ELEMENTOS DE HIDRÁULICA
CURSO ELEMENTOS DE HIDRÁULICA
GRUPO: LIC. EN OPERACIONES MARÍTIMAS Y PORTUARIAS
I. INTRODUCCIÓN AL CURSO
I.2 HORARIO
I.3 PLAN DE LA ASIGNATURA
I.3.1 CONTENIDO TEÓRICO DE ASIGNATURA
I.3.2 LABORATORIOS DE ELEMENTOS DE HIDRÁULICA
I.4 BIBLIOGRAFÍA DEL CURSO
I.5 EVALUACIÓN DEL CURSO
I.6 METODOLOGÍA DEL CURSO
I.7 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Al final de esta sección el estudiante será notificado del cronograma de trabajo de la asignatura, total de las actividades a realizar, evaluación del curso, criterios adicionales y todos los aspectos adicionales para la correcta participación del alumno en este.
MÓDULO I: INTRODUCCION
1.1 CONTENIDO MÓDULO I
En este módulo se tratarán los temas introductorios del módulo 1, mostrados a continuación:
1.1 Importancia
1.2 Sistemas de Unidades
1.2.1 Sistema internacional
1.2.2 Sistema Inglés
1.2.3 Transformaciones
1.2 INTRODUCCIÓN
1.3 CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA HIDRÁULICA
1.4 SISTEMAS DE UNIDADES DE MEDIDA
Historia del Sistema Internacional de Unidades
Relación entre Sistemas de Unidades de Medida
1.5 UNIDADES DE MEDIDAS DE MAGNITUDES
1.6 FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADES
1.7 TAREA N°1
A continuación se muestra el enlace para ingresar a la tarea N°1 del curso. Esta tarea debe ser entregada vía Microsoft Teams. La fecha de entrega se muestra en el cronograma de actividades Ingrese aquí:
La solución de la tarea N°1 se muestra ingresando al siguiente enlace:
Esta actividad será discutida en clases y se brindará retroalimentación
1.8 TAREA N°2
A continuación se muestra el enlace para ingresar a la tarea N°2 del curso. Esta tarea debe ser entregada vía Microsoft Teams. La fecha de entrega se muestra en el cronograma de actividades. Ingrese aquí:
La solución de la tarea N°2 se muestra ingresando al siguiente enlace:
Esta actividad será discutida en clases y se brindará retroalimentación.
1.9 EJEMPLOS
A continuación se muestran algunos ejemplos de conversiones entre unidades de medidas y entre sistemas de unidades de medidas:
_________________________________________________________________________
MÓDULO II: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
CONTENIDO MÓDULO II
2.1 Propiedades básicas
2.1.1Densidad, Peso Específico, Densidad Relativa
2.1.2 Viscosidad
2.1.3 Compresibilidad y Elasticidad
2.1.4 Tensión Superficial
2.1.5 Presión de Vapor
EJERCICIO RAPIDO N°1
A continuación se presenta el ejercicio rápido N°1, el cual se desarrollará en hora de clase según el cronograma de actividades. Para acceder a la actividad ingresar aquí:
La solución del ejercicio rápido se muestra en el siguiente enlace:
Esta actividad será discutida en clases y se brindará retroalimentación.
2.1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
¿QUÉ ES UN FLUIDO?
Acceder al siguiente Mapa Mental:
2.1.1 MASA DE UN FLUIDO
2.1.2 DENSIDAD, PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD RELATIVA
2.1.3 VISCOSIDAD DINÁMICA
2.1.4 COMPRESIBILIDAD Y ELASTICIDAD
2.1.4.1 COMPRESIBILIDAD ISOTÉRMICA
A continuación se explica en un video el fenómeno de los espacios intermoleculares de un fluido que varían de acuerdo con la presión a la que están sometidos (compresibilidad):
2.1.4.2 COMPRESIBILIDAD DE FLUIDOS
2.1.4.3 COMPRESIBILIDAD ISENTRÓPICA
2.1.5 TENSIÓN SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD
A continuación se explica en un video el fenómeno de tensión superficial y capilaridad:
2.1.6 TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS FLUIDOS
2.1.7 PRESIÓN DE VAPOR
En el siguiente video se explica el fenómeno de la presión de vapor:
Un fenómeno muy ocurrente en el área de Operaciones Marítimas y Portuarias es la cavitación, fenómeno que afecta la hélices de muchos motores a largo plazo. A continuación se explica este fenómeno:
2.1.7.1 VARIACIÓN DE PRESIÓN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA
2.1.8 VARIACION Y MEDICIÓN DE DENSIDAD
A continuación se muestran ejemplos resueltos de densidad y peso específico de fluidos:
2.1.8.1 VARIACION DE LA DENSIDAD DEL AGUA CON LA TEMPERATURA
2.1.9 VARIACION DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA
Ingresar al siguiente video donde se explican los conceptos de viscosidad dinámica:
2.1.10 PROPIEDADES DEL AIRE
Se muestra a continuación un video que explica la variación de la densidad del aire con la altitud:
2.2 EJERCICIO RÁPIDO N°2
A continuación se presenta el ejercicio rápido N°2, el cual será desarrollado en el horario de clases de acuerdo con la programación del curso establecida en el cronograma de actividades. Favor ingresa a la actividad aquí:
La solución del ejercicio rápido N°2 se encuentra disponible en el siguente enlace:
Esta actividad será discutida en clases y se brindará retroalimentación.
2.3 TAREA N°3
En el siguiente enlace podrá ingresar para descargar la asignación llamada TAREA N°3:
Esta tarea será discutida posterior a su evaluación. Para ello la solución de dicha tarea se encontrará disponible en el siguiente enlace:
Esta actividad será discutida en clases y se brindará retroalimentación.
MÓDULO III: HIDROSTÁTICA
CONTENIDO MÓDULO III
3.1 Presión Hidrostática
3.1.1 Medición de la Presión
3.2 Fuerzas sobre superficies
3.2.1 Superficies Plana
3.2.2 Superficies Curvas
3.3 Flotación y Estabilidad
3.3.1 Principio de Arquímedes
3.1 HIDROSTÁTICA
3.2 ESCALA ABSOLUTA Y ESCALA RELATIVA
3.3 PRESIÓN HIDROSTÁTICA- CONCEPTOS
El principio o ley que rige los cálculos de la hidrostática es el principio de Pascal. En el siguiente video se explica en que consiste:
3.4 COMPARACIÓN PRESIÓN ABSOLUTA Y PRESIÓN MANOMÉTRICA
3.5 PRESION HIDROSTÁTICA Y MEDIDORES DE PRESIÓN
El manómetro de mercurio es un instrumento que continúa siendo muy utilizado en las mediciones de presiones hidrostáticas. En el siguiente video se explica su funcionamiento:
Otro instrumento muy utilizado en las mediciones de presiones, prinicipalmente al momento de calcular presiones absolutas donde es necesario correlacionar la presión de un sistema hidráulico con la presión atmósferica, es el Barómetro de Torricelli o Barómetro de Mercurio:
EJEMPLO 3.1
EJEMPLO 3.2
EJEMPLO 3.3
EJEMPLO 3.4
EJEMPLO 3.5
3.6 EJERCICIO RAPIDO N°3
A continuación se propone el ejercicio rápido N°3 del semestre para evaluar el desarrollo de conceptos relacionados a presión hidrostática. Ingresar en el siguiente enlace:
La solución del ejercicio rápido N°3 se encuentra disponible en el siguiente enlace: Este será discutido posterior a su entrega y evaluación para retroalimentar al estudiante.
__________________________________________________
3.7 FUERZAS HIDROSTÁTICAS SOBRE SUPERFICIES PLANAS
La presión hidrostática actúa en sentido perpendicular a las paredes de sólidos con las que está en contacto e incrementa con respecto a la profundidad sumergida dentro de un cuerpo. En base a ello analizaremos problemas de superficies planas parcialmente sumergidas, totalmente sumergidas y problemas de superficies curvas. A continuación se presenta un video acerca de las fuerzas de presión hidrostática:
El procedimiento seguido para calcular fuerzas de presión hidrostática se muestra a continuación:
EJEMPLO 3.6
Se muestra un ejemplo donde se calculan varias variables desconocidas en un problema de presión hidrostática , mostrado a continuación:
3.8 FUERZAS HIDROSTÁTICAS SOBRE SUPERFICIES TOTALMENTE SUMERGIDAS
El análisis hidrostático cuando la superficie plana se encuentra totalmente sumergida contempla el uso de toda el área en contacto con el fluido o la proyección de esta.
EJEMPLO 3.7
EJEMPLO 3.8
3.9 TAREA N°4
En el siguiente enlace podrán ingresar a la tarea N°4 relacionada con el tema de Hidrostática. Ingresar aquí:
Posterior a la entrega y evaluación se realizará la retroalimentación de la misma a través del siguiente enlace:
3.10 FUERZAS HIDROSTÁTICAS SOBRE SUPERFICIES PLANAS INCLINADAS
Cuando la superficie plana se encuentra inclinada y totalmente sumergida, la fuerza de presión actúa en sentido perpendicular a la superficie. En base a ello la profundidad a la que se encuentra el centro de gravedad se calcular en sentido inclinado (Ycg se calcula como Lcg) al igual que el centro de presión (Ycp se calcula como Lcp).
EJEMPLO 3.9
EJEMPLO 3.10
EJEMPLO 3.11
3.11 FUERZAS HIDROSTÁTICAS SOBRE SUPERFICIES CURVAS
A continuación se presenta un video que explica los conceptos de cálculo de fuerza de presión hidrostática sobre superficie curva:
El cálculo de la distancia centroidal cuando el fluido está sobre la superficie curva difiere de la condición cuando el fluido está bajo la superficie curva por lo tanto se debe tomar en cuenta está condición al momento del cálculo.
A continuación se presenta un segundo video de ejemplo de fuerza de presión hidrostática sobre superficies curvas:
3.12 EJEMPLO DE FUERZAS HIDROSTÁTICAS SOBRE SUPERFICIE CURVA
Este es un ejemplo donde el fluido en reposo ejerce una presión hidrostática sobre la curva que es cóncava hacia arriba.
3.13 EJEMPLO DE FUERZA HIDROSTÁTICA SOBRE SUPERFICIE CURVA
3.14 FLOTACION - PRINCIPIOS DE ARQUÍMEDES
3.15 EJEMPLO DE FLOTABILIDAD
3.16 EJEMPLO DE FLOTABILIDAD
3.17 EJEMPLO DE FLOTABILIDAD
En el siguiente video podrán observar en una experiencia de laboratorio como varía la presión hidrostática con la profundidad:
La estabilidad de embarcaciones es un fenómeno que se da por la fuerza de empuje que ejerce el agua sobre los cuerpos. Dicho fenómeno se explica con un prototipo a continuación:
3.18 ESTABILIDAD DE CUERPOS FLOTANTES
El criterio de estabilidad se une al criterio de flotabilidad para convertirse en conjunto, en los dos criterios en los que se fundamenta el uso de embarcaciones y cuerpos flotantes en los diferentes campos de la ingeniería. Al estudiar estabilidad de cuerpos flotantes otras variables entran en juego que serán estudiadas a continuación:
3.19 EJEMPLO DE ESTABILIDAD DE CUERPO FLOTANTE
3.20 PARCIAL N°1
El parcial 1 será programado de acuerdo con el cronograma de actividades del curso y la forma como se avance en el mismo. Será confirmado una semana antes de su realización. Abarcará todos los temas desarrollados desde el inicio del curso hasta la sección 3.19. En el archivo adjunto se muestra el enunciado del parcial, las indicaciones generales y la rúbrica de evaluación de cada problema. Para ingresar al enunciado del parcial, ingresar aquí:
La clave del parcial se muestra en el siguiente enlace:
Esta será discutida con los estudiantes para hacer retroalimentación.
MODULO IV: CINEMÁTICA DE FLUIDOS
CONTENIDO MÓDULO IV
4.1 Clasificación de los fluidos
4.1.1 Número de Reynolds
4.1.2 Número de Froude
4.2 Ecuación de Continuidad
4.2.1 Caudal y Velocidad Media
4.3 Ecuación de Energía
4.3.1 Ecuación de Bernoulli
4.4 Impulso Momentum , Cantidad de Movimiento
4.4.1 Fuerza Sobre Codos
4.1 CINEMÁTICA DE FLUIDOS - CLASIFICACIÓN DE LOS FLUJOS
4.2 PARÁMETROS ADIMENSIONALES EN CINEMÁTICA DE FLUIDOS
4.3 INTRODUCCIÓN A CINEMÁTICA DE FLUIDOS
4.3.1 ECUACIÓN DE CONTINUIDAD
4.3.2 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE FLUJOS DE FLUIDOS
El siguiente video muestra una explicación muy concisa de las principales propiedades de los fluidos, los grandes descubrimientos y los principios que rigen sus cálculos:
4.3.3 EJERCICIO RÁPIDO N°4
A continuación se presenta el siguiente ejercicio rápido acerca de los temas relacionados con la introducción a la cinemática de fluidos.Ingrese por el siguiente enlace:
La solución del ejercicio rápido que será discutido en clases se muestra aquí:
4.3.4 CARACTERÍSTICAS DE FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO
4.3.5 ECUACIÓN DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
La ecuación de energía es muy utiliza en hidráulica unidimensional para el cálculo de variables como velocidades de flujo, presiones, energía total, entre otras.
A continuación se muestra un vídeo que explica el principio de Bernoulli y su aplicación como ecuación de conservacion de energía en fluidos ideales dentro de la mecánica de fluidos:
4.3.5.1 EJEMPLO DE ECUACIÓN DE ENERGÍA
4.3.5.2 EJEMPLO DE ECUACIÓN DE ENERGÍA CON VENTURIMETRO
4.3.5.3 EJEMPLO DE ECUACIÓN DE ENERGÍA CON BOMBA
4.3.6 APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE CONTINUIDAD - BOMBAS
4.3.6.1 TIPOS DE BOMBAS
A continuación se presentan unos vídeos de turbomáquinas usadas en hidráulica como las bombas y turbinas.
4.3.6.2 TIPOS DE TURBINAS
4.3.6.2.1 TURBINAS TIPO PELTON
4.3.6.2.2 TURBINAS TIPO FRANCIS
4.3.6.2.3 TURBINAS TIPO KAPLAN
4.3.6.3 PARTES DE UN SISTEMA CON TURBINAS
4.3.6.3.1 TUNEL DE PRESIÓN
4.3.6.3.2 POZO DE OSCILACIÓN
4.3.6.3.3 CUARTO DE MÁQUINAS
4.3.6.3.4 DESCARGA DE SISTEMA
A continuación se muestran unos videos sobre los tipos de turbinas. En ellos hay información teórica de importancia para el estudiante:
4.4 PRINCIPIO DE IMPULSO MOMENTUM
4.5 TAREA N°5
4.6 TUBO DE PITOT Y PIEZÓMETRO
4.6.1 EJEMPLO
4.6.2 EJEMPLO DE ECUACIÓN DE ENERGÍA CON PIEZÓMETRO
4.7 PRINCIPIO DE IMPULSO MOMENTUM
4.7.1 FUERZAS SOBRE CODOS - APLICACIÓN DE IMPULSO MOMENTUM
MODULO V: FLUJO EN TUBERIAS
CONTENIDO MÓDULO V
5.1 Pérdidas por Fricción
5.1 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y PÉRDIDAS MENORES
5.1.1 ECUACIÓN DE DARCY WEISHBACK
5.1.2 ECUACIÓN DE HAZEN WILLIAMS
5.1.3 CÁLCULO DEL FACTOR DE FRICCIÓN - DARCY WEISHBACK
5.1.4 ECUACIÓN DE HAGEN POUSSEVILLE PARA FLUJO LAMINAR
5.1.5 ECUACIONES PARA FLUJO TURBULENTO
5.2 DIAGRAMA DE MOODY
En el siguiente video se muestra la forma como se utiliza el diagrama de Moody:
5.3 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN CONDUCTOS NO CIRCULARES
5.4 PÉRDIDAS MENORES EN ENTRADA DE TUBERÍAS
5.5 PÉRDIDA MENOR EN EXPANSIÓN GRADUAL
5.6 PÉRDIDA MENOR EN EXPANSIÓN SÚBITA
5.7 PÉRDIDA MENOR EN CONTRACCIÓN SÚBITA
5.8 PÉRDIDA MENOR EN CONTRACCIÓN GRADUAL
5.9 PÉRDIDA MENOR EN SALIDA DE TUBERÍA
5.10 COEFICIENTE K DE ACCESORIOS
5.11 PÉRDIDAS MENORES EN CODOS DE 90°
5.12 PÉRDIDAS MENORES EN CODOS DISTINTOS DE 90°
Al igual que los accesorios, toda instalación hidráulica implica la generación de pérdidas menores de energía como se explica a continuación:
5.13 EJERCICIO RÁPIDO N° 5
A continuación se presenta el ejercicio rápido N°4, el cual será realizado según la programación de trabajo accediendo al siguiente enlace:
La solución del ejercicio rápido se encuentra en el siguiente enlace:
5.14 EJEMPLOS DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y PÉRDIDAS MENORES
5.14.1 EJEMPLO DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN USANDO DARCY WEISHBACK
5.14.2 EJEMPLO DE PÉRDIDA POR FRICCIÓN USANDO HAZEN WILLIAMS
5.14.3 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN EXPANSIÓN SÚBITA
5.14.4 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN EXPANSIÓN GRADUAL
5.14.5 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CONTRACCION SÚBITA
5.14.6 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CONTRACCIÓN GRADUAL
5.14.7 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN ENTRADA DE TUBERÍAS
5.14.8 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CODOS DE 90°
5.14.2 EJEMPLO DE PÉRDIDA POR FRICCIÓN USANDO HAZEN WILLIAMS
5.14.3 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN EXPANSIÓN SÚBITA
5.14.4 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN EXPANSIÓN GRADUAL
5.14.5 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CONTRACCION SÚBITA
5.14.6 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CONTRACCIÓN GRADUAL
5.14.7 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN ENTRADA DE TUBERÍAS
5.14.8 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CODOS DE 90°
5.14.9 EJEMPLO DE PÉRDIDAS EN CODOS DE 45°
5.15 EJEMPLO INTEGRADO DE TUBERIAS EN SERIE CON ACCESORIOS Y BOMBA
5.15 EJEMPLO INTEGRADO DE TUBERIAS EN SERIE CON ACCESORIOS Y BOMBA
5. 16 TAREA N°6
A continuación se presenta la tarea N°6 del semestre correspondiente al tema de pérdidas menores y pérdidas por fricción. Ingresar al siguiente enlace:
5.17 PARCIAL N°2
El parcial 2 será programado de acuerdo con el cronograma de actividades del curso y la forma como se avance en el mismo. Será confirmado una semana antes de su realización. Abarcará todos los temas desarrollados desde la sección 3.19 del curso hasta la sección 5.15. En el archivo adjunto se muestra el enunciado del parcial, las indicaciones generales y la rúbrica de evaluación de cada problema. Para ingresar al enunciado del parcial, ingresar aquí:
La clave del parcial se muestra en el siguiente enlace:
Esta será discutida con los estudiantes para hacer retroalimentación.
MODULO VI: FLUJO EN CANALES ABIERTOS
CONTENIDO DEL MÓDULO VI
6.1 Elementos Hidráulicos
6.1.1 Área, Perímetro, y Radio hidráulico
6.2 Flujo Permanente
6.2.1Ecuación de Chezy
6.2.2 Ecuación de Manning
6.3 Mediciones de Flujo en Canales
6.3.1 Vertedero de Pared Delgada
A continuación se presenta un video introductorio sobre el flujo en canales abiertos:
6.1 ELEMENTOS HIDRÁULICOS
A continuación se muestra un video donde se explican los regimenes de flujos en canales abiertos:
6.2 ECUACIÓN DE MANNING
6.2.1 COEFICENTES DE MANNING
6.3 EJEMPLOS FLUJOS PERMANENTE APLICANDO MANNING
A continuación se muestra un video donde se explican los regimenes de flujos en canales abiertos:
6.2 ECUACIÓN DE MANNING
6.2.1 COEFICENTES DE MANNING
6.3 EJEMPLOS FLUJOS PERMANENTE APLICANDO MANNING
6.4 EJERCICIO RÁPIDO N°6
La solución del ejercicio rápido 6 se encuentra disponible aqui:
6.5 DESCARGA DE FLUJOS
__________________________________________________________________________
PARCIAL N°3
El parcial 3 será programado de acuerdo con el cronograma de actividades del curso y la forma como se avance en el mismo. Será un parcial grupal. En el archivo adjunto se muestra el enunciado del parcial, las indicaciones generales y la rúbrica de evaluación. Para ingresar al enunciado del parcial, ingresar aquí:
A continuación se muestran los requisitos, indicaciones sobre la entrega del portafolio estudiantitl. Para tener acceso ingrese aquí:
SEMESTRAL
El examen semestral será individual y se desarrollará el en la fecha indicada por secretaría académica. Ingrese al siguiente enlace:
La clave del examen semestral se muestra a continuación:
________________________________________________
LABORATORIOS
LABORATORIO N°1
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°2
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°3
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°4
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°5
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°6
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°7
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
LABORATORIO N°8
Ingrese al contenido de la experiencia de laboratorio en el siguiente enlace:
Formato de Informes de Laboratorio
1. Presentación
2. Índice General (Título, Subtítulos con números de
páginas, formato de Word)
3. Índice de Tablas e Índice de Figuras (Títulos de
tablas e imágenes con número de página)
4. Introducción (concepto de introducción)
5. Marco Teórico. (usar referencias bibliográficas)
6. Materiales y Equipos (especificaciones)
7. Metodología o Procedimiento. (Redacción Correcta con imagenes, datos de entrada,
formulas, etc.)
8. Resultados de Laboratorio ( deben ser claros, ordenados con sus respectivcas unidades de medidas)
9. Discusión (causas de resultados obtenidos, posibles errores o situaciones que se dieron durante la experiencia)
10. Recomendaciones (aportes o sugerencias para mejorar la experiencias tanto a nivel del grupo, como de la infraestructura disponible)
11. Conclusiones (Inferencias finales)
12. Bibliografía (usar formato APPA)
13. Anexos (en caso de ser necesario)
