales abiertos.

Colombia: M. Suárez, 1994. 667 p. �� I. Shames. La Mecánica de los Fluidos. �� V. Streeter; E. Wylie. Mecánica de Los Fluidos.

8a ed. México: Mc. Graw Hill, 1988. �� W. Hughes; J. Brighton. Dinámica de Fluidos.

Editor McGraw-Hill, 1970 �� Hydrodynamics: H. Lamb.-

�� Tietjens; Prandtl. Fundamentals of Hydro and

Aeromechanics. �� W. H. Li; S. H. Lam. Principles of Fluid Dy-

namics, Addison-Wesley, 1964. 374 p.

8. Página de la cátedra http://civil.frba.utn.edu.ar/2011/Materias/hidraulica/index.html

9. Programas que deben manejarse para la cursada Correo electrónico para la comunicación, Acrobat Reader (pdf), Excel, Word, Real Player

10. Programa Analítico UNIDAD 1. PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS. 1.1. Definición de fluido. Diferencias entre sólidos y fluidos. 1.2. Concepto de partícula. Hipótesis del Continum. 1.3. Densidad, peso Específico, densidad relativa, presión, temperatura 1.4. Ecuación de Newton. Viscosidad. 1.5. Compresibilidad. Módulo de compresibilidad. 1.6. Tensión Superficial. Ecuación fundamental. Capilaridad. 1.7. Tensión de vapor de un líquido. Cavitación. UNIDAD 2. EQUILIBRIO DE LOS FLUIDOS. 2.1. Características de la presión en un fluido en reposo relativo. 2.2. Ecuación fundamental de la Hidrostática. 2.3. Manómetros, presión absoluta, presión relativa o manométrica. 2.4. Fuerzas sobre superficies sumergidas: 2.4.1. Fuerzas sobre superficies planas. 2.4.2. Fuerzas sobre superficies curvas. 2.5. flotación: 2.5.1. Empuje. 2.5.2. Estabilidad de los cuerpos sumergidos y flotantes. UNIDAD 3. MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS. 3.1. Punto de vsta Euleriano. Punto de vsta Lagrangiano. 3.2. Definición de Línea de Corriente. Flujo prmanente y no permanen-te. Flujo uni, bi y tridimensional. 3.3. Derivada Parcial, derivada total y derivada sustancial. 3.4. Ecuaciones del movimiento de los fluidos aplicadas a volúmenes de control. 3.4.1. Ecuación de continuidad. 3.4.2. Ecuación de cantidad de movimiento. 3.4.2.1. Distribución de presiones en flujo uniforme. 3.4.2.2. Ecuación del momento cinético. 3.4.3. Ecuación de la energía. Ecuación de Bernoulli. 3.5. Factores de corrección de la cantidad de movimiento y de la energ-ía cinética. UNIDAD 4. ANALISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA. 4.1. Teoría de Modelos. Semejanza. 4.1.1. Números adimensionales. 4.2. Análisis Dimensional. 4.2.1. Teorema Pi de Buckingham. UNIDAD 5. FLUJO POTENCIAL, IRROTACIONAL O IDEAL. 5.1. Planteo del problema. Planteo de las Ecuaciones básicas. 5.2. Circulación, vorticidad, irrotacionalidad.

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5.3. Ecuaciones de Euler. Ecuación de Bernoulli. 5.4. Soluciones elementales para flujos planos. 5.4.1. Corriente uniforme. 5.4.2. Fuente y sumidero. 5.4.3. Vórtice libre. 5.5. Superposición de flujos planos 5.5.1. Fuente y sumidero equidistantes del origen. 5.5.2. Doblete. 5.5.3. Cilindro sin rotación. 5.5.4. Cilindro con rotación. 5.6. Perfil alar de envergadura infinita. 5.7. Perfil alar de envergadura finita. UNIDAD 6. FLUJO LAMINAR 6.1. Planteo del problema. Planteo de las Ecuaciones básicas. 6.2. Condición de viscosidad. 6.3. Ecuaciones de Navier – Stokes. Tensor de tensiones 6.4. Capa Límite laminar UNIDAD 7. FLUJO TURBULENTO 7.1. Planteo del problema. Planteo de las ecuaciones básicas. 7.2. Repaso de algunas propiedades de las variables estadísticas. 7.3. Hipótesis de turbulencia. Hipótesis de Prandtl 7.4. Tensor de tensiones turbulento. Tensor de tensiones aparente. 7.5. Distribución de velocidades sobre una placa plana. Capa límite turbulenta. UNIDAD 8. ESCURRIMIENTO PERMANENTE EN CONDUCTOS. 8.1. Línea de alturas piezométricas. 8.2. Ecuación de Darcy – Weisbach. 8.3. Determinación de las variables que intervienen en el factor de fricción. 8.4. Ensayo de Reynolds. Régimen Laminar, Crítico y Turbulento. 8.5. Determinación del factor de fricción. 8.5.1. Factor de fricción en régimen laminar. 8.5.2. Factor de fricción en régimen turbulento: 8.5.2.1. Concepto de rugosidad. 8.5.2.2. Factor de fricción para tubos totalmente lisos. 8.5.2.3. Factor de fricción para tubos totalmente rugosos. 8.5.2.4. Expresión de Colebrook –White. 8.6. Diagrama de Moody. 8.7. Fórmulas antiguas aplicadas al agua. 8.8. Pérdidas de carga localizadas. 8.9. Casos típicos en una cañería simple. 8.10. Conductos de sección no circular. 8.11. Longitud equivalente. 8.12. Cañerías con presiones negativas. Funcionamiento como sifón. UNIDAD 9. ESCURRIMIENTO EN CANALES EN REGIMEN PERMANENTE. 9.1. Conceptos generales. 9.2. Flujo permanente y uniforme en un canal. 9.2.1. Fórmula de Chezy. 9.2.2. Fórmula de Manning. 9.2.3. Sección Hidráulica óptima. 9.2.4. Resolución de casos simples. 9.2.5. Canales con planicie de inundación. 9.3. Flujo permanente uniformemente variado. 9.3.1. Ondas gravitacionales. 9.3.2. Ecuación de la pendiente de la superficie libre. 9.3.3. energía específica. 9.3.4. Curvas de remanso y caída. 9.3.4. Resolución del flujo uniformemente variado. 9.4. Flujo Permanente bruscamente variado. Resalto Hidráulico. 9.4.1. Alturas conjugadas. 9.4.2. Pérdida de energía a través del resalto. 9.4.3. Longitud del resalto 9.4. Canales con cambio de pendiente. 9.5. Descarga de un canal.

UNIDAD 10. SINGULARIDADES EN CONTORNOS ABIERTOS Y CERRADOS. ORIFICIOS Y VERTEDEROS. 10.1. Orificios. 10.1.1. Fórmula general del gasto para orificio perfecto. 10.1.2. Velocidad de llegada. Contracción parcialmente suprimida. Contracción incompleta. 10.1.3. Orificio de gran altura respecto a la carga. 10.1.4. Orificios total y parcialmente sumergidos. 10.1.5. Placa orificio. 10.1.6. Orificio en pared gruesa. 10.1.7. Tubos adicionales. Tubos entrantes o de Borda. 10.1.8. Orificios bajo carga variable. 10.2. Vertederos. 10.2.1. Elementos que lo componen. 10.2.2. Vertedero perfecto. Condiciones. 10.2.3. Velocidad de llegada. Contracción lateral. Sección triangular, rectangular y trapezoidal. 10.2.4. Aireación de la napa inferior. 10.2.5. Vertederos de presa. 10.2.6. Vertederos de pared gruesa. UNIDAD 11. TURBO MÁQUINAS HIDRÁULICAS 11.1. Conceptos Generales. Clasificación. 11.2. Ejemplos simples de instalación de turbo máquinas hidráulicas. 11.3. Relaciones de semejanza en las turbo máquinas. 11.3.1. Coeficiente de capacidad, de carga y de potencia. 11.3.2. Curvas características. 11.4. Teoría elemental de las turbo máquinas. 11.4.1. Hélices. 11.4.2. El rodete radial. 11.5. Características particulares de las Turbo máquinas 11.5.1. Turbo máquinas de flujo tangencial. 11.5.2. Turbo máquinas de flujo axial. 11.5.3. Turbo máquinas de flujo radial. 11.5.4. Turbo máquinas de flujo mixto. 11.6. Punto de funcionamiento y cavitación. ANPA. UNIDAD 12. MOVIMIENTO PERMANENTE EN CONDUCTOS CERRADOS. GOLPE DE ARIETE. 12.1. Descripción preliminar. 12.2. Ecuaciones diferenciales características de la onda. 12.3. Resolución por el método de las diferencias finitas. 12.4. Condiciones de contorno. 12.5. Cierre brusco y gradual de válvulas en conductos que desaguan en un depósito.

11. Cronograma 2011 - Lunes

Días lunes de 18:15 a 22:15 (días sábados al final)

Fecha h Descripción Lectura Ejerc.

28-mar 1 Introducción

2 Propiedades de los Fluidos Capít. 1 1 a 30

3 Viscosidad

4

04-abr 1 Tensión Sup - Compresibilidad - Cavitación Capít. 1 31 a 43

2 Hidrostática Capít. 2

3 Presión hidrostática en un punto

4 Teorema fundamental de la hidrostática

11-abr 1 Presión absoluta, relativa y

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atmosférica

2 Variación de la presión con la altura Capít. 2 1 a 28

3 Fuerzas sobre superficies sumer-gidas

4 Fuerzas sobre superficies planas

18-abr 1 Fuerzas sobre superficies curvas Capít. 2 29 a 54

2 Empuje y flotación

3 Cinemática Capít. 3

4 Tipos de derivada 1 a 3

25-abr 1 Ecuación de continuidad Capít. 3 4 a 26

2 Ecuación de continuidad

3 Ecuación de cantidad de movi-miento 30 a 46

4 Ecuación del momento de la cantidad de mo-vimiento 58 a 61

02-may 1 Distribución de pres. en flujo uniforme Capít. 3 27 a 29

2 Ecuación de la energía 81 a 100

3 Ecuación de Bernoulli 62 a 80

4 Potencia debida a la fricción

09-may 1 Problemas combinados Capít. 3 47 a 57

2 Problemas combinados



16-may 1 Teoría de modelos Capít. 4 1 a 7 ; 9 a 16

2 Teoría de modelos y 18

3 Números adimensionales


23-may 1 Análisis dimensional Capít. 4 8; 17 y

2 Análisis dimensional 19 a 40

3 Teorema Pí

4 Teorema Pí

T.P. Ensayos filma-

dos. Discusión y

descripción

30-may 1 Hidrodinàmica Capít. 5 1 a 15

2 Ecuaciones de Euler

3 Circulación-Vorticidad

4 Ecuación de Bernoulli

06-jun 1 Flujos simples Capít. 5

2 Superposición de flujos simples 16 a 23

3 Cilindro con y sin rotación

4 Teorìa de la sustentación

T.P. Ensayos filma-

dos. Discusión y

descripción

13-jun 1 Ecuación de Navier Stokes Capít. 6

2 Ecuación de Navier Stokes 1 a 9

3 Tensor de Tensiones en régimen laminar


T.P. Ensayos filma-

dos. Discusión y

descripción

20-jun Feriado Nacional

27-jun Primer parcial evaluación unida-des 1 a 4

04-jul 1 Flujo turbulento Capít. 7

2 Longitud de mezcla de Prandtl 1 a 4

3 Distribución sobre placa plana

4 Resistencia al avance

T.P. Ensayos filma-

dos. Discusión y

descripción

Entrega de notas del 1º Parcial

11-jul 1 Diagrama de Moody Capít. 8

2 Pérdidas localizadas 1 a 8

3 Casos Típicos

4 Sifones

Primer Recuperatorio del 1º Par-

cial

18-jul Sin clases 1° llamado finales

25-jul Vacaciones invernales

01-ago Sin clases 2° llamado finales

08-ago 1 Conductos Capít. 8 16 a 39

2 Piezométrica

3 Ensayo de Reynolds

4 Diagrama de Moody

Segundo Recuperatorio del 1º

Parcial

15-ago Feriado

22-ago 1 Concepto de Rugosidad Capít. 8

2 Concepto de Rugosidad

3 Deducción del factor de fricción 9 a 15

4 Deducción del factor de fricción

29-ago 1 Flujo en canales Capít. 9

2 Fórmula de Chezy

3 Fórmula de Manning 1 a 17

4 Sección Hidráulica óptima

05-sep 1 Pendiente de la superficie libre Capít. 9

2 energía específica 18 a 29

3 Curvas de remanso

4 Curvas de remanso

12-sep 1 Curvas de remanso Capít. 9

2 Variación de la pendiente 29 a 31

3 Resolución de flujo uniformemente variado

4 Resolución de flujo uniformemente variado 26 a 52

19-sep 1 Flujo bruscamente variado Capít. 9

2 Resalto hidráulico 32 a 41

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3 Pérdida de energía

4 Alturas conjugadas

26-sep 1 Velocidad Crítica Capít. 9

2 Pendiente crítica

3 Casos combinados de flujo brusca y gradual- 42 a 52

4 mente variado

03-oct 1 Orificios Perfectos Capít. 11 1 a 15

2 Influencia de las paredes laterales

3 Desagüe de Tanques


10-oct Feriado

17-oct 1 Vertederos Capít. 11

2 Vertederos de aforo 16 a 22

3 Vertedero de Alivio en presas

4 Vertederos de pared gruesa

24-oct 1 Ecuación del momento cinético Capít. 12

2 Turbinas Hidráulicas

3 Bombas Centrífugas A designar

4 Bombas Centrífugas

31-oct Segunda Evaluación parcial Unidades 8 a 10

07-nov 1 Golpe de ariete Capít. 13

2 Descripción del fenómeno

3 Ecuaciones diferenciales



14-nov 1 Resolución por el método de La-grange Capít. 13

2 Resolución por diferencias finitas



1º Recuperatorio del 2º Parcial

22-nov Firma de libretas


12. Cronograma 2011 - Sábados

Días Sábados de 7:45 a 11:30

Fecha h Descripción Lectura Ejerc.

02-abr Feriado

09-abr 1 Introducción

2 Propiedades de los Fluidos Capít. 1 1 a 30

3 Viscosidad

4

16-abr 1 Tensión Sup - Compresibilidad - Cavitación Capít. 1 31 a 43

2 Hidrostática Capít. 2

3 Presión Hidrostática en un punto

4 Teorema fundamental de la hidrostática

23-abr 1 Presión absoluta, Relativa y Atmosférica

2 Variación de la presión con la altura Capít. 2 1 a 28

3 Fuerzas sobre superficies sumer-gidas

4 Fuerzas sobre superficies planas

30-abr 1 Fuerzas sobre superficies curvas Capít. 2 29 a 54

2 Empuje y flotación

3 Cinemática Capít. 3

4 Tipos de derivada 1 a 3

07-may 1 Ecuación de continuidad Capít. 3 4 a 26

2 Ecuación de continuidad

3 Ecuación de cantidad de movi-miento 30 a 46

4 Ecuación del momento de la cantidad de

movimiento 58 a 61

14-may 1

Distribución de pres. en flujo uniforme Capít. 3 27 a 29

2 Ecuación de la energía 81 a 100

3 Ecuación de Bernoulli 62 a 80

4 Potencia debida a la fricción

21-may 1 Problemas combinados Capít. 3 47 a 57




28-may 1 Teoría de modelos Capít. 4

1 a 7 ; 9 a 16

2 Teoría de modelos y 18



04-jun 1 Análisis dimensional Capít. 4 8; 17 y

2 Análisis dimensional 19 a 40

3 Teorema Pí

4 Teorema Pí

T.P. Ensayos

filmados. Discusión

y descripción

11-jun 1 Hidrodinàmica Capít. 5 1 a 15

2 Ecuaciones de Euler

3 Circulación-Vorticidad

4 Ecuación de Bernoulli

18-jun 1 Flujos simples Capít. 5

2 Superposición de flujos simples 16 a 23

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3 Cilindro con y sin rotación

4 Teoría de la sustentación

T.P. Ensayos


y descripción

25-jun 1 Ecuación de Navier Stokes Capít. 6

2 Ecuación de Navier Stokes 1 a 9



T.P. Ensayos


y descripción

02-jul Primer parcial evaluación unida-des 1 a 4

09-jul 1 Flujo turbulento Capít. 7

2 Longitud de mezcla de Prandtl 1 a 4

3 Distribución sobre placa plana

4 Resistencia al avance

T.P. Ensayos filmados. Discusión

y descripción


16-jul 1 Diagrama de Moody Capít. 8

2 Pérdidas localizadas 1 a 8

3 Casos Típicos

4 Sifones

T.P. Ensayos filmados. Discusión

y descripción

Primer Recuperatorio del 1º Par-

cial

23-jul Sin clases 1° llamado finales

30-jul Vacaciones invernales

06-ago Sin clases 2° llamado finales

13-ago 1 Conductos Capít. 8 16 a 39

2 Piezométrica

3 Ensayo de Reynolds

4 Diagrama de Moody

Segundo Recuperatorio del 1º

Parcial

20-ago 1 Concepto de Rugosidad Capít. 8

2 Concepto de Rugosidad

3 Deducción del factor de fricción 9 a 15

4 Deducción del factor de fricción

27-ago 1 Flujo en canales Capít. 9

2 Fórmula de Chezy

3 Fórmula de Manning 1 a 17

4 Sección Hidráulica óptima

03-sep 1 Pendiente de la superficie libre Capít. 9

2 energía específica 18 a 29

3 Curvas de remanso

4 Curvas de remanso

10-sep 1 Curvas de remanso Capít. 9

2 Variación de la pendiente 29 a 31

3 Resolución de flujo uniformemente variado

4 Resolución de flujo uniformemente variado 26 a 52

17-sep 1 Flujo bruscamente variado Capít. 9

2 Resalto hidráulico 32 a 41

3 Pérdida de energía

4 Alturas conjugadas

24-sep 1 Velocidad Crítica Capít. 9

2 Pendiente crítica

3 Casos combinados de flujo brusca y gradual- 42 a 52

4 mente variado

01-oct 1 Orificios Perfectos Capít. 11 1 a 15

2 Influencia de las paredes laterales



08-oct 1 Vertederos Capít. 11

2 Vertederos de aforo 16 a 22

3 Vertedero de Alivio en presas

4 Vertederos de pared gruesa

15-oct 1 Ecuación del momento cinético Capít. 12

2 Turbinas Hidráulicas

3 Bombas Centrífugas A

designar

4 Bombas Centrífugas

22-oct 1 Ventiladores

2 Ventiladores

3 Turbinas Eólicas

4 Turbinas Eólicas

29-oct Segunda Evaluación parcial Unidades 8 a 10

05-nov 1 Golpe de ariete Capít. 13

2 Descripción del fenómeno




12-nov 1 Resolución por el método de Lagrange Capít. 13





19-nov Firma de libretas


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