Mecánica de Fluidos I (Curso 2021/2022)

Objetivos

     Que el alumno tenga un conocimiento básico y generalista del comportamiento de los fluidos.
    
     Conocer el comportamiento de los fluidos en movimiento y sus interacción con sólidos inmeros en ellos.
    
     Obtener un conocimiento práctico del comportamiento de los fluidos mediante la realización de prácticas en laboratorio.

Prerrequisitos

    No se han establecido requisitos previos

Competencias

    Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en su área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
    
    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.
    
    Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
    
    Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
    
    Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
    
    
    Conocimiento adecuado y aplicado a la Ingeniería de: Los conceptos y las leyes que gobiernan los procesos de transferencia de energía, el movimiento de los fluidos, los mecanismos de transmisión de calor y el cambio de materia y su papel en el análisis de los principales sistemas de propulsión aeroespaciales.
    
    Conocimiento adecuado y aplicado a la Ingeniería de: Los fundamentos de la mecánica de fluidos;; los principios básicos del control y la automatización del vuelo;; las principales características y propiedades físicas y mecánicas de los materiales.
    
    Conocimiento aplicado de: la ciencia y tecnología de los materiales; mecánica y termodinámica; mecánica de fluidos; aerodinámica y mecánica del vuelo; sistemas de navegación y circulación aérea; tecnología aeroespacial; teoría de estructuras; transporte aéreo; economía y producción; proyectos; impacto ambiental.
    

Resultados de aprendizaje

    Capacidad de aplicar los conocimientos en la resolución de problemas reales.
    
    Realización de trabajos de investigación sobre temas concretos.
    
    Análisis, valoración e interpretación de los resultados obtenidos en los ensayos realizados en laboratorio mediante informes escritos.
    
    Conocimientos teóricos y prácticos sobre el comportamiento de gases y fluidos así como de los mecanismos de transferencia de energía.

Requisitos previos

    No se han establecido requisitos previos

Descripción de los contenidos

    Conceptos Fundamentales, Cinemática de Fluidos, Coeficientes Cinemáticos de Transporte, Fluidostática, Movimientos Unidireccionales, Lubricación, Análisis Dimensional, Semejanza y Parámetros Adimensionales, Movimiento de Fluidos Ideales, Velocidad del Sonido, Ecuación de Bernouilli, Régimen Subsónico y Supersónico, Movimientos Irrotacionales, Movimientos con Superficies de Discontinuidad, Capa Límite, Movimiento Turbulento.
    
    1.- Conceptos Fundamentales. Introducción al estudio de los fluidos
    - Sólidos, líquidos y gases
    - Hipótesis de medio continuo: partícula fluida
    - Densidad, velocidad y energía interna
    - Equilibrio termodinámico local
    - Variables y relaciones termodinámicas de interés
    2.- Cinemática de fluidos
    - Sistemas de coordenadas, vectores y tensores
    - Especificación del campo fluido. Descripciones Euleriana y Lagrangiana
    - Tipos de movimientos particulares.
    - Trayectorias y sendas
    - Derivada siguiendo a una partícula. Derivada sustancial
    - Aceleración
    - Circulación y vorticidad
    - Flujo irrotacional y potencial de velocidades
    - Movimiento en el entorno de un punto
    - Deformación de un elemento fluido cúbico
    3.- Ecuación de Continuidad
    - Flujo convectivo
    - Teorema del transporte de Reynolds
    - Ecuación de la continuidad
    4.- Ecuación de Cantidad de Movimiento
    - Fuerzas de volumen y fuerzas de superficie
    - Tensor de esfuerzos
    - Ley de Navier-Poisson
    - Fuerza y momento sobre un sólido
    - Ecuación de la cantidad de movimiento
    - Caso de líquidos perfectos
    - Ecuación del momento cinético
    5.- Ecuación de la Energía
    - Transporte de calor por conducción
    - Ley de Fourier
    - Ecuación de la energía
    - Ecuaciones de la energía cinética y de la energía interna
    - Ecuaciones de la entalpía y entropía
    6.- Ecuaciones de Navier Stokes
    - Ecuaciones de conservación, ecuaciones de estado y leyes constitutivas
    - Condiciones iniciales y de contorno
    7.- Análisis dimensional y semejanza
    - Introducción
    - Análisis dimensional.
    - Teorema “PI” o de Buckingham
    - Parámetros adimensionales
    - Números de Reynolds, Euler, Mach y Froude.
    - Teoría de modelos
    - Números adimensionales controlantes en semejanza
    8.- Fluidostática y Tensión superficial
    - Equilibrio de un fluido
    - Superficies equipotenciales
    - Hidrostática
    - Fuerzas sobre una superficie. Principio de Arquímedes
    - Tensión superficial
    - Línea y ángulo de contacto
    - Entrefases de fluidos en reposo.
    9.- Movimientos unidireccionales
    - Ecuaciones, condiciones iniciales y de contorno
    - Canal bidimensional estacionario
    - Problema de Rayleigh
    - Problema de Stokes
    10.- Movimiento casi-unidireccional en conductos
    - Ecuaciones, condiciones iniciales y de contorno
    - Solución estacionaria de Poiseuille
    - Movimiento casi-estacionario en conductos de sección lentamente variable
    - Conductos de longitud finita
    - Solución general del movimiento casi-unidireccional en conductos
    11.- Teoría de la Lubricación fluidodinámica
    - El Efecto Cuña
    - Ecuación de la Lubricación de Reynolds
    - Cojinete cilíndrico
    12.- Fluidos ideales
    - Ecuaciones de Euler
    - Ecuación de Euler-Bernoulli
    - Ecuación de Bernoulli
    - Condiciones de remanso
    - Flujo de líquidos ideales en conductos
    - Flujo de gases ideales en conductos
    - Aplicaciones y ejemplos
    13.- Movimientos irrotacionales I
    - Ecuaciones del movimiento irrotacional
    - Movimiento irrotacional plano de fluidos incompresibles
    14.- Introducción a la Teoría de la Capa Límite
    - Características de la capa límite
    - Ecuaciones y condiciones de contorno
    - Espesor de la capa límite
    - Desprendimiento de la capa límite
    15.- Flujo turbulento
    - Ecuaciones de Reynolds, RANS
    - Transporte turbulento del calor
    - Teoría del camino libre de mezcla
    - Pérdidas de carga secundarias. Movimiento en conductos de sección variable
    

Actividades formativas

    Presentación en el aula de los conceptos relacionados con las asignaturas que componen cada materia y la resolución de problemas que permitan al estudiante conocer cómo abordarlos, así como otras sesiones de tipo presencial en grupo como clases de discusión, puesta en común, etc..
    
     Actividades de laboratorio de dificultad creciente que permitan al estudiante ir adquiriendo la capacidad de alcanzar autonomía en la resolución de problemas.
    
     Realización de trabajos en pequeños grupos fuera del aula.
    
     Estudio personal, elaboración de informes, realización de prácticas, etc. como trabajo independiente del estudiante o grupo de estudiantes.
    
     Realización de exámenes y pruebas de evaluación.

Sistema y criterios de evaluación

    Para las competencias que suponen una destreza en el trabajo de laboratorio, se evaluará al estudiante valorando la realización de las prácticas, la elaboración de informes sobre el trabajo realizado, la dedicación e interés mostrado durante su realización, así como pruebas escritas relacionadas con el trabajo experimental.
    
     Resolución de problemas propuestos, entrega y exposición de trabajos en grupo. Elaboración de casos prácticos.
    
     Para las competencias que implican un conocimiento de los contenidos de las materias se establecerán un conjunto de exámenes escritos que recojan los contenidos desarrollados en las actividades formativas realizadas en el aula.
    
     Los resultados obtenidos por el estudiante en las asignaturas se calificarán en función de la siguiente escala numérica de 0 a 10, con expresión de un decimal, a la que podrá añadirse su correspondiente calificación cualitativa:
    
     a. 0-4,9: Suspenso (SS).
     b. 5,0-6,9: Aprobado (AP).
     c. 7,0-8,9: Notable (NT).
     d. 9,0-10: Sobresaliente (SB).
    
     La mención de «Matrícula de Honor» se otorgará a estudiantes que hayan obtenido una calificación igual o superior a 9,0. Su número no podrá exceder del cinco por ciento de los estudiantes matriculados en la materia en el correspondiente curso académico, salvo que el número de estudiantes matriculados sea inferior a 20, en cuyo caso se podrá conceder una sola «Matrícula de Honor».

Bibliografía

    Básica:
    1.- Batchelor, G. K.
            An introduction to fluid dynamics: Cambridge : Cambridge University Press, 1994
            ISBN: 0521098173
    2.- Crespo Martínez, Antonio
            Mecanica de fluidos: Madrid : Thomson, 2006
            ISBN: 8497322924
    Complementaria:
    3.- Landau, L. D.
            Fluid mechanics: Oxford : Buterworth Heinemann, 1995
            ISBN: 0750627670
    4.- White
            Mecánica de fluidos: 6ª Ed.: McGraw Hill
            ISBN: 9788448166038
    

Adenda

    La crisis de salud pública provocada por la pandemia de COVID19 ha dado lugar a la adopción de medidas de seguridad excepcionales que, orientadas a evitar la propagación del virus, han afectado inevitablemente a la manera en la que los docentes y los estudiantes interactúan en el contexto de la enseñanza presencial. Ello ha repercutido en la programación ordinaria de la enseñanza que, mientras estén en vigor las referidas medidas, podrá verse alterada, afectando especialmente a la metodología de enseñanza y evaluación.
    
    Siguiendo las disposiciones aprobadas por la autoridad competente y de conformidad con los acuerdos adoptados por los órganos de dirección de la Universidad y de sus Centros, se indica a continuación en qué medida se pueden ver afectadas las actividades formativas y los sistemas y criterios de evaluación de la asignatura mientras estén vigentes las medidas de seguridad excepcionales indicadas en el párrafo anterior.
    
    Actividades formativas
    
    Las horas de las actividades formativas presenciales se impartirán en su totalidad, si bien, se reducirá en un 40% el número de horas que se impartirán de forma física en el aula. Dichas horas se impartirán en el aula virtual de forma síncrona. Las clases impartidas virtualmente serán grabadas. Dicha grabación permanecerá en el campus virtual de la asignatura a disposición de los estudiantes matriculados, durante todo el curso académico, para que puedan ser reproducidas sin límite de visualizaciones.
    
    En el supuesto de que la situación de excepcionalidad dé lugar a medidas que restrinjan la movilidad individual, se incrementará el porcentaje de horas de clase impartidas virtualmente. Llegado el caso, se ha previsto la impartición virtual del 100% de las horas semanales.
    
    Sistemas y criterios de evaluación
    
    En relación con los trabajos individuales o colectivos para los que se ha planificado una exposición oral pública, dicha exposición se realizará por medio de la plataforma de enseñanza virtual de la Universidad.
    
    En relación con los exámenes, estos se realizarán de manera presencial en las aulas físicas que se habiliten al efecto durante el período establecido en el calendario académico de la universidad y en las que ni se distribuirá ni se recogerá ningún elemento con soporte en papel, debiendo el alumno escanear o fotografiar su trabajo entregándolo de forma virtual en el apartado creado para ello en el Aula Virtual de la asignatura. Sólo en el supuesto de que las autoridades adopten medidas de obligado cumplimiento que restrinjan la movilidad individual, está previsto realizarlos de forma remota garantizando que no se produzca ningún tipo de transferencia de información a ningún individuo de la comunidad universitaria o ajeno a ella que pudiera poner en duda el resultado de la misma.
    
    Las modificaciones y previsiones indicadas en este apartado son provisionales, pudiendo sufrir variaciones cuando las autoridades académicas lo establezcan, o las circunstancias lo hagan conveniente.