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• tarazona levano

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN ENERGÍA I.

DATOS GENERALES 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10.

II.

Asignatura Código Condición Requisito N° de Horas de Clase N° de Créditos Ciclo Semestre Académico Duración Docente

: Máquinas Hidráulicas : E0737 : Obligatorio : Cálculo Numérico y Computacional / Mecánica de Fluidos II : HT: 03; HP: 02 :4 : VII : 2019-B : 17 semanas : Ing. Huaman Alfaro Juan Carlos [email protected]

SUMILLA La asignatura pertenece al módulo curricular de estudios de especialidad, es de carácter obligatorio, siendo de naturaleza teóricopráctico y tiene como propósito desarrollar las bases mínimas necesarias para comprender el funcionamiento de las turbomáquinas. Analizar las características de cada tipo de máquinas para optar por la más adecuada para el problema en mención. Diseñar adecuadamente la máquina para obtener la mayor eficiencia y al menor costo posible. La asignatura está organizada en cuatro unidades de aprendizaje: Unidad I: Cinemática del flujo en las turbomáquinas. Criterios de semejanza en turbomáquinas. Transferencia de energía en las turbomáquinas. Unidad II: Rotores de Flujo Radial. Elementos Estáticos. Unidad III: Degradación de Energía de turbomáquinas. Curvas características de las turbomáquinas. Cavitación en turbomáquinas. Unidad IV: Turbinas hidráulicas. Máquinas de desplazamiento positivo.

III.

COMPETENCIA DE LA ASIGNATURA COMPETENCIAS GENERALES Es un profesional, creativo, innovador, con responsabilidad social, con formación académica sólida. En conocimientos de ciencias y tecnología aplicados a la investigación científica al ahorro y uso eficiente y racional de las fuentes de energía convencionales y no convencionales, con seguimiento, monitoreo y control que integradamente hacen posible la conservación y preservación de nuestros Recursos Energéticos. COMPETENCIAS DE LA ASIGNATURA Contribuir al desarrollo profesional en el campo de las Maquinas Hidráulicas, en el principio de funcionamiento y la adecuada selección de turbomáquinas hidráulicas, de acuerdo a las características de requerimiento, así como de entender el fenómeno que gobierna a las turbomáquinas hidráulicas y los conceptos de ingeniería para su diseño. COMPETENCIAS ESPECÍFICAS, CAPACIDADES Y ACTITUDES COMPETENCIAS Función de cada elemento de las turbomáquinas.

CAPACIDADES Identifica y explica la función de cada elemento de las turbomáquinas

Problemas relativos a los conceptos fundamentales de las turbomáquinas. Características de los rotores radiales.

Resuelve problemas relativos a altura útil, potencia cinemática del flujo de una turbomáquina y cifras características de una turbomáquina. Explica las características de los rotores radiales

Problemas relativos a la transferencia de energía

Resuelve problemas relativos a la transferencia de energía.

Rotores de flujo radial

Calcula y diseña rotores de flujo radial.

Elementos estáticos

Identifica los elementos estáticos de una turbomáquina.

Degradación de energía en turbomáquinas

Conoce el concepto y resuelve problemas relativos a la degradación de energía en turbomáquinas

ACTITUDES Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN ENERGÍA Curvas características y cavitación Turbinas hidráulicas y máquinas de desplazamiento positivo

IV.

Conoce el concepto de Curvas Características y de Cavitación de una turbomáquina. Identifica las turbinas hidráulicas y sus partes, así como las máquinas de desplazamiento positivos.

Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones Asiste y muestra interés por los temas tratados en clase, realizando intervenciones durante las sesiones

PROGRAMACIÓN POR UNIDADES DE APRENDIZAJE

UNIDAD N° 1: Introducción, Cinemática del Flujo, semejanza y transferencia de energía en turbomáquinas DURACIÓN : 1ra, 2da, 3ra y 4ta Semana FECHA DE INICIO : 12-08-2019

CAPACIDADES DE LA UNIDAD

CE-A CI - F

SEM

1

CONTENIDO CONCEPTUAL Máquinas de desplazamiento positivo. Conformación y elementos de las turbomáquinas. Clasificación y principio de funcionamiento. Altura efectiva y potencia de una turbomáquina.

FECHA DE TERMINO: 06-09-2019 Identificar y explicar la función de cada elemento de las Turbomáquinas, resolver problemas relativos a altura útil, potencia, cinemática del flujo, cifras características y transferencia de energía en una turbomáquina. Argumenta los conceptos y plantea problemas de las Maquinas Hidráulicas. CONTENIDO PROCEDIMENTAL

Se explica la diferencia entre las turbomáquinas y las máquinas de desplazamiento positivo y sus principios de funcionamiento

CONTENIDO ACTITUDINAL

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clase. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a las intervenciones de los demás.

INDICADORES Identifica y explica la función de cada elemento de las Turbomáquinas - Resuelve problemas relativos a los conceptos fundamentales de las Turbomáquinas. Resuelve problemas relacionados con altura y potencia de una turbomáquina.

Organización y distribución de los proyectos de Investigación.

2

Cinemática del flujo en turbomáquinas nomenclatura y geometría del rotor y estator. Diagrama de velocidades en rotores radiales y axiales.

3

4

Criterios de semejanza, Análisis dimensional y cifras características en turbomáquina.

Análisis aerotermodinámica del fluido en una etapa de la turbomáquina. Ecuación teórica de Euler de las turbomáquina.

Se conoce y se resuelve problemas relativos a la cinemática del flujo en una turbomáquina utilizando los triángulos de velocidades.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clase. Asistencia puntual a clases , respeto y tolerancia a las intervenciones de los demás.

Explica la cinemática del flujo en una turbomáquina Resuelve problemas aplicando los triángulos de velocidades.

Se conocen los criterios de semejanza en turbomáquina. Se conoce y se explica las cifras características. Se resuelven problemas de semejanza utilizando las cifras características.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clase. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a las intervenciones de los demás.

Explica los criterios de semejanza en turbomáquina. Resuelve problemas de semejanza utilizando las cifras características.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Analiza y explica la aplicación de la primera ley en la etapa de una turbomáquina. Resuelve problemas relativos a la transferencia de energía utilizando la ecuación teórica de Euler.

Se analiza y se explica el uso de la primera ley de la termodinámica en una etapa dela turbomáquina. Se conoce la aplicación de la ecuación teórica de Euler en el cálculo de la transferencia de energía.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN ENERGÍA UNIDAD N° 2: Rotores de Flujo Radial. DURACIÓN : 5ta, 6ta, 7ma y 8va Semana FECHA DE INICIO : 09-09-2019

CAPACIDADES DE LA UNIDAD

FECHA DE TERMINO: 04-10-2019 Explica las características de los rotores radiales, desarrolla y explica la ecuación de flujo de una turbomáquina radial, explica el grado de reacción y su relación con la geometría de los alabes de un rotor radial, explica el efecto del espesor del alabe y el efecto del número finito de alabes,Calcula y diseña rotores de flujo radial. Argumenta los conceptos y plantea problemas respecto a la turbina radial de las Maquinas Hidráulicas.

CE-A

CI - F

SEM

CONTENIDO CONCEPTUAL

CONTENIDO PROCEDIMENTAL

5

Ecuación de flujo de una turbomáquina.

Se conoce y resuelve problemas relativos al cálculo del caudal en una turbomáquina.

Rotores de flujo radial.

6

Grado de reacción y geometría de los alabes de un rotor radial. Efecto del espesor de alabe

CONTENIDO ACTITUDINAL Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

INDICADORES

Resuelve problemas relativos al cálculo del caudal en una turbomáquina de flujo radial y axial.

Se conoce y explica las características de los rotores de flujo radial, el concepto de grado de reacción de una turbomáquina y su relación con la geometría de los alabes de un rotor radial. Se explica el efecto del espesor del alabe en el cálculo del caudal en un rotor radial.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Explica y resuelve problemas relativos al grado de reacción, diferenciando los diferentes casos de diseño en función del grado de reacción, aplicando la corrección por efecto del espesor del alabe en rotores radiales.

Se explica el fenómeno de vórtice en relación al número finito de alabes, y su efecto en la cinemática, la transferencia de energía y el cálculo y diseño de rotores radiales. Se resuelven problemas de transferencia de energía, realizando la corrección de la ecuación teórica de Euler.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Explica el fenómeno de vórtice y su relación con el número de alabes en un rotor radial. Calcula y diseña rotores de flujo radial. Conoce los parámetros para optimizar el número de alabes de rotores radiales. Resuelve

1ra Practica calificada Efecto del número finito de alabes en la cinemática y en la transferencia de energía en el rotor radial. 7

Numero óptimo de alabes. Cálculo y diseño de rotores radiales. Avance de trabajos investigación formativa

de

Avance de los proyectos de Investigación y exámenes parciales

8

UNIDAD N° 3: Elementos estáticos, Degradación de Energía de turbomáquinas. Curvas características de las turbomáquinas. DURACIÓN : 9na, 10ma, 11ava y 12ava Semana FECHA DE INICIO : 07-10-2019

CAPACIDADES DE LA UNIDAD

CE-A

CI - F

FECHA DE TERMINO: 01-11-2019 Conoce el concepto relativos a la Degradación de energía, de las curvas características de una turbomáquina, conoce las relaciones de transformación de los parámetros de una bomba e identifica el punto de operación de una bomba en un sistema de bombeo. Conoce los métodos de regulación en bombas y la asociación de ellas en serie y en paralelo, así como los ensayos a realizar en una turbina hidráulica para la obtención de sus curvas características, diagramas topográficos y velocidad de embalamiento. Argumenta los conceptos y plantea problemas respecto a la degradación de Energía, Curvas características y Cavitación en turbomáquinas.

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SEM

9

CONTENIDO CONCEPTUAL

CONTENIDO PROCEDIMENTAL

Elementos estáticos: Difusores. Toberas. Carcasa. Tubo de succión.

Se conoce el concepto de elementos estáticos de una turbomaquina, así como la diferencia de cada uno de ellos y su aplicación.

Degradación de energía en turbomáquina.

10

Perdidas externas.

internas

y

Balance energético de una turbomáquina. Eficiencias. Curvas características de una turbomáquina.

11

Predicción analítica de la curva altura-caudal de una bomba. Ensayo de bombas y determinación de las curvas características.

Diagramas topográficos o conchoide. Relaciones de transformación de parámetros de bombas. Punto de operación de una instalación de bombeo. 12

Métodos de regulación de bombas. Bombas en serie y paralelo. Ensayo de turbinas hidráulicas y determinación de las curvas características. Diagramas topográficos. Velocidad de embalamiento.

Se conoce el concepto de pérdidas y la diferencia que existe entre las perdidas internas y externas de una turbomáquina. Se conoce y explica el diagrama de balance de energía, así como la eficiencia y los tipos de eficiencia en una turbomáquina. Se resuelve problemas relativos a perdidas y eficiencias de una turbomáquina. Se conoce y explica las diferentes curvas características de una bomba hidráulica. Se conoce y explica la predicción analítica de la curva altura –caudal de una bomba hidráulica. Se analiza y explica el ensayo de bombas y la obtención de las curvas características a partir de la obtención de los diferentes parámetros de ensayo. Se resuelven problemas relacionados al ensayo de bombas y turbinas. Se conoce y explica el concepto de diagrama topográfico de una turbomáquina. Se conoce y explica las relaciones de transformación de parámetros de bombas. Se conoce y explica el concepto de punto de operación de una bomba en un sistema de bombeo. Se conoce y explica los diferentes métodos de regulación de caudal, en sistemas de bombeo. Se conoce y explica las diferentes formas de asociación de bombas. Se conoce y explica los diferentes métodos de ensayo de turbinas hidráulicas y la obtención de sus curvas características. Se conoce y explica el concepto de velocidad de embalamiento en turbinas hidráulicas. Se resuelven problemas relacionados con la regulación, asociación y selección de bombas para un sistema de bombeo, utilizando las curvas características.

CONTENIDO ACTITUDINAL Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

INDICADORES

Conoce y explica los diferentes elementos estáticos de una turbomáquina y sus aplicaciones.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Conoce y explica el concepto de pérdidas y eficiencias de una turbomáquina. Conoce y explica el diagrama de balance de energía de una turbomáquina (diagrama Sankey). Resuelve problemas relacionados con pérdidas y eficiencias.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Conoce y explica el concepto de curvas característica de turbomáquina y su aplicación. Conoce y explica cómo realizar la predicción teórica de la curva altura-caudal. Conoce y explica la obtención de las curvas características a partir de ensayos de laboratorio. Resuelve problemas relacionados al ensayo de bombas y turbinas hidráulicas.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Conoce y explica el concepto de diagrama topográfico de una turbomáquina. Conoce y explica las diferentes relaciones de transformación de los parámetros de bombas. Conoce y explica el significado de punto de operación de una bomba en un sistema de bombeo. Conoce y explica los diferentes métodos de regulación de caudal. Conoce y explica las diferentes formas de asociación de bombas (serie, paralelo, mixto). Conoce y explica los diferentes métodos de ensayos de turbinas hidráulicas y como obtener sus curvas características. Conoce y explica el concepto de velocidad de embalamiento en turbinas hidráulicas. Resuelve problemas relacionado con la regulación, asociación y selección de bombas utilizando las curvas características.

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UNIDAD N° 4: Cavitación. Turbinas hidráulicas y máquinas de desplazamiento positivo. DURACIÓN : 13ava, 14ava, 15ava, 16ava y 17ava FECHA DE INICIO : 04-11-2019

CAPACIDADES DE LA UNIDAD

CE-A

FECHA DE TERMINO: 06-12-2019 Conoce el concepto del fenómeno de cavitación y la altura de succión, que ocurre en una bomba y en una turbina hidráulica, así como el concepto de NPSH en bombas hidráulicas. Identifica las Turbinas Hidráulicas y sus partes, así como las máquinas de desplazamiento positivo. Argumenta los conceptos y plantea problemas respecto a las Turbinas hidráulicas y máquinas de desplazamiento positivo.

CI - F

SEM

13

CONTENIDO CONCEPTUAL

CONTENIDO PROCEDIMENTAL

Cavitación en turbomáquina hidráulicas. Altura de succión. Depresión dinámica critica. N.P.S.H. en bombas. NPSH disponible y requerido.

Se conoce y explica el fenómeno de cavitación y su efecto en bombas y turbinas hidráulicas. Se conoce y explica la altura de succión y su efecto en el riesgo de cavitación. Se conoce y explica el concepto de NPSH, el disponible y el requerido. Se resuelven problemas de cavitación en bombas y turbinas.

CONTENIDO ACTITUDINAL

INDICADORES

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Conoce y explica el fenómeno de cavitación y sus efectos en bombas y turbinas. Conoce y explica el concepto de altura de succión y su efecto en el riesgo de cavitación. Conoce y explica el concepto de NPSH, diferenciando entre el disponible y el requerido. Resuelve problemas de cavitación en bombas y turbinas.

Se interesa por los temas tratados interviniendo en clases. Asistencia puntual a clases, respeto y tolerancia a Las intervenciones de los demás.

Selecciona una turbina hidráulica utilizando las curvas características. Conoce y diferencia los diferentes tipos de turbinas hidráulicas. Resuelve problemas de aplicación relativos a turbinas hidráulicas utilizando los diferentes parámetros de requerimiento. Conoce los diferentes tipos de máquinas de desplazamiento positivo, explicando sus características constructivas y de operación.

2da Practica calificada Turbinas hidráulicas: Turbinas Pelton, Turbinas Francis, Turbinas Kaplan, Turbinas Michell-Banki, turbinas Turbo. Máquinas de desplazamiento positivo. Clasificación y tipos

14

Se conoce los conceptos generales de una turbina hidráulica, sus partes y clasificación Se resuelven problemas relativos a la aplicación de las turbinas hidráulicas según los parámetros de requerimiento. Se conoce el concepto de las máquinas de desplazamiento positivo, sus partes y clasificación

15

Recepción del trabajo de Investigación.

16

Examen final

17

Selección de los dos mejores trabajo de Investigación y Examen sustitutorio

V. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Esta asignatura se desarrollará en la modalidad de teoría y práctica en aula aplicando las metodologías activas que fomenten la discusión crítica y el planteamiento de criterios personales respecto a los temas tratados. Las experiencias de aprendizajes se desarrollarán orientadas por los siguientes métodos activos: a. b. c.

Seminario-Taller Discusión en pequeños grupos Exposición de trabajos

VI. MATERIALES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDÁCTICOS    

El desarrollo de las unidades se hará con uso de un libro base. Los materiales educativos interactivos: MS Windows XP. MS Office 2007 Los materiales educativos para la exposición: MS PowerPoint Los materiales de enseñanza: un CD con todos los slides presentados en la asignatura.

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VIII. EVALUACIÓN El aprendizaje se evalúa antes, durante y al finalizar el proceso. Los criterios técnicos generales, para la evaluación del aprendizaje por competencias a considerar son:     

EP = Examen parcial escrito del programa silábico. EF = Examen final escrito restante del silabo. PPTD = Promedio de prácticas y trabajos domiciliarios. TI = Trabajos de investigación en sus diferentes niveles. PAA = Participación activa en aula.

PONDERACIÓN (%) 30 30 15 15 10

Para efectos de calcular el resultado final de la evaluación de la asignatura, se utiliza la siguiente fórmula: N.F = EP (0.3) + EF (0.3) + PPTD (0.15) + TI (0.15) + PAA (0.10) Dónde: N.F = Nota Final La escala de calificación es de cero (o) a veinte (20), siendo la nota mínima aprobatoria de 10.5 que equivale a once (11) y que debe ser registrado en el Acta Final. El examen sustitutorio reemplaza la nota más baja del examen parcial o examen final. Art. 62 del Reglamento General de Estudios 2017. La asistencia a clases teóricas y prácticas de los estudiantes de pregrado es obligatoria…El estudiante de pregrado, que al final del periodo académico excede el 30% de inasistencias, sobre el total de horas de clases programadas, será desaprobado en la asignatura.

VIII. BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA BÁSICA 

PFLEIDERER, “Bombas Centrífugas y Turbocompresores”, Labor, Barcelona, 1960.



FUCHSLOCHER-SCHULTZ, “Bombas”, Labor, Barcelona, 1964.



MATAIX, “Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas”, Alfa omega, Bogotá, 2007.



POLO ENCINAS, “Turbomáquinas Hidráulicas”, Limusa, México, 1975.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA 

F.M. GOLDEN, L. BATRES, V.G. TERRONES, “Termofluidos, Turbomáquinas y Máquinas Térmicas”, CECSA, México, 1991.



José Agüera Soriano “Mecánica de Fluidos incomprensibles y Maquinas Hidráulicas” Ciencias, 2001.



Fernando Diez Pedro “Bombas Centrifugas y Volumétricas” Dpto. de Ingeniería Eléctrica y Energética, Universidad de Cantabria – España, 2003.



Arriaga Valverde Jaime, Balbastre Peralta Iván, Gonzales Altozano Pablo “Ingeniería Rural Hidráulica” Universidad Politécnica de Valencia – España, 2002.



García Tapia Nicolás “Ingeniería Fluidomecánica”, Universidad de Valladolid – España, 2002.

Bellavista, Agosto del 2019