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| NOMBRE DE LA ASIGNATURA |
MICROHIDRODINÁMICA |
| CÓDIGO |
21580119 |
| CURSO ACADÉMICO |
2023/2024 |
| TÍTULOS DE MASTER EN QUE SE IMPARTE |
MÁSTER UNIVERSITARIO EN FÍSICA AVANZADA
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| TIPO |
CONTENIDOS |
| Nº ECTS |
6 |
| HORAS |
150 |
| PERIODO |
SEMESTRE 2
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| IDIOMAS EN QUE SE IMPARTE |
CASTELLANO |
La asignatura Microhidrodinámica es una asignatura optativa del segundo semestre del Máster de Física Avanzada impartido por la Facultad de Ciencias de la UNED.
El movimiento de fluidos en volúmenes pequeños o alrededor de objetos de reducidas dimensiones, en torno a la micra, tiene unas características especiales que lo sigularizan como una parte diferenciada de la mecánica de fluidos. En esta asignatura se pretende:
- Proporcionar a los alumnos las herramientas adecuadas para que, partiendo de una formación básica en mecánica de fluidos, adquieran los conocimientos necesarios para describir el movimiento lento de fluidos, así como su movimiento en capas delgadas.
- Aplicar estos conocimientos básicos al estudio del diferentes configuraciones de interés científico y tecnológico donde concurre una u otra situación.
Además de los objetivos específicos de la asignatura, el estudiante deberá, durante la preparación de la asignatura, desarrollar las habilidades y actitudes generales:
- Trabajar de forma autónoma.
- Utilizar las nuevas tecnologías de información y comunicación (TIC) con sentido crítico.
- Familiarizarse con las principales fuentes de información que le permitan encontrar, seleccionar y entender la información.
- Resolver problemas mediante la aplicación integrada de los conocimientos aprendidos.
- Deducir conclusiones lógicas y elaborar hipótesis razonables susceptibles de evaluación.
así como otros objetivos de carácter más genérico:
- Poseer y comprender tanto los conocimientos básicos como los más avanzados necesarios para un desarrollo científico y profesional en el campo de la Microhidrodinámica, bien en el área de la investigación, o bien en sus aplicaciones industriales y tecnológicas.
- Saber aplicar los conocimientos adquiridos de Microhidrodinámica a los procesos en los que esta disciplina está directa o indirectamente involucrada en Tecnologías aplicadas a la Ingeniería y/o a la Biología.
- Saber integrar los distintos métodos científicos relacionados con este campo para poder desarrollar labores en el entorno profesional, en la industria y en la investigación.
- Poder comunicar los resultados de sus trabajos a las comunidades especializadas.
El carácter de esta asignatura es optativo de 6 créditos ECTS.
Para poder abordar el estudio del temario de la asignatura se requiere tener conocimientos previos de Mecánica de Fluidos y Termodinámica. Familiaridad con la resolución de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales en coordenadas curvilíneas y con los métodos usuales de aproximación.
Por otra parte, para esta asignatura se requieren también unos conocimientos básicos de inglés científico, dado que la bibliografía complementaria se halla en ese idioma. Además, se requerirá que el alumno sea capaz de analizar artículos científicos e información técnica que se encuentran, generalmente, en inglés.
Para todas las actividades de tutorización y seguimiento de esta asignatura, los alumnos deben dirigirse directamente a los profesores responsables de la Sede Central.
Se recomienda que las dudas y comentarios de los alumnos se remitan a través del Foro de la asignatura en la plataforma aLF para que de esa forma las respuestas sean también útiles a otros alumnos. La comunicación por correo electrónico con los profesores se debería limitar al envío de material que fuera necesario, a situaciones en las que la plataforma no esté operativa o cualquier otra contingencia.
Las consultas por correo, teléfono o e-mail, pueden realizarse de la forma que se indica a continuación.
Postales:
Prof. Pedro Luis García Ybarra
UNED - Facultad de Ciencias
Departamento de Física Matemática y de Fluidos
Apdo. 60141
28080 Madrid
Presenciales:
UNED - Facultad de Ciencias
Depto. Física Matemática y de Fluidos
Av. Esparta s/n. Ctra. Las Rozas a El Escorial km. 5
28232 Las Rozas (Madrid)
D. Pedro Luis García Ybarra
Despacho 1.21
Tel.: 913986743
D. Jose Luis Castillo Gimeno
Despacho 1.21
Tel.: 913987122
D. Santiago Martín Fernández
Despacho 0.05
Tlf.: 91 398 7138 / 8282
Horario de Atención: lunes y martes de 11:00 a 13:00.
Se aconseja a los alumnos que realicen sus consultas durante el horario designado, cuando podrán contactar fácilmente con los profesores. Si desean hacer una consulta en el despacho y no pueden en este horario, llamen antes por teléfono o utilicen el correo electrónico (pgybarra@ccia.uned.es) para concertar una cita en otro momento.
COMPETENCIAS
COMPETENCIAS BÁSICAS
CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio
CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
COMPETENCIAS GENERALES
CG1 - Comprender conceptos avanzados de Física y demostrar, en un contexto de investigación científica altamente especializada, una relación detallada y fundamentada entre los aspectos teóricos y prácticos y la metodología empleada en este campo.
CG4 - Utilizar bibliografía y fuentes de información especializada, propias del ámbito de conocimiento de la física, manejando lasprincipales bases de datos de recursos científicos.
CG5 - Poseer la capacidad para el desarrollo de una aptitud crítica ante el aprendizaje que le lleve a plantearse nuevos problemas desde perspectivas no convencionales.
CG7 - Adquirir los conocimientos necesarios en Física Avanzada para incorporarse a un grupo de investigación o a empresas.
COMPETENCIAS ESPECÍFICAS
CE1 - Conocer y comprender los elementos más relevantes de la física teórica, computacional y de fluidos actual. Profundizar en la comprensión de las teorías que se encuentran en la frontera de estos temas, incluyendo su estructura matemática, su confrontación con resultados experimentales, y la descripción de los fenómenos físicos que dichas teorías explican.
CE3 - Modelizar sistemas de alto grado de complejidad. Identificar variables y parámetros relevantes y realizar aproximaciones que simplifiquen el problema. Construir modelos físicos que describan y expliquen situaciones en ámbitos diversos.
CE5 - Analizar una Situación compleja extrayendo cuales son las cantidades físicas relevantes y ser capaz de reducirla a un modelo parametrizado.
- Conocer de forma básica los fundamentos de la microfluídica en general.
- Conocer y saber aplicar las técnicas y métodos de la Mecánica de Fluidos para el estudio de las propiedades de transporte de micropartículas y de fluidos en conductos y volúmenes pequeños.
- Saber diferenciar los efectos hidrodinámicos más importantes en el transporte de micropartículas en función de sus propiedades físicas.
- Conocer los fundamentos del movimiento de fluidos en capas delgadas y medios porosos.
INTRODUCCIÓN A LA MICOHIDRODINÁMICA
Relevancia de la microhidrodinámica en su conexión con diferentes aspectos de otras ramas del conocimiento científico y tecnológico: física, química, biotecnología, ..., caracterizados por el desarrollo de flujos de fluidos en pequeños volúmenes y/o pequeñas velocidades.
1. FLUJO DE UN FLUIDO CON VISCOSIDAD
Se repasan, de forma resumida, los necesarios conocimientos previos relativos al movimiento de fluidos incompresibles con viscosidad.
2. FLUJOS A BAJOS NÚMEROS DE REYNOLDS
Se deducen y analizan las ecuaciones que gobiernan el movimiento lento de fluidos, así como las propiedades de sus soluciones y las fuerzas ejercidas sobre cuerpos sólidos.
3. FLUJO ALREDEDOR DE UNA ESFERA EN MOVIMIENTO
Se describe el campo fluido en torno a una esfera en movimiento y se calcula la fuerza ejercida por el fluido sobre ella.
4. EFECTOS DE INERCIA
Se pone de manifiesto el fallo de la solución puramente viscosa en la región lejana de la esfera y se introduce la aproximación de Oseen.
5. SUSPENSIONES
Se estudia el comportamiento colectivo de un gran conjunto de partículas suspendidas en un fluido.
6. FLUJO A TRAVÉS DE UN MEDIO POROSO
Se describen la características de un medio poroso y se analizan las ecuaciones que gobiernan el movimiento de los fluidos en estos medios.
7. FLUJOS EN CAPAS DELGADAS
Se analizan las condiciones en las que los movimientos en capas delgadas pueden describirse con ecuaciones simplificadas, así como los efectos capilares debidos a superficies libres.
8. SOLUCIONES SINGULARES DE LAS ECUACIONES DE STOKES
Se describen los flujos generados por fuerzas puntuales y dipolos.
9. DESARROLLO MULTIPOLAR DE LAS SOLUCIONES
Se analizan las interacciones hidrodinámicas entre partículas puntuales.
10. NANOFLUIDODINÁMICA
Se introduce el tema de flujos de fluidos en torno a objetos nanométricos
La metodología de la asignatura está basada en la enseñanza a distancia, con tutorías virtuales a cargo del equipo docente del Máster, a través de herramientas didácticas de enseñanza virtual. Para ello se utilizará la plataforma virtual de la UNED, creándose un aula virtual que tendrá por objeto realizar la evaluación continua del estudiante, en la que tendrá acceso al material didáctico, a bibliotecas virtuales y foros, enviará los trabajos y se comunicará con los profesores. La modalidad virtual de aprendizaje es una forma de aprendizaje flexible que se adapta a la disponibilidad de cada estudiante, permitiendo compaginar estudios con trabajo o cualquier otra actividad.
Para cubrir la mayor parte del temario de la asignatura, los profesores ponen a disposición de los alumnos unos apuntes como material de estudio. Los alumnos matriculados podrán obtener estos apuntes, a través de las páginas virtuales de la asignatura en la UNED, como un conjunto de archivos (en formato pdf de Acrobat) que pueden descargarse desde esta plataforma al ordenador del alumno o bien, se enviarán por correo ordinario a quien así lo solicite. El material se proporciona para uso exclusivo por los alumnos de esta asignatura y no puede ser distribuido, ni insertado en otras páginas web, sin permiso de los autores.
TIPO DE PRUEBA PRESENCIAL
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| Tipo de examen |
| Tipo de examen |
No hay prueba presencial |
| PRUEBAS DE EVALUACIÓN CONTINUA (PEC) |
PRUEBAS DE EVALUACIÓN CONTINUA (PEC)
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| ¿Hay PEC? |
| ¿Hay PEC? |
Si,PEC no presencial |
| Descripción |
| Descripción |
La prueba de evaluación calificable consistirá en un test de 10 preguntas con cuatro respuestas posibles de las que sólo una será correcta.
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| Criterios de evaluación |
| Criterios de evaluación |
Cada respuesta correcta sumará 1 punto, cada respuesta incorrecta restará 0,25 puntos, las preguntas dejadas en blanco no puntuarán. La calificación de la prueba será la suma algebraica de los puntos obtenidos, pudiendose obtener una nota máxima de 10.
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| Ponderación de la PEC en la nota final |
| Ponderación de la PEC en la nota final |
10/100 |
| Fecha aproximada de entrega |
| Fecha aproximada de entrega |
01/05/2023 |
| Comentarios y observaciones |
| Comentarios y observaciones |
La nota obtenida en la PEC se suma a la del resto de apartados calificables.
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OTRAS ACTIVIDADES EVALUABLES
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| ¿Hay otra/s actividad/es evaluable/s? |
| ¿Hay otra/s actividad/es evaluable/s? |
Si,no presencial |
| Descripción |
| Descripción |
Realización de problemas propuestos en los apuntes de la asignatura.
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| Criterios de evaluación |
| Criterios de evaluación |
Se deberán resolver al menos 2 de los problemas propuestos en los apuntes. Con cada problema resuelto correctamente se obtienen 10 puntos. La calificación final es la suma de las obtenidas en todos los ejercicios, dividida por el número total de problemas resueltos y multiplicado por 5. De esta forma la calificación máxima que puede obtenerse en este apartado es 50.
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| Ponderación en la nota final |
| Ponderación en la nota final |
50/100 |
| Fecha aproximada de entrega |
| Fecha aproximada de entrega |
15/05/2023 |
| Comentarios y observaciones |
| Comentarios y observaciones |
El resultado de este apartado se sumará a las calificacionoes obtenidas en el resto de pruebas y apartados evaluables.
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¿Cómo se obtiene la nota final?
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La nota final se obtiene sumando las calificaciones de las diferentes tareas y dividiendo el resultado total por 10, tanto en junio como en septiembre.
La nota de la PEC se guarda para septiembre. Las demás tareas calificables entregadas en junio puede ser corregidas/completadas por el estudiante para obtener la calificación de septiembre.
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Para cubrir la mayor parte del temario de la asignatura, los profesores ponen a disposición de los alumnos unos apuntes como material de estudio. Los alumnos matriculados podrán obtener estos apuntes, a través de las páginas virtuales de la asignatura en la UNED, como un conjunto de archivos (en formato pdf de Acrobat) que pueden descargarse desde esta plataforma al ordenador del alumno o bien, se enviarán por correo ordinario a quien así lo solicite. El material se proporciona para uso exclusivo por los alumnos de esta asignatura y no puede ser distribuido, ni insertado en otras páginas web, sin permiso de los autores.
Los apartados del temario que no están cubiertos por estos apuntes podrán encontrarse en la bibliografía indicada a continuación, pero no serán objeto de examen.
Gran parte del temario puede encontrarse en el Capítulo 8 del libro clásico:
- E. Guyon, J.-P. Hulin, L. Petit y C.D. Mitescu. Physical Hydrodynamics, 2nd Edn. Oxford University Press, Oxford, 2015. ISBN-13: 9780198702443.
El tema de flujos en capas delgadas, entre otros, se encuentra en el Capítulo 7 de:
- D.J. Acheson. Elementary Fluid Dynamics. Clarendon Press, Oxford, 1990. ISBN: 0-19-859679-0.
La descripción de soluciones singulares se puede ver en el Capítulo 2 de:
- M.D. Graham. Microhydrodynamics, Brownian Motion, and Complex Fluids. Cambridge University Press, Cambridge, 2018. ISBN: 978-1-107-69593-1.
Para el tema de nanofluídica pueden consultarse el libro y las publicaciones:
- B.J. Kirby. Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge, 2010. ISBN: 978-1-107-61720-9.
- M-C. Audry, A. Piednoir, P. Joseph “Amplification of electro-osmotic flows by wall slippage: direct measurements on OTS-surfaces” Faraday Discussions 146 (2010) 113-124.
- N. Kavokine, R. R. Netz, L. Bocquet “Fluids at the Nanoscale: From Continuum to Subcontinuum Transport” Annual Review of Fluid Mechanics 53 (2021) 377–410.
- E. Lauga, M. P. Brenner, H. A. Stone “Microfluidics: The No-Slip Boundary Condition” Handbook of Experimental Fluid Dynamics, Springer, C. Tropea, A. Yarin, J.F. Foss (Eds.) 2007, Chapter 19, pp. 1219 – 1240.
- N.J. McCormick "Gas-surface accomodation coefficients from viscous slip and temperature jump coefficients" Physics of Fluids 17 (2005) 107104.
- F. Sharipov "Data on the Velocity Slip and Temperature Jump on a Gas-Solid Interface" J. Phys. Chem. Ref. Data 40 (2011) 023101.
Se indica a continuación una serie de libros que recogen algunos apartados del temario, pero que no son imprescindibles para preparar la asignatura. Los libros indicados se reseñan como referencia general.
Son libros sobre Mecánica de Fluidos en general de uso habitual en las escuelas españolas de ingeniería y en los que pueden encontrar los temas básicos de mecánica de fluidos y algunas aplicaciones no específicas de microhidrodinámica:
- Antonio Barrero Ripoll y Miguel Pérez-Saborid Sánchez-Pastor. Fundamentos y Aplicaciones de la Mecánica de Fluidos. McGraw Hill / Interamericana de España, Madrid 2005. ISBN: 84-481-9890-5.
- Antonio Crespo Martínez. Mecánica de Fluidos. Editorial Thomson Editores Spain Paraninfo. Madrid, 2006. ISBN: 84-9732-292-4.
- Amable Liñán Martínez. Mecánica de Fluidos. Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, 2005.
Otros libros con material complementario:
- J. Happel y H. Brenner. Low Reynolds number hydrodynamics. Springer Netherlands, La Haya, 1983. ISBN: 978-90-247-2877-0.
- S. Kim y S.J. Karrila. Microhydrodynamics: Principles and Selected Applications. Dover publications, Mineola, 2005. ISBN: 0-486-44219-5.
- H. Ockendon y J.R. Ockendon. Viscous flow. Cambridge University Press, Cambridge, 1995. ISBN: 0-521-45221-1.
- L.D. Landau, E.M. Lifshitz, V.B. Berestetskii y L.P. Pitaevskii. Mecánica de fluidos. Reverté, Barcelona, 2012. ISBN: 978-84-291-9057-1.
- G.K. Batchelor. Introducción a la dinámica de fluidos. Ministerio de Medio Ambiente, Madrid, 1997. ISBN: 84-8320-015-5.
Tal como se indica en el apartado de Bibliografía Básica, el material de estudio de la asignatura se proporciona a través de las páginas virtuales de la asignatura en la UNED, como un conjunto de archivos que pueden ser descargados desde esta plataforma al ordenador del alumno. De manera que el alumno deberá seguir el curso a través de la plataforma virtual donde no sólo podrá acceder al material básico del curso, sino que podrá transmitir sus dudas tanto al equipo docente como a sus compañeros.
