Institución Facultad de Cs. Físicas y Matemáticas Facultad de Cs. Físicas y Matemáticas
Disponible desde Primavera 2011
Cursos Asociados Otras realizaciones de este Curso
Objetivos Generales:
a) Aplicar los principios de la Mecánica de Fluidos al estudio del flujo en conductos cerrados y canalizaciones abiertas.
b) Proporcionar elementos básicos para resolver problemas de Ingeniería Hidráulica.

Específicos:

a) Aplicar los principios de continuidad, momentum y energía al escurrimiento en conductos cerrados y canales abiertos.
b) En conductos cerrados se entregarán los elementos relativos a resistencia hidráulica pérdidas de energía asociados a singularidades, y resolución de sistemas de tuberías incluyendo bombas y redes. Finalmente, se abordará el escurrimiento impermanente en tuberías, sus ecuaciones básicas y métodos de solución.
c) En canalizaciones abiertas se introducirán los conceptos de energía específica, escurrimiento crítico, la función momenta y resalto hidráulico, los que serán aplicados a problemas típicos de hidráulica. Como caso particular de las ecuaciones básicas se plantearán los conceptos de escurrimiento uniforme y leyes de resistencia, así como el de escurrimiento gradualmente variado. Se abordará el estudio de singularidades en canales y su asociación con el flujo rápidamente variado.
Descripción El curso se divide en 7 unidades temáticas que agruparemos en dos categorías: A) Contornos cerrados y B) contornos abiertos. El detalle de cada una de las unidades temáticas es:

CONTORNOS CERRADOS.
1. Análisis hidráulico de sistemas de tuberías. (2.5 semanas)
1.1 Introducción. Repaso de los conceptos de resistencia de los fluidos, régimen de escurrimiento, capa límite y pérdidas de energía.
1.2 Singularidades (ensanche, contracción, difusor, curvas, orificios, etc). Aplicaciones.
1.3 Sistemas de tuberías. Aplicaciones de sistemas de tuberías incluyendo estanques, válvulas intermedias y bombas. Bombas centrífugas.Tipos de bombas.Altura dinámica de elevación. Curvas características. Cavitación. Altura neta positiva de aspiración. Aplicaciones.
1.4 Redes de tuberías. Método de Hardy Cross. Aplicaciones.

2 Régimen impermanente en tuberías (2.5 semanas)
2.1 Aspectos generales. El fenómeno de golpe de ariete.
2.2 Método inelástico. Fenómenos de oscilación en masa. Ecuaciones básicas. Aplicaciones.
2.3 Método elástico. Ecuaciones del fenómeno.
2.4 Métodos de las características. Aplicaciones.

CONTORNOS ABIERTOS
3. Características Generales del Escurrimiento en Canales. (0.5 semanas)
3.1 Características generales del escurrimiento en canales abiertos.
3.2 Clasificación de los escurrimientos.
3.3 Características geométricas de los canales.
3.4 Distribución de velocidades. Coeficientes de Coriolis y de Boussinesq.
3.5 Distribución de presiones en canales.

4. Ecuaciones Fundamentales del Escurrimiento en Canales (2.5 semanas)
4.1 Ecuación de Continuidad.
4.2 Ecuación de la Energía.
4.2.1 Ecuación de Bernoulli en canalizaciones abiertas. Concepto de Energía Específica.
4.2.2 Escurrimiento Crítico. Propiedades.
4.2.3 Cálculo de alturas críticas en secciones regulares e irregulares.
4.2.4 Escurrimientos subcrítico y supercrítico. Noción de control hidráulico.
4.3 Ecuación de la Cantidad de Movimiento.
4.3.1 El Teorema de la Cantidad de Movimiento en canales. Aplicaciones.
4.3.2 La función Momenta y sus propiedades.
4.3.3 Resalto hidráulico: Clasificación, Ecuaciones de Belanger, Características geométricas del resalto completo (longitud, perfil).

5. Resistencia al Escurrimiento. (2 semanas)
5.1 Generalidades. Esfuerzo de corte medio.
5.2 Ecuaciones de resistencia. Chézy, Manning, fórmulas racionales.
5.3 Escurrimiento Uniforme. Determinación de altura normal en secciones regulares e irregulares.

6. Escurrimiento Gradualmente Variado. (2.5 semanas)
6.1 Teoría y ecuaciones generales.
6.2 Análisis y clasificación de ejes hidráulicos.
6.3 Composición de ejes hidráulicos.
6.4 Métodos de cálculo en secciones regulares.
6.5 Aplicaciones.

7. Escurrimiento Rápidamente Variado (2.5 semanas)
7.1 Vertederos. Características generales y clasificación.
7.2 Vertedero en pared delgada con napa libre. Teoría de Boussinesq. Fórmulas prácticas.
7.3 Vertederos triangulares en pared delgada sin influencia y con influencia de aguas abajo.
7.4 Otras singularidades en canales. Ensanches, angostamientos, transiciones, flujo en torno a machones.
7.5 Compuertas
Metodología El curso contempla dos clases de cátedra a la semana y una de docencia auxiliar. Esta última se utilizará para resolver problemas que aclaren los conceptos entregados en clases de cátedra o para realizar actividades de evaluación (ejercicios y controles)
En forma adicional se realizarán experiencias de laboratorio con el objeto de proveer una verificación empírica de la teoría presentada en clases.
Evaluación Se realizarán: 6 ejercicios , 3 controles, 1 examen, 6 laboratorios docentes, más un número por definir de tareas y otras actividades menores de evaluación. Se entiende como otras actividades menores de evaluación la realización de experimentos caseros y ejercicios sin previo aviso en las horas de cátedra. El calendario tentativa de cada una de las actividades programadas se resume en el cuadro siguiente:



Aunque la asistencia no es obligatoria, se pasará lista en cada clase de cátedra con el objeto de monitorear el interés de los alumnos por asistir a clases. Esta información será utilizada para analizar casos particulares como se indica más abajo.
Para aprobar el curso se requiere que, separadamente, la nota de controles, ejercicios y tareas, y laboratorios sea superior a 4.0. La nota final del curso será el promedio ponderado de la nota de controles (50%), nota ejercicios y tareas (25%) y nota laboratorios (25%).
La nota de controles se calculará de acuerdo con el reglamento de la Escuela de Ingeniería y Ciencias como el promedio ponderado de la nota del examen (40%) y el promedio de la nota de los tres controles (60%). El examen no reemplaza la peor de las notas de controles
La nota de ejercicios y tareas se calculará, a no ser que se indique lo contrario, como el promedio simple de cada una de estas actividades, al igual que la nota de laboratorios.
De acuerdo con el reglamento de la Escuela de Ingeniería y Ciencias, alumnos(as) con promedio simple de tres controles superior a 5.5 quedan automáticamente eximidos(as) del examen, a no ser que voluntariamente deseen rendirlo.
Alumnos(as) con promedio de controles inferior a 3.7 quedan automáticamente reprobados(as) del curso. Alumnos(as) con promedio de controles mayor igual a 3.7 e inferior a 4.0 tienen derecho a rendir examen recuperativo.
Alumnos(as) con promedio de ejercicios y tareas inferior a 3.0 quedan automáticamente reprobados(as) del curso. Alumnos(as) con promedio de ejercicios y tareas entre 3.0 y 3.9 deben rendir examen recuperativo, y además rehacer, y presentar para el día del examen recuperativo, todos los ejercicios y tareas en que hayan sido evaluados(as) con nota inferior a 4.0.
Existe un documento con normas y el reglamento para la realización de los laboratorios docentes.
Todos los casos particulares serán analizados considerando notas de ejercicios, tareas, laboratorios, al igual que asistencia a cátedra.
Programa del Curso 2011_0_CI4101.pdf
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