SÍLABO DE MECANICA DE FLUIDOS CODIGO 100000Z314 2017 - 1
1. DATOS GENERALES GENERALES Facultad: Carrera: Coordinador: Requisitos: Competencias: Número de créditos: Número de horas:
Ingeniería Industrial y Mecánica Ingeniería Mecánica, Electromecánica, Aeronáutica, Marítima y Automotriz Fabián Vizcarra Campana Ondas y Termodinámica Energía y Criterio científico 4 Horas trabajo Horas teóricoHoras de autónomo Total prácticas evaluación reflexivo 56 2 6 64
2. FUNDAMENTACIÓN El propósito del curso es que el estudiante determine los efectos físicos mecánicos de los fluidos cuando interactúan con otro medio que puede ser un medio sólido u otro fluido. Los efectos como fuerza, esfuerzo, presiones estáticas y dinámica y energía son importantes porque determinan la configuración de un diseño particular en el campo ingenieril. Por ello es importante que el estudiante aprenda a definir y explicar estos efectos y pueda plantear diversas soluciones para minimizar los efectos adversos y aprovechar al máximo los que son favorables.
3. SUMILLA Curso de especialidad que estudia el comportamiento mecánico de los fluidos en reposo (estática) y en movimiento (dinámica) de fluidos y su efecto sobre un entorno sólido o fluido. En ella se estudia los conceptos de viscosidad, presiones, principio de empuje y equilibrio estático, fuerzas sobre superficies sumergidas, conservación de la masa, cantidad de movimiento, energía, fuerzas de arrastre y sustentación, flujo interno en tuberías, flujo potencial, principios de turbo-máquinas y las aplicaciones en ingeniería.
4. LOGRO GENERAL DE APRENDIZAJE Al final de la asignatura el estudiante aplica soluciones prácticas para reducir los efectos físicos mecánicos cuando un fluido interactúa con un medio sólido o fluido.
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5. UNIDADES Y LOGROS ESPECÍFICOS DE APRENDIZAJE Unidad de aprendizaje 1 Semana 1 y 2 Fundamentos en Mecánica de Fluidos Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad los estudiantes conocen los principios fundamentales de la mecánica de fluidos y las propiedades de los fluidos. Temario 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.
Unidad de aprendizaje 2 Semana 3, 4, 5, 6 y 7 Estática de Fluidos Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad los estudiantes resuelven problemas sobre los efectos físicos y mecánicos cuando un fluido se encuentra en reposo. Temario 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. PRESIONES Variaciones de presión en fluidos compresibles. Presión atmosférica estándar y presión atmosférica local. SUPERFICIES SUMERGIDAS Fuerza Hidrostática sobre superficies planas horizontales e inclinadas. Fuerza Hidrostática sobre superficies curvas. ESTABILIDAD DE CUERPOS SUMERGIDOS Principio de Arquímedes. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes. Centro de boyantes, altura metacéntrica. LABORATORIO Calculo de la viscosidad en laboratorio aplicando la ecuación de viscosidad de Newton.
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Unidad de aprendizaje 3 Semana 8, 9, 10, 11, 12, Dinámica de Fluidos 13 y 14 Logro específico de aprendizaje Al finalizar la unidad los estudiantes resuelven problemas sobre efectos físicos y mecánicos cuando un fluido se encuentra en movimiento. Temario HIDRODINÁMICA Función campo de velocidades. Clasificación de flujos. Concepto de sistema y volumen de control. CONTINUIDAD Ecuación integral de conservación de masa Ecuación integral de cantidad de movimiento. ENERGÍA Ecuación integral de Energía. Ecuación de Bernoulli. Dispositivos para medir velocidades y caudales. FLUJOS EXTERNOS Capa límite Fuerzas de Arrastre Fuerza de Sustentación FLUJOS INTERNOS EN TUBERÍAS Ecuación de energía (incluye bombas y turbinas). Pérdidas de energía por fricción. Ecuación de Darcy - Weisbach. Diagrama de Moody. Pérdidas secundarias: accesorios, válvulas, entradas y salidas de flujo. APLICACIONES DE INGENIERÍA 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. Cálculo de arrastre y sustentación sobre perfiles. LABORATORIO Cálculo de las presiones estáticas y dinámicas sobre un venturímetro aplicando la ecuación de continuidad.
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6. METODOLOGÍA Se dictarán las clases teóricas con ayuda multimedia. Se tratarán temas prácticos reales durante el desarrollo de clase. Se realizarán experiencias en laboratorios especializados. Se fomentará el desarrollo de clases de trabajos prácticos en el salón de clases. La interacción es permanente con los alumnos, por medio de los trabajos fomentando el aprendizaje grupal. Se propiciara el aprendizaje autónomo a través de trabajos de investigación. También se promoverá el aprendizaje basado en evidencias utilizando la plataforma “chamilo”. 7. SISTEMA DE EVALUACIÓN El promedio final (PF) del curso se determina de la siguiente manera: Donde: PC01 es una práctica grupal de 4 estudiantes LC01 (6) + PC01 (10) + LC02 (7) + PC02 (10) PC02 y PC03 son prácticas calificadas individuales. + LC03 (7) + PC03 (20) + EXFN (40) LC01, LC01, LC01 son laboratorios calificados EXFN es Examen Final
Nota:
Sólo se podrá rezagar el Examen Final. Los laboratorios no tienen pesos individuales. El examen rezagado incluye los contenidos de todo el curso. No se elimina ninguna práctica calificada. La nota mínima aprobatoria es 12 (doce).
En el caso de que un alumno no rinda una práctica calificada (PC) y, por lo tanto, obtenga NS, esta es reemplazada con la nota que se obtenga en el examen final o de rezagado. En caso de que el alumno tenga más de una práctica calificada no rendida, solo se reemplaza la práctica calificada de mayor peso. No es necesario que el alumno realice trámite alguno para que este remplazo se realice.
8. FUENTES DE INFORMACIÓN 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. Bibliografía complementaria: Frank M. White. Mecánica de Fluidos. Ed. McGraw-Hill. 5 edic. 2003.
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9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Unidad de Aprendizaje Unidad 01 Fundamentos en Mecánica de Fluidos
Actividades y Evaluaciones1
Semanas
Tema
01
Conceptos Fundamentales
02
Propiedad de los Fluidos
Conoce la naturaleza de los fluidos líquidos y gaseosos e identifica los diferentes sistemas de unidades vigentes. Conoce las diferentes propiedades físicas y termodinámicas de los fluidos. 1ra. Práctica Calificada Trabajo autónomo reflexivo 1: 2 puntos Preguntas de la práctica: 18 puntos
Unidad 02 Estática de Fluidos
03
Hidrostática y Presiones
04
Laboratorio
05
Superficies Sumergidas
06
07
Estabilidad de Cuerpos Sumergidos
Laboratorio
Entiende la ecuación general de la estática de fluidos. Entiende el funcionamiento de los distintos dispositivos de medición de presión estática como piezómetros, manómetros simples. Laboratorio 1 Calibración de manómetros Calcula la fuerza hidrostática y determina el centro de presión sobre áreas plana y curvas sumergidas en un fluido estático. Conoce la ecuación del empuje (fuerza boyante) y analiza el caso de cuerpos que flotan en un fluido. Conoce las condiciones que un cuerpo debe cumplir para que se encuentre en equilibrio estable o inestable al estar parcial o totalmente sumergido. Laboratorio 2 Calcula la viscosidad en el laboratorio aplicando la ecuación de viscosidad de Newton utilizando el viscosímetro de caída libre. 2da. Práctica Calificada Trabajo autónomo reflexivo 2: 2 puntos Preguntas de la práctica: 18 puntos
Unidad 03 Dinámica de Fluidos
08
Hidrodinámica
09
Continuidad
10
Energía
11
Flujo Externo
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Clasifica los diferentes tipos de flujo. Conoce los diferentes métodos que describen el movimiento de los fluidos. Define sistema y volumen de control. Formula la ecuación de integral de conservación de la masa para un volumen de control. Define caudal volumétrico, caudal másico y rapidez de variación de masa Analiza las fuerzas que ejercen los fluidos sobre los dispositivos con los que están en contacto. Analiza la ecuación de conservación de energía planteada por Bernoulli. Determina la capa limite laminar y turbulenta. Calcula el arrastre y sustentación de figuras geométrica conocidas para flujo externo.
12
Flujo Interno en Tuberías
13
Aplicaciones de Ingeniería
14
Laboratorio
15 16 1
Conoce y evalúa las pérdidas de energía en los sistemas de conducción por tuberías. Analiza y resuelve problemas de flujo en tuberías con presencia de turbo-máquinas Relaciona lo aprendido en proyectos de ingeniería 3ra. Práctica Calificada Trabajo autónomo reflexivo 3: 2 puntos Preguntas de la práctica: 18 puntos.
Laboratorio 3 Calcula las presiones estáticas y dinámicas aplicando la ecuación de continuidad utilizando el venturímetro. Examen Final Examen de Rezagado
Solo se puede rezagar el examen final.
Actividad Lectura y resumen del artículo técnico 1 Lectura y resumen del artículo técnico 2 Lectura y resumen del artículo técnico 3
Semana
Horas
Semana 03 Semana 08 Semana 13
2 horas 2 horas 2 horas
Ficha de preguntas:
¿Qué fue lo que te pareció más valioso/ útil al llevar este curso? ¿Por qué? ¿Cuál fue la mayor dificultad que tuviste al estudiar este curso? ¿Por qué? ¿Cómo este curso se vincula con tu carrera? ¿Qué competencias específicas o generales de tu perfil profesional crees que se desarrollan en este curso? Sustenta tu respuesta.
10. TRABAJO AUTÓNOMO REFLEXIVO
El Trabajo autónomo reflexivo comprende las siguientes actividades:
Lecturas que serán cargadas al NIMBUS. Tareas de Investigación.
11. FECHA DE ACTUALIZACIÓN: 06/07/2016
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