mecánica de fluidos - dicis.ugto.mx mf_00... · fluidos compresibles e incompresibles. 2.6....
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D i v i s i ó n d e I n g e n i e r í a s
C a m p u s I r a p u a t o - S a l a m a n c a
I I L I 0 6 0 8 3
M e c á n i c a d e F l u i d o s
Profesor:
José Manuel Riesco Ávila
j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 2/16
PROGRAMA
Al terminar esta Unidad de Aprendizaje (UDA) el estudiante conocerá las
propiedades de los fluidos y será capaz de analizar y resolver problemas
relacionados con la estática y la dinámica de fluidos, tanto para flujos
viscosos incompresibles como compresibles.
Los conocimientos adquiridos en esta UDA le servirán para analizar y
diseñar sistemas hidráulicos que involucran tuberías, accesorios y selección
de equipo hidráulico. Además, será la base para otras Unidades de
Aprendizaje tanto del área disciplinar como de profundización.
COMPETENCIA DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE
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PROGRAMA
Esta UDA incide de manera directa en la formación de las siguientes competencias:
CONTRIBUCIÓN AL PERFIL DE EGRESO
Genéricas (CG) institucionales:
CG2. Se comunica de manera oral y escrita en español… para ampliar sus redes académicas,sociales y profesionales que le permitan adquirir una perspectiva internacional.
CG3. Maneja ética y responsablemente las tecnologías de la información para agilizar susprocesos académicos y profesionales de intercomunicación.
Específica (CE) del programa:
CE1. “...analiza y selecciona sistemas energéticos para mantener y mejorar procesosindustriales usando técnicas tradicionales”.
Esta UDA será base para en cursos posteriores llevar a cabo la competencia específica:
CE7. Analiza y desarrolla proyectos de uso eficiente de energía, utilizando fuentesconvencionales y no convencionales, para reducir el consumo de recursos energéticos norenovables.
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PROGRAMA
CONTEXTUALIZACIÓN EN EL PLAN DE ESTUDIOS
La importancia de esta UDA reside en que asienta los fundamentos para
analizar sistemas energéticos.
Esta UDA se caracteriza como disciplinaria porque aporta elementos
importantes para el área de Termofluidos, la cual es una de las 3 áreas
disciplinarias de la carrera de ingeniería mecánica (Sistemas Dinámicos,
Diseño Mecánico y Termofluidos). Se imparte en el 4º semestre del
Programa Educativo y es requisito para las demás Unidades de Aprendizaje
subsecuentes del área de Termofluidos. Se relaciona con las siguientes
Unidades de Aprendizaje: Transferencia de Calor, Máquinas Hidráulicas y
Neumáticas, Fuentes no Convencionales de Energía, Aire Acondicionado y
Refrigeración, Turbomáquinas y Equipos Térmicos, Plantas Térmicas y Uso
Racional de la Energía.
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PROGRAMA
CONTENIDO
1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES.
1.1. Introducción.1.2. Sólidos, líquidos y gases.1.3. Clasificación de los flujos de fluidos.1.4. Métodos de análisis.1.5. Dimensiones y unidades.1.6. Técnica para la solución de problemas.1.7. Exactitud, precisión y cifras significativas.
2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS.
2.1. Introducción.2.2. El medio continuo.2.3. Densidad, peso específico, volumen específico y gravedad específica.2.4. Viscosidad.2.5. Fluidos compresibles e incompresibles.2.6. Compresibilidad de los líquidos.2.7. Ecuaciones de estado para gases.2.8. Compresibilidad de los gases.2.9. Tensión superficial y capilaridad.2.10. Presión de vapor.
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PROGRAMA
CONTENIDO
3. ESTÁTICA DE FLUIDOS.
3.1. Presión en un punto: Ley de Pascal.3.2. Variación de la presión en un fluido en reposo.
3.2.1. Fluido incompresible.3.2.2. Fluido compresible.
3.3. Presiones manométrica y absoluta.3.4. Atmósfera estándar.3.5. Medida de la presión - Manómetros-.3.6. Fuerzas hidrostáticas sobre superficies sumergidas.
3.6.1. Superficies planas.3.6.2. Superficies curvas.
3.7. Flotación y estabilidad.3.8. Fluidos en movimiento como sólido rígido.
4. CINEMÁTICA DE FLUIDOS.
4.1. Métodos de descripción (Lagrangiano y Euleriano).4.2. El campo de velocidades.4.3. El campo de esfuerzos.4.4. Fundamentos de visualización.4.5. Movimiento de un elemento de fluido (cinemática).
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PROGRAMA
CONTENIDO
5. ECUACIONES BÁSICAS EN FORMA INTEGRAL PARA UN VOLUMEN DE CONTROL.
5.1. Relación entre sistema y volumen de control.5.2. Ecuación de continuidad.5.3. Ecuación de cantidad de movimiento.
5.3.1. Volumen de control no inercial.5.3.2. Volumen de control inercial.
5.4. La primera ley de la termodinámica.5.4.1. Trabajo realizado sobre un volumen de control.5.4.2. Ecuación para un volumen de control.
6. FORMA DIFERENCIAL DE LAS LEYES BÁSICAS.
6.1. Conservación de la masa.6.2. Cantidad de movimiento.
6.2.1. Ecuación de Euler.6.2.2. Ecuación de Bernoulli.
6.3. Presiones estática, dinámica y total.6.4. Relación entre la primera ley de la termodinámica y la Ecuación de Bernoulli.6.5. Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli.
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PROGRAMA
CONTENIDO
7. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA DINÁMICA.
7.1. Naturaleza del análisis dimensional.7.2. Teorema pi ( ) de Buckingham.7.3. Determinación de grupos pi.7.4. Grupos adimensionales de importancia en mecánica de fluidos.7.5. Similaridad y estudios sobre modelos.7.6. Relación entre el análisis dimensional y la semejanza dinámica.
8. FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE A TRAVÉS DE TUBERÍAS.
8.1. Introducción.8.2. Flujos laminar y turbulento.8.3. La región de entrada.8.4. Flujo laminar completamente desarrollado en un tubo circular.8.5. Flujo turbulento completamente desarrollado en tuberías.8.6. Consideraciones de energía en el flujo en tuberías.
8.6.1. Coeficiente de energía cinética.8.6.2. Pérdida de carga.
8.7. Cálculo de la pérdida de carga.8.7.1. Pérdidas mayores: Factor de fricción.8.7.2. Pérdidas menores.
8.8. Solución de problemas de flujo en tuberías.8.9. Análisis de redes de tuberías.
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PROGRAMA
CONTENIDO
9. FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE EXTERNO.
9.1. Introducción.9.2. Arrastre y sustentación.9.3. Arrastre debido a fricción y a presión.9.4. Coeficientes de arrastre de geometrías comunes.9.5. Flujo paralelo sobre placas planas.9.6. Flujo sobre cilindros y esferas.9.7. Sustentación.
10. FLUJO COMPRESIBLE UNIDIMENSIONAL.
10.1. Propiedades de estancamiento.10.2. Velocidad del sonido y número de Mach.10.3. Flujo isentrópico unidimensional.10.4. Flujo isentrópico en toberas.10.5. Ondas de choque y ondas de expansión.10.6. Flujo en ducto con transferencia de calor de fricción despreciable (flujo de Rayleigh).10.7. Flujo adiabático en un ducto con fricción (flujo de Fanno).
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PROGRAMA
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
1. Reflexionar sobre la importancia y aplicaciones de la mecánica de fluidos en la
ingeniería.
2. Exposición de los fundamentos básicos de la mecánica de fluidos y solución de
problemas de aplicación.
3. Discusión grupal sobre los temas revisados.
4. Análisis de casos de interés, relacionados con los temas tratados.
5. Tareas relacionadas con los temas discutidos en clase.
6. Prácticas de laboratorio diseñadas para reafirmar los conceptos expuestos en
clase.
7. Diseño de proyectos que involucran conceptos y aplicaciones de la mecánica de
fluidos.
8. Otras sugeridas por el profesor.
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PROGRAMA
PRODUCTOS O EVIDENCIAS DEL APRENDIZAJE
1. Tareas de análisis de casos y problemas relacionados con los temas revisados en
clase.
2. Reportes de prácticas de laboratorio.
3. Reporte de proyectos.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
1. Tareas 10%
2. Reportes de prácticas de laboratorio 10%
3. Reporte de proyecto (o proyectos) 10%
4. Exámenes parciales 70%
TOTAL 100%
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PROGRAMA
C R O N O G R A M A
CapítuloS e m a n a
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Primer parcial
Segundo parcial
Tercer parcial
Cuarto parcial
Quinto parcial
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PROGRAMA
RÚBRICA
COMPETENCIAS GENÉRICAS
Competencia 1 2 3 4
CG2. Se comunica de
manera oral y escrita
en español…para
ampliar sus redes
académicas, sociales y
profesionales que le
permitan adquirir una
perspectiva
internacional.
Escribe informes en
español con algunas
faltas de ortografía y
expresa sus ideas de
manera oral con
dificultad.
Redacta informes en
español con un
mínimo de faltas de
ortografía y expresa
sus ideas de manera
oral con mínima
dificultad.
Redacta informes en
español sin faltas de
ortografía y expresa
sus ideas de manera
oral con claridad.
Redacta informes en
español bien
estructurados, sin
faltas de ortografía y
con conclusiones
sobre el tema, y
expresa sus ideas de
manera oral con
claridad y fluidez.
CG3. Maneja ética y
responsablemente las
tecnologías de la
información para
agilizar sus procesos
académicos y
profesionales de
intercomunicación.
Identifica
herramientas
tecnológicas modernas
de intercomunicación,
conoce software para
procesamiento de
textos y para hacer
presentaciones orales.
Maneja herramientas
tecnológicas modernas
de intercomunicación,
conoce software para
procesamiento de
textos y para hacer
presentaciones orales.
Utiliza herramientas
tecnológicas modernas
de intercomunicación,
y software para
procesamiento de
textos y para hacer
presentaciones orales.
Utiliza y demuestra un
dominio de
herramientas
tecnológicas modernas
de intercomunicación
y software para
procesamiento de
textos y para hacer
presentaciones orales.
Cita de manera
adecuada sus fuentes
bibliográficas.
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PROGRAMA
RÚBRICA
COMPETENCIAS ESPECÍFICAS
Competencia 1 2 3 4
CE1: ...analiza y
selecciona sistemas
energéticos para
mantener y mejorar
procesos industriales
usando técnicas
tradicionales.
Identifica los sistemas
hidráulicos que
incluyen accesorios,
bombas, ventiladores
y turbinas.
Plantea problemas de
sistemas hidráulicos
que involucran
pérdidas mecánicas y
selección de bombas y
turbinas hidráulicas.
Resuelve problemas
de sistemas
hidráulicos que
involucran pérdidas
mecánicas y selección
de bombas y turbinas
hidráulicas.
Resuelve y analiza
problemas de sistemas
hidráulicos que
involucran pérdidas
mecánicas y selección
de bombas y turbinas
hidráulicas, haciendo
un uso adecuado de
los sistemas de
unidades.
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PROGRAMA
RÚBRICA
COMPETENCIAS DE LA UDA
Competencia 1 2 3 4
El estudiante conocerá
las propiedades de los
fluidos y será capaz de
analizar y resolver
problemas
relacionados con la
estática y la dinámica
de fluidos, tanto para
flujos viscosos
incompresibles como
compresibles.
Identifica las
propiedades de los
fluidos y conoce las
ecuaciones de la
estática y dinámica de
los fluidos.
Plantea problemas de
estática y dinámica de
fluidos.
Resuelve problemas
de estática y dinámica
de fluidos.
Resuelve y analiza
problemas de estática
y dinámica de fluidos,
haciendo uso eficiente
de los sistemas de
unidades.
Analiza y diseña
sistemas hidráulicos
que involucran
tuberías, accesorios y
selección de equipo
hidráulico.
Conoce la ecuación de
la energía mecánica
que involucra las
pérdidas de carga a
través de un sistema
de tuberías.
Plantea problemas de
sistemas hidráulicos
que involucran
pérdidas mecánicas y
selección de bombas y
turbinas hidráulicas.
Resuelve problemas
de sistemas
hidráulicos que
involucran pérdidas
mecánicas y selección
de bombas y turbinas
hidráulicas.
Resuelve y analiza
problemas de sistemas
hidráulicos que
involucran pérdidas
mecánicas y selección
de bombas y turbinas
hidráulicas, haciendo
un uso adecuado de
los sistemas de
unidades.
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PROGRAMA
BIBLIOGRAFÍA
1. Fox, R.W., & McDonald, A.T. (2011), Introduction to Fluid Mechanics, 8th
ed., John Wiley & Sons.
2. Çengel, Y.A., y Cimbala, J.M. (2006), Mecánica de Fluidos, Fundamentos y
Aplicaciones, 1ª ed., McGraw-Hill Interamericana.
3. White, F.M. (2010), Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill.
4. Shames, I.H. (2002), Mechanics of Fluids, 4th ed., McGraw-Hill.
5. Streeter, V.L., Bedford, K.W., Wylie, E.B. (1997), Fluid Mechanics, McGraw-
Hill.