Guía didáctica La energía del flujo a superficie libre

La energía del flujo a superficie libre

Fundamentación

La experiencia de aprendizaje titulada «La energía del flujo a superficie libre» ha sido diseñada de manera virtual debido a que desempeña un papel fundamental en el programa educativo de Ingeniería Civil en la mayoría de las universidades públicas y privadas que lo ofertan. Este curso ha sido meticulosamente diseñado para brindar a los estudiantes una comprensión profunda de uno de los conceptos centrales en la ingeniería civil: la energía asociada al flujo de agua en superficie libre como, por ejemplo, los ríos, canales artificiales, conductos de alcantarillado sanitario y pluvial, entre otros. A través de esta experiencia de aprendizaje, los participantes adquirirán conocimientos teóricos y habilidades prácticas y reforzarán las competencias que resultan esenciales para su futuro profesional como ingenieros civiles.

Cuando trabajamos en aspectos relacionados a la hidráulica no podemos dejar de mencionar a los dos grandes ejes básicos que la componen: la hidrostática y la hidrodinámica. En la primera generalmente la relacionamos a flujo a presión, y la segunda la asociamos al flujo a superficie libre, es decir, para que se lleve a cabo el análisis hidrostático partimos del hecho de tomar en cuenta la presión del flujo y en los segundos, la fuerza predominante es la gravedad.

Dentro del flujo a superficie libre es necesario conocer el valor total de la energía que se genera en un fluido en movimiento partiendo del principio de Bernoulli de energía, y en el cual se establece que la energía total que se presenta es igual a la sumatoria de energía cinética y potencial representado por la carga hidrostática del flujo, la carga de velocidad y la posición respecto a nivel de referencia respectivamente. Dentro del mapa curricular de la carrera de Ingeniería civil de la Universidad de Guanajuato, se declaran los contenidos temáticos asociados a la energía específica y al régimen crítico del flujo para poder desarrollar cuestiones propias de diseño y revisión de infraestructura hidráulica que trabaja a superficie libre dentro de la Unidad de Aprendizaje de Hidrodinámica.

Además, el concepto de energía asocia directamente el régimen del flujo que se presenta en una sección transversal del sistema analizado, por lo tanto, su cálculo implica el desarrollo de modelos matemáticos asociados a las características geométricas, a la velocidad del flujo y a la fuerza de gravedad. Implementar estos elementos en la determinación de la cantidad de energía ayuda significativamente en la planeación, diseño y construcción de sistemas hidráulicos que trabajen a superficie libre.

Este curso está diseñado para los alumnos de la carrera de Ingeniería civil que requieran de un repaso teórico y práctico de los conceptos de energía total, de energía específica, del régimen crítico del flujo y de la transición, por lo cual, reforzará los conocimientos adquiridos en la UDA antes mencionada y será de apoyo para la comprensión de los elementos necesarios de diseño y revisión de infraestructura hidráulica que trabaje a superficie libre.

Competencia general

Identificar y cuantificar la energía generada en diversas secciones transversales de sistemas hidráulicos que trabajan a superficie libre, mediante una comprensión conceptual sólida de la ecuación de Bernoulli, la aplicación de procedimientos de estimación adecuados y la promoción de una actitud analítica y crítica hacia el tema.

Contenidos temáticos

1. Conceptos de energía total y específica.
2. Cálculo de la energía del flujo a superficie libre
3. Determinación del régimen crítico del flujo
4. Transición del flujo

Metodología del trabajo

Para el trabajo a distancia mediante la plataforma de educación se deberá considerar lo siguiente:

• Materiales: se encontrarán en el ambiente digital de aprendizaje referencia a lecturas, presentaciones, vídeos y otros recursos didácticos complementarios.
• Interacción en plataforma: se podrán utilizar herramientas de comunicación como foros digitales para el análisis de las temáticas planteadas, chat, blogs educativos, participación en podcast, entre otros.
• Actividades: se establecerán diversas lecturas y consignas para elaborar a distancia, en cada clase se realizarán actividades de reflexión, aplicación, resolución de problemas, entre otros.
• Seguimiento del participante: el seguimiento será constante mediante la retroalimentación de las consignas, la resolución de dudas mediante correo electrónico o chat, con el objetivo de acompañar y sostener el aprendizaje.

Criterios de evaluación

Los criterios de evaluación planteados para esta unidad de aprendizaje serán los siguientes:

• Claridad en la expresión individual evitando sobre y malos entendidos.
• Se observará el nivel de pertinencia del participante, sus posibilidades para aportar conceptos, dudas y comentarios respetando el punto de vista de los demás participantes.
• Se prestará especial interés al nivel de disposición a las consignas sugeridas y compromiso con el aprendizaje.
• La evaluación mantendrá un enfoque holístico que involucre lo cuantitativo y cualitativo.
• La evaluación mantendrá un enfoque holístico que involucre lo cuantitativo y cualitativo.
• El 100% de la calificación se basará: en el desempeño individual y grupal, en los productos entregables y las pruebas de conocimiento planteadas.

Para aprobar es necesario cumplir en tiempo y forma los siguientes requisitos durante el desarrollo de la unidad de aprendizaje:

• Lectura reflexiva del material didáctico propuesto cada semana en cada unidad (10%).
• Participación activa y pertinente en las actividades que así lo requiera (20%).
• Entrega de las consignas sugeridas semanalmente (40%).
• Resolución obligatoria de las pruebas teóricas (30%).

Es necesario cumplir con al menos el 70% de la calificación de los requisitos enlistados anteriormente.

Fuentes de información

Básica:

• Armijos, P. G. (2018). Diseño de canales abiertos (Vol. 43). 3Ciencias.
• Chow, V. T. (1994). Hidráulica de canales abiertos. McGraw-Hill.
• Sotelo Ávila, G. (2002). Hidráulica de canales.

Complementaria:

• https://www.researchgate.net/profile/Lissett-Fernandez/publication/308857941_Evaluacion_de_las_tesis_de_pregrado_de_la_Escuela_de_Medicina_de_la_Universidad_Privada_Antenor_Orrego/links/57f3af3708ae280dd0b7277c/Evaluacion-de-las-tesis-de-pregrado-de-la-Escuela-de-Medicina-de-la-Universidad-Privada-Antenor-Orrego.pdf#page=13
• https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=3gqME66cnhwC&oi=fnd&pg=PA2&dq=energ%C3%ADa+espec%C3%ADfica+hidraulica&ots=DhEFgUy_b-&sig=ukwUze9BAYFuB2SC1oGygEyH2QY#v=onepage&q=energ%C3%ADa%20espec%C3%ADfica%20hidraulica&f=false
• Ejercicio 1 Energía Específica.mp4
• Ejercicio 2 Energia Específica.mp4
• Ejercicio 4 Energía Específica.mp4

Créditos