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7.47. Mecánica de Fluidos II (Obligatorio)

7.47.1. Justificación ↑ Volver arriba

Mecánica de Fluidos II profundiza el análisis y diseño hidráulico iniciado en Mecánica de Fluidos I, cubriendo tres grandes bloques: el flujo en tuberías a presión y los sistemas de bombeo (incluyendo redes, transitorios y modelación con software especializado), el flujo en canales abiertos (régimen uniforme, energía específica, flujo rápidamente y gradualmente variado, y modelación con HEC-RAS), y el diseño de estructuras hidráulicas de control (vertederos, compuertas, sifones invertidos y alcantarillas). El curso combina el desarrollo analítico clásico con el uso de herramientas de modelación hidráulica (WaterCAD, HEC-RAS) que se emplean en la práctica profesional.

7.47.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Analizar y diseñar sistemas de tuberías a presión, incluyendo redes, bombas y fenómenos transitorios como el golpe de ariete.
2. Aplicar herramientas de modelación hidráulica (WaterCAD, HEC-RAS) para el análisis de redes de tuberías y de flujo en canales.
3. Analizar el flujo uniforme y variado en canales abiertos y diseñar secciones de canal eficientes y estables.
4. Diseñar estructuras hidráulicas de control como vertederos, compuertas, sifones invertidos y alcantarillas.

7.47.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-6) Habilidad para desarrollar y conducir experimentación apropiada, analizar e interpretar datos, y utilizar el criterio de ingeniería para obtener conclusiones. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

7.47.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.47.4.1. Flujo en Tuberías a Presión y Sistemas de Bombeo (42 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (White, 2016; Ávila, 2002)

Temas

1. Fundamentos del flujo en tuberías y ecuación de Darcy-Weisbach
2. Pérdidas menores y análisis de sistemas de tuberías
3. Métodos de análisis de redes de tuberías
4. Características de bombas y curvas del sistema
5. Selección de bombas y requisitos de instalación
6. Golpe de ariete y análisis de transitorios
7. Diseño de tuberías y selección de materiales
8. Bombas de velocidad variable y eficiencia energética
9. Modelación y optimización de redes
10. Selección de válvulas y sistemas de control hidráulico

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Calcular pérdidas de carga en sistemas de tuberías usando ecuaciones de fricción [Evaluar]
2. Determinar la pérdida de carga total incluyendo pérdidas menores en tuberías complejas [Usar]
3. Analizar redes de tuberías usando el método de Hardy Cross o métodos equivalentes [Evaluar]
4. Construir curvas características de bombas y curvas del sistema [Usar]
5. Seleccionar bombas apropiadas basándose en el punto de operación y eficiencia [Evaluar]
6. Evaluar efectos de golpe de ariete y diseñar protección contra transitorios [Usar]
7. Diseñar tuberías considerando factores hidráulicos, estructurales y económicos [Evaluar]
8. Aplicar variadores de velocidad para optimización de sistemas de bombeo [Usar]
9. Optimizar redes de distribución de agua usando software de modelación [Evaluar]
10. Especificar válvulas y sistemas de control para operaciones de tuberías [Usar]

7.47.4.2. Flujo en Canales Abiertos y Mecánica Fluvial (30 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-6] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Chow, 1959)

Temas

1. Clasificación del flujo en cauces y elementos hidráulicos
2. Principios de energía y cantidad de movimiento en canales abiertos
3. Flujo uniforme y ecuación de Manning
4. Flujo crítico y conceptos de energía específica
5. Perfiles de flujo gradualmente variado
6. Salto hidráulico y flujo rápidamente variado
7. Diseño de cauces para conducción estable
8. Transporte de sedimentos en canales abiertos
9. Morfología fluvial y estabilidad de cauces
10. Análisis de socavación y medidas de protección

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar regímenes de flujo en canales abiertos y calcular elementos hidráulicos [Familiarizarse]
2. Aplicar ecuaciones de energía y cantidad de movimiento para resolver problemas de flujo en cauces [Evaluar]
3. Calcular tirante normal y caudal usando la ecuación de Manning [Usar]
4. Determinar tirante crítico y analizar relaciones de energía específica [Evaluar]
5. Calcular perfiles de flujo gradualmente variado usando métodos estándar [Usar]
6. Analizar saltos hidráulicos y calcular la disipación de energía [Evaluar]
7. Diseñar cauces estables con secciones transversales y revestimientos apropiados [Usar]
8. Estimar tasas de transporte de sedimentos en cauces aluviales [Evaluar]
9. Evaluar la estabilidad de cauces fluviales y el potencial de erosión de riberas [Familiarizarse]
10. Predecir profundidades de socavación en estructuras hidráulicas y diseñar protección [Evaluar]

7.47.4.3. Diseño de Estructuras Hidráulicas (12 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Novak et al., 2007)

Temas

1. Tipos de presas y criterios de selección
2. Hidráulica y diseño de vertedores
3. Ecuaciones de flujo para aliviaderos y compuertas
4. Disipación de energía y diseño de pozos de amortiguación
5. Hidráulica y diseño de alcantarillas
6. Análisis de seguridad de presas y evaluación de riesgos
7. Obras de salida y estructuras de control
8. Facilidades de paso de peces e hidráulica ambiental
9. Análisis y prevención de cavitación
10. Modelación física hidráulica y efectos de escala

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar tipos de presas y seleccionar configuraciones apropiadas para condiciones del sitio [Familiarizarse]
2. Diseñar vertedores para capacidad de descarga de crecidas [Evaluar]
3. Calcular descarga sobre aliviaderos y a través de compuertas [Usar]
4. Dimensionar estructuras de disipación de energía y pozos de amortiguación [Evaluar]
5. Analizar la hidráulica de alcantarillas para control de entrada y salida [Usar]
6. Realizar evaluaciones de seguridad de presas y clasificación de peligros [Evaluar]
7. Diseñar obras de salida, incluyendo estructuras de toma y conductos [Usar]
8. Incorporar requisitos de paso de peces en el diseño de estructuras hidráulicas [Evaluar]
9. Evaluar el potencial de cavitación y diseñar medidas preventivas [Usar]
10. Interpretar resultados de modelos físicos y aplicar correcciones de escala [Evaluar]

7.47.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

White, F. M. (2016). Fluid Mechanics. McGraw-Hill, 8th edition.

Ávila, G. S. (2002). Hidráulica General, Tomo I: Fundamentos. Limusa, 2da edition.thebibliography

Chow, V. T. (1959). Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill.

Novak, P., Moffat, A. I. B., Nalluri, C., and Narayanan, R. (2007). Hydraulic Structures. Taylor & Francis, 4th edition.