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UANL - FIME Mecánica de Fluidos

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IT-7-ACM-04-R03

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VIGENTE A PARTIR DEL: 8 de Agosto del 2011

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROGRAMA ANALÍTICO FIME

Nombre de la unidad de aprendizaje: Mecánica de Fluidos Frecuencia semanal: 3 hrs. Horas presenciales: 42 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 28 hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: ( X ) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( X ) Formación básica profesional ( ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 3 incluyendo el laboratorio Fecha de elaboración: 08 / 08 / 2012 Fecha de la última actualización: 26 / 11 / 2013 Responsables del diseño: M.C. Delia Ma. Armendáriz Guerrero. M.C. Juan Antonio Franco Quintanilla. M.C. Francisco Javier Guevara Castillo. Ing. Raúl Gutiérrez Herrera Presentación: Esta unidad de aprendizaje se divide en 6 fases, en la primera fase se hace un análisis dimensional relacionado con los sistemas de unidades absoluto y técnico; en la segunda fase el estudiante podrá diferenciar las propiedades de los fluidos y establecer su relación para su aplicación en el estudio del comportamiento de los mismos. En la tercera fase se estudiarán los fluidos en condiciones estáticas realizando cálculos de presiones mediante especificaciones físicas dadas o con la ayuda de lo que registra algún tipo de medidor de presión simple, y además; se


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calcularán la magnitud y ubicación de fuerzas sobre superficies debidas a la presión de un fluido. La cuarta fase considera el estudio de los fluidos en condiciones dinámicas para el cálculo de algún tipo de parámetro como la velocidad, el gasto y la presión; mediante la aplicación de las consideradas ecuaciones fundamentales de la dinámica de los fluidos, para un fluido ideal. La quinta fase contempla la identificación y cálculo de los tipos de pérdidas que se generan en un fluido en movimiento, así como también se conocerá la distribución de un flujo en las tuberías. Por último en la sexta fase se analizarán las fuerzas de arrastre y de sustentación, seguido por un estudio detallado sobre las capas límite laminares y turbulentas sobre objetos inmersos en un fluido.

Propósito:

Esta unidad de aprendizaje ofrece a los estudiantes de ingeniería la oportunidad de desarrollar competencias para aplicar los

fundamentos básicos de la mecánica de los fluidos en la solución de problemas de ingeniería, con el apoyo de herramientas tecnológicas, que contribuyan al diseño de sistemas hidráulicos y redes hidráulicas , que cumplan con los estándares y la política de calidad requeridos.

La finalidad de la unidad de aprendizaje es contribuir al perfil del ingeniero y cumplir con los requerimientosde unidades de aprendizaje subsecuentes en las cuales se requieren los valores numéricos de los parámetros y variables fundamentales de la mecánica de fluidos para el diseño de los elementos físicos que constituyen un sistema de tuberías

Como consecuencia se generarán profesionistas competentes y capaces de realizar una actuación creativa en la que el desempeño integre los conocimientos, habilidades y actitudes en torno a la aplicación de la mecánica de fluidos para la solución de problemas con fluidos estáticos y dinámicos.

Competencias del perfil de egreso: a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje:

Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales: Competencias instrumentales:

• Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional.

• Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.


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Competencias personales y de interacción social

• Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano, académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable.

• Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible.

Competencias integradoras

• Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.

b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:

Analizar sistemas donde interactúan fluidos aplicando los principios básicos de la mecánica de fluidos para solucionar casos con fluidos en condiciones estáticas y dinámicas de sistemas de tuberías e hidráulicos para diseñar sistemas de tuberías e hidráulicos en general.


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Representación gráfica

Competencias de la Unidad de Aprendizaje

Instrumentales

Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del

conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los

ámbitos personal, académico y profesional

Analizar sistemas donde interactúan fluidos aplicando

los principios básicos de la mecánica de fluidos

Definir las diferencias entre los sistemas de unidades absoluto y técnico mediante un análisis dimensional

y la aplicación de la 2ª ley de Newton que los relaciona, para trabajar con unidades congruentes y

obtener resultados correctos en unidades

Definir conceptualmente las propiedades de los fluidos analizando los resultados comprobables para su posterior interacción con leyes de la mecánica de

los fluidos

Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de

acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas,

sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico

Analizar sistemas donde interactúan fluidos para

solucionar casos con fluidos en condiciones estáticas y

dinámicas

Identificar los conceptos fundamentales de la estática de fluidos con la aplicación de las ecuaciones de la hidrostática para resolver casos con fluidos en

reposo que generan presión y calcular sus efectos sobre las superficies que los contienen

Identificar los conceptos de las ecuaciones fundamentales de la dinámica de los fluidos, con la utilización de las ecuaciones correspondientes, para

calcular los valores de los parámetros más importantes relacionados con un fluido en

movimiento

Personales y de Interacción

Social

Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás,

respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para

contribuir a construir una sociedad sostenible

Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano,

académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el

desarrollo sustentable

Analizar sistemas donde interactúan fluidos para

solucionar casos con fluidos en condiciones estáticas y

dinámicas de sistemas de tuberías e hidráulicos

Determinar el efecto de las fuerzas de arrastre y de sustentación, con un estudio detallado sobre las

capas limite en flujos laminares y turbulentos, para predecir situaciones que favorezcan el transporte

eficiente de fluidos o el movimiento de objetos en los mismos

Integradoras

Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad

para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente

Analizar sistemas donde interactúan fluidos aplicando

los principios básicos de la mecánica de fluidos para

diseñar sistemas de tuberías e hidráulicos en general

Determinar numéricamente la magnitud de las pérdidas que se generan en un sistema de tuberías debido al paso de un fluido

a través de la misma, con la aplicación de las ecuación de Darcy de pérdidas menores e información estadística del

comportamiento de los fluidos , para diseñar sistemas de tuberías que cumplan con los requerimientos que garanticen su

implementación


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Unidad temática 1: Análisis dimensional y sistemas de unidades. Competencias particulares: Definir las diferencias entre los sistemas de unidades absoluto y técnico mediante un análisis dimensional y la aplicación de la 2ª ley de Newton que los relaciona, para trabajar con unidades congruentes y obtener resultados correctos en unidades.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Identificar a que sistema pertenecen las unidades de las variables que interactúan en una fórmula o ecuación, mediante un análisis dimensional para obtener resultados correctos en unidades congruentes.

Tabla de relación de dimensiones y parámetros físicos.

Tabla de relación de dimensiones y parámetros físicos: � Contenido de la tabla

especificado. � Asignación de

dimensiones correctas a parámetros o variables especificadas.

� Presentación y limpieza del trabajo.

� Entrega a tiempo.

-Elaborar una tabla anotando la mayor cantidad de parámetros físicos y asignar las dimensiones y unidades correctas según corresponda al parámetro especificado en los sistemas absoluto y técnico.

Determinación de las dimensiones de variables relacionadas con parámetros utilizados principalmente en la mecánica de fluidos.

Apuntes, libro de texto, Internet, libros de consulta y revistas científicas fuera del aula.


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Unidad temática 2: Propiedades de los fluidos. Competencias particulares: Definir conceptualmente las propiedades de los fluidos analizando los resultados comprobables para su posterior interacción con leyes de la mecánica de los fluidos.




Identificar las propiedades de los fluidos mediante las características físicas que las definen para su aplicación en la solución de problemas. Determinar el valor de la viscosidad dinámica y cinemática para los fluidos, con la aplicación de la ley de Newton de la viscosidad y la relación entre los dos tipos de viscosidades para definir su aplicación en casos que correspondan.

Tabla de propiedades de un fluido. Problemas resueltos del tema de viscosidad.

Tabla de propiedades de un fluido. � Contenido de la tabla . � Asignación de valores

correctos de las propiedades según sea el fluido.

� Presentación y limpieza del trabajo.

� Entrega a tiempo. Problemas resueltos del tema de viscosidad: � Aplicación de la Ley de newton

de la viscosidad y la relación entre la viscosidad dinámica y la cinemática.

� Orden en la solución del problema según lo anotado para resolverlo.

� Presentación y limpieza. � Entrega a tiempo. � Orden en la solución del

problema según lo anotado para resolverlo.

� Presentación y limpieza. � Entrega a tiempo.

-Elaborar una tabla de propiedades de un fluido diferente a los vistos en clase y laboratorio , asignando y anotando los valores correctos calculados mediante la aplicación fórmulas, relacionadas con las propiedades de los fluidos. Desarrollar por escrito la solución a los problemas planteados aplicando correctamente la ley de Newton de la viscosidad y la relación entre las viscosidades dinámica y cinemática.

Propiedades de los fluidos. Relación entre las propiedades de los fluidos. Unidades de medida correspondientes a cada propiedad. Ley de la viscosidad de Newton en la solución de problemas de viscosidad de los fluidos. Unidades de medición.

Apuntes de clase, libro de texto, Internet, libros de consulta y revistas científicas dentro y fuera del aula. Trabajo individual fuera del aula.


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Unidad temática 3: Estática de los fluidos Competencias particulares: Identificar los conceptos fundamentales de la estática de fluidos con la aplicación de las ecuaciones de la hidrostática para resolver casos con fluidos en reposo que generan presión y calcular sus efectos sobre las superficies que los contienen.



Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Distinguir la diferencia entre los tipos de presión con la ecuación que las relaciona , para considerar la que corresponda según sea el caso que se tenga

Ensayo por escrito sobre Tipos de presión y su relación.

Ensayo sobre Tipos de presión y su relación: � Que contenga

fundamentalmente la relación entre los tipos de presión.

� Definición correcta de los tipos de presión.

� Equivalencias entre unidades de presión diferentes. Presentación y limpieza.


Elaboración de un ensayo sobre el tema de presión en diferentes fuentes de información destacando los conceptos más importantes.

Concepto de presión y distinción entre los tipos que hay y la relación entre las mismas.



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Unidad temática 4: Conceptos y ecuaciones fundamentales de la dinámica de los fluidos Competencias particulares: Identificar los conceptos de las ecuaciones fundamentales de la dinámica de los fluidos, con la utilización de las ecuaciones correspondientes, para calcular los valores de los parámetros más importantes relacionados con un fluido en movimiento.




Determinar los valores correctos de los parámetros relacionados en un caso con fluido en movimiento con la aplicación de las ecuaciones fundamentales para comprobar si es factible implementarlo.

Caso resuelto correctamente con fluido en movimiento.

Caso resuelto correctamente con fluido en movimiento: � Aplicación correcta de

las ecuaciones de gasto, continuidad y de Bernoulli.

� Certeza de cálculos efectuados.

� Asignación correcta de unidades de medida.

� Presentación y limpieza.


Resolver por escrito el caso planteado con fluido en movimiento aplicando correctamente las ecuaciones fundamentales de la dinámica de los fluidos; ecuación de gasto, ecuación de continuidad y ecuación de Bernouilli. .

Ecuaciones fundamentales de la dinámica de los fluidos: -Ecuación de gasto. -Ecuación de continuidad. -Ecuación de Bernoulli.



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Unidad temática 5: Efecto de la viscosidad y resistencia al flujo Competencias particulares: Determinar numéricamente la magnitud de las pérdidas que se generan en un sistema de tuberías debido al paso de un fluido a través de la misma, con la aplicación de las ecuación de Darcy de pérdidas menores e información estadística del comportamiento de los fluidos , para diseñar sistemas de tuberías que cumplan con los requerimientos que garanticen su implementación.




Diseñar un sistema de tuberías con la aplicación de las ecuaciones que determinan el efecto de la viscosidad y la resistencia al flujo, para comprobar la factibilidad real de implementarlo.

Diseño de un sistema de tuberías con fluido real en base a especificaciones establecidas.

Diseño de un sistema de tuberías en base a especificaciones establecidas: � Procedimiento

correcto para el cálculo de parámetros.

� Aplicación de ecuaciones que corresponden según el caso planteado.

� Asignación de unidades de medida congruentes.



Diseñar de un sistema de tuberías considerando fluido real en base a resultados correctos y comprobables numéricamente.

- Efectos de la viscosidad de los fluidos en movimiento. - Cálculo de pérdidas por fricción en tuberías. -Cálculo de pérdidas menores por accesorios.

Apuntes, libro de texto, Internet, libros de consulta y revistas científicas fuera del aula. Tablas de mecánica de fluidos.


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Unidad temática 6: Flujos externos Competencias particulares: Determinar el efecto de las fuerzas de arrastre y de sustentación, con un estudio detallado sobre las capas limite en flujos laminares y turbulentos, para predecir situaciones que favorezcan el transporte eficiente de fluidos o el movimiento de objetos en los mismos.




Identificar las fuerzas de arrastre y sustentación, con la aplicación de la Ley de Stokes, para realizar un estudio detallado sobre las capas límite laminares y turbulentas.

Cálculo de fuerzas que intervienen sobre un objeto en un fluido.

Cálculo de fuerzas que intervienen sobre un objeto inmerso en un fluido: � Procedimiento

correcto para el cálculo de parámetros.

� Aplicación de ecuaciones que corresponden según el caso planteado.

� Asignación de unidades de medida congruentes.



-Solucionar por escrito un caso de fuerzas que intervienen sobre un objeto inmerso en un fluido aplicando ecuaciones y fórmulas correctas.

-Componentes de fuerza ejercidas sobre un cuerpo por el fluido. - Ecuación de la cantidad de movimiento a la capa limite.

-Ley de Stoke aplicada a cuerpos esféricos.

Apuntes, libro de texto, Internet, libros de consulta y revistas científicas fuera del aula. Tablas de mecánica de fluidos.


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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Tabla de relación de dimensiones y parámetros físicos 8 % Tabla de propiedades de un fluido. 8 % Problemas resueltos del tema de viscosidad 8 % Ensayo sobre Tipos de presión y su relación. 8 % Examen de medio curso 20 % Caso resuelto correctamente con fluido en movimiento 8 % Diseño de un sistema de tuberías en base a especificaciones establecidas 8 % Cálculo de fuerzas que intervienen sobre un objeto en un fluido. 5 % Examen final 20 %

Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 7 % Al finalizar la unidad de aprendizaje los estudiantes entregarán un portafolio estructurado con una portada, introducción, índice de contenido y una reflexión general sobre todas las evidencias reunidas en el portafolio y que además contendrá las siguientes evidencias por escrito: .Tabla de relación de dimensiones y parámetros físicos, Tabla de propiedades de un fluido, Problemas resueltos del tema de viscosidad, Ensayo sobre Tipos de presión y su relación, Examen de medio curso, Caso resuelto correctamente con fluido en movimiento, Diseño de un sistema de tuberías en base a especificaciones establecidas, Cálculo de fuerzas que intervienen sobre un objeto en un fluido, Examen final


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Fuentes de apoyo y consulta:

� Libro: Mecánica de fluidos Autor: Victor L. Steeter, E. BenjaminWilye y Keith W. Bedford

Editorial: Mc Graw Hill

� Libro: Fluid Mechanics Autor: Frank M. White Editorial: Mc Graw Hill

� Libro: Mecánica de los fluidos e hidráulica.(serie Schaum) Autor: Ranald V. Giles, Jack B. Evett y Cheng Liu

Editorial: Mc Graw Hill

� Libro: Mecánica de fluidos aplicada Autor: Robert L. Mott

Editorial: Prentice Hall

o Tema: Instituto de mecánica de fluidos Universidad central de Venezuela Liga: http://imf.ing.ucv.ve/

Fecha última revisión: Diciembre 2012

o Tema: Fluing

Liga: http://fluing.upv.es/equipo.html Fecha última revisión: Diciembre 2012


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o Tema: Autores : varios Revista: Revista ciencias.com Liga: http://www.revistaciencias.com

Fecha última revisión: 28 de Noviembre del 2013

o Tema: Estudio Numérico de Flujos Turbulentos Isotérmicos en Canales y Flujos Laminares con Convección Mixta en Cavidades. (Spanish).

Liga: http://web.ebscohost.com/ehost/detail?sid=7f3ede4b-305d-435f-86e3-26b4a894ce6e%40sessionmgr10&vid=5&hid=18&bdata=Jmxhbmc9ZXMmc2l0ZT1laG9zdC1saXZl#db=fua&AN=63486449

Fecha última revisión: 28 de Noviembre del 2013

� Revista: Datos de la publicación de "Información Tecnológica" Año: 2007

# de revista: Mes: Enero

Nombre del artículo: Información Tecnológica Autor:

Perfil del docente: Que tenga el título de Ingeniero Mecánico, Ingeniero Mecánico Electricista , Ingeniero en Manufactura o carrera afín que demuestre la capacidad indispensable para desarrollar la materia con un amplio dominio sobre la misma; de ser posible que tenga experiencia comprobable basada en competencias adquiridas durante su desarrollo profesional.


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Ficha bibliográfica del profesor: Nombre: M.C. Juan Antonio Franco Quintanilla Título o títulos: Ingeniero Mecánico Electricista y Maestro en ciencias de la ingeniería. Experiencia profesional: Área académica F.I.M.E. – U.A.N.L. Nombre: M.C. María Delia Armendáriz Guerrero Título o títulos: Ingeniero Mecánico Administrador y Maestra en ciencias de la ingeniería. Experiencia profesional: Área académica y Administrativa F.I.M.E. – U.A.N.L. Nombre: M.C. Francisco Javier Guevara Castillo Título o títulos: Ingeniero Mecánico Electricista y Maestría en ciencias de la ingeniería Experiencia profesional: Industria Metal- mecánica y Área académica F.I.M.E. – U.A.N.L. Nombre: Ing. Raúl Gutiérrez Herrera Título o títulos: Ingeniero Mecánico Electricista Experiencia profesional: Industria a nivel corporativo, Industria en general, proyectos, construcción y mantenimiento mecánico y eléctrico; Área académica F.I.M.E. – U.A.N.L.


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JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO

COORDINACIÓN DE LA DIVISIÓN SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DE MECÁNICA

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