SÍLABOWF07: MECÁNICADE FLUIDOS 2014-2
1. DATOS GENERALES Facultad: Carrera: Númerodecréditos: Coordinador: Requisitos:
IngenieríaIndustrialyMecánica Ingeniería Mecánica Ingeniería Eléctricay Eléctricay IngenieríaMecatrónica 04 Víctor Raúl Guillén Núñez WFF2 Física II
2. FUNDAMENTACIÓN Elpropósitodelcursoesqueelestudiantecomprendalosfundamentosfísicosdeláreade la estáticayladinámicadefluidos, asícomosusaplicacionesprácticas.Deestamanerael estudiantetieneelenfoquedecómo seaplicaestaherramientaenloscasosprácticosde ingeniería,desarrollandodeestaforma,unacompresiónintuitivadelaaplicaciónde los principiosfísicosensusfuturospr principiosfísicosensusfuturosproyectosded oyectosdediseño. iseño. 3. SUMILLA Cursodeespecialidadquecubreaspectosfundamentalesdeláreadefluidos,talescomoel manejodelconceptodelaviscosidad, elprincipiodeempujeyequilibrio, fuerzassobre superficiessumergidas,los superficiessumergidas,losprincipiosdeco principiosdeconservac nservacióndemasa,cantidad ióndemasa,cantidaddemovimiento demovimiento y energía, el efecto viscoso en sistemas reales reales de tuberías tuberías y el cálculo cálculo de la potencia potencia requeridaenunsistemade requeridaenunsistemade bombeo. 4. LOGROS DEAPRENDIZAJE Alfinaldelaasignaturaelestudiantereconoceycomprendelosconceptosyfundamentos s obrelos quese basa la mecánicadefluidos.Aplica la mecánica defluidos comouna herramientaparaidentificar,analizarysolucionarproblemasprácticos, asícomodefinir modelosteóricos que expliquen elcomportamientodelos sistemas debombeo, permitiéndoleplantearnuevasideas de diseño. Asímismo,reconoceyexplicalosprincipalesinstrumentosutilizadosparalamediciónde lapresión,el volumenyelcaudal volumenyelcaudal eneláreadelaingeniería eneláreadelaingeniería.
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5. CONTENIDOS
SEMANA 1
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TEMA CONCEPTOS FUNDAMENTALES - Definición: Mecánica de Fluidos. - Fluido. Tipos de fluidos. - Hipótesis del medio continuo. - Sistemas de unidades. - Fundamentos de la Mecánica de Fluidos. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS - Densidad, peso específico, densidad y peso específico relativo. -Temperatura, presión. - Presión de vapor, tensión superficial, capilaridad. -Viscosidad dinámica, viscosidad cinemática. - Leyes de los gases ideales. - Clasificación de los fluidos: Newtonianos y no newtonianos. HIDROSTÁTICA -Ley de Pascal. - Ecuación general de la estática de los fluidos. - Variaciones de presión en fluidos incompresibles. -- Instrumentos y técnicas de medición de presión: manómetros y transductores de presión. -Laboratorio N° 01: Calibrador de manómetros. -Variaciones de presión en fluidos compresibles - Presión atmosférica estándar y presión atmosférica local. Práctica calificada N° 01. - Fuerza Hidrostática sobre superficies planas horizontales e inclinadas. - Fuerza Hidrostática sobre superficies curvas. - Ejercicios. EMPUJE Y FLOTACIÓN - Principio de Arquímedes. - Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes. - Centro de boyantes, altura metacéntrica. HIDRODINÁMICA - Función campo de velocidades. - Clasificación de flujos. - Concepto de sistema y volumen de control. -Laboratorio N° 02: Estabilidad de cuerpos flotantes. - Ecuación integral de conservación de masa (continuidad) - Práctica calificada N° 02. - Ecuación integral de cantidad de movimiento. - Fuerza de impacto sobre álabes fijos y móviles. - Ecuación integral de Energía. 3
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- Ecuación de Bernoulli. - Dispositivos para medir velocidades y caudales. FLUJOS EXTERNOS -Arrastre y Sustentación - Práctica calificada N° 03. FLUJOS INTERNOS EN TUBERÍAS - Ecuación de Bernoulli modificado (incluye bombas y turbinas). - Pérdidas de energía por fricción. Ecuación de Darcy - Weisbach. - Diagrama de Moody. - Pérdidas secundarias: accesorios, válvulas, entradas y salidas deflujo. -Laboratorio N° 03: Teorema de Bernoulli . Solución de problemas típicos de flujos a través de tuberías sencillas. - Cálculo de potencia de bombas y turbinas. - Cálculo del caudal que fluye por un sistema de tuberías. - Cálculo del diámetro de un sistema de tuberías.
6. METODOLOGÍA Sedictaránlasclasesteóricasconayudamultimedia.Setratarántemasprácticosreales du ranteeldesarrollodeclases.Serealizaránexperienciasenlaboratoriosespecializados. Se fomentará el desarrollo de clases de trabajosprácticos en el salón de clases. La interacciónespermanentecon losalumnos,pormediodelostrabajos en grupos, fomentandoelaprendizaje. Sepropiciaraelaprendizajeautónomoatravésdetrabajosdeinvestigación. Tambiénse promoveráel aprendizajebasadoenevidencias. 7. SISTEMADEEVALUACIÓN El promedio final (PF) de la asignatura se determina de la siguiente manera: - PC1 es una práctica calificada grupal de 4 estudiantes. 0.1 PC1 + 0.1 PC2 + 0.2 PC3 +0.2 PL + 0.4 EF
- PC2 y PC3 son prácticas calificadas individuales. - PL es el promedio de los laboratorios calificados (LC1 + LC2 + LC3)/3). - EF es el Examen Final
Notas: - Solo se podrá rezagar el Examen Final. - El examen rezagado incluye los contenidos de todo el curso. - No se elimina ninguna práctica calificada. - La nota mínima aprobatoria es 12 (doce). 3
8. FUENTESDEINFORMACIÓN Bibliografía Básica: * Ronald Fox –A. McDonald. Introducción a la Mecánica de Fluidos. Ed. Mc. Graw Hill de México. 2005. * B. Munson-T. Okiishi. Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Ed. LimusaWiley.
2003.
* Frank M. White. Mecánica de Fluidos. Ed. McGraw-Hill. 5 edic. 2003. Bibliografía complementaria: * P. Gerhart-R. Gross –J. Hochstein.Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Ed. Addison – Wesley Iberoamericana. * YunusCengel-J. Cimbala. Mecánica de Fluidos. Ed. Mc. Graw Hill de México. 2006.
9. CRONOGRAMADEACTIVIDADES Semana 01
Contenido Conceptos fundamentales
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Propiedades fluidos.
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Viscosidad
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05 06
07
de
los
Actividad/Evaluaciones -Conoce la naturaleza de los fluidos líquidos y gaseosos -Identifica los diferentes sistemas de unidades vigentes - Define las diferentes propiedades físicas y termodinámicas de los fluidos
- Conoce la propiedad más importante de los fluidos y los dispositivos de medición de la misma. Hidrostática. - Entiende el funcionamiento de los distintos Medidores de presión. dispositivos de medición de presión estática: piezómetros, manómetros simples, diferenciales, de Bourdon, y transductores de presión. Laboratorio calificado N° 01 Variaciones de presión Práctica calificada N° 01 Fuerza hidrostática sobre - Calcula la fuerza hidrostática y determina el compuertas. centro de presión sobre áreas plana y curvas sumergidas en un fluido estático. Empuje y flotación - Conoce la ecuación del empuje (fuerza boyante) y analiza el caso de cuerpos que flotan en un fluido. -Conoce las condiciones que se deben cumplir 3
para que un cuerpo esté en equilibrio estable o inestable al estar flotando o sumergido. 08
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Hidrodinámica Clasificación de flujos
- Clasifica los diferentes tipos de flujo o escurrimiento de los fluidos. - Conoce los diferentes métodos de descripción del movimiento de los fluidos. - Define sistema y volumen de control Laboratorio calificado N° 02. Ecuación de conservación Formula la ecuación de conservación de masa de masa para un volumen de control inercial y reconoce el significado físico de cada término. - Define caudal volumétrico, caudal másico y rapidez de variación de masa Práctica calificada N° 02 Ecuación de cantidad de - Analiza las fuerzas que ejercen los fluidos movimiento sobre los dispositivos con los que están en contacto. Ecuación de Bernoulli - Analiza la ecuación de conservación de energía. - Evalúa problemas de arrastre y sustentación. Flujos externos PrácticacalificadaN° 03 - Conoce y evalúa las pérdidas de energía en Flujos internos en tuberías los sistemas de conducción por tuberías. LaboratoriocalificadoN° 03 Solución de flujos en - Analiza y resuelve problemas de flujo en tuberías. tuberías con presencia de turbomáquinas. Examen Final FECHADEACTUALIZACIÓN: 25 de Junio del 2014
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