Nombre de la asignatura: Termofluídos. Carrera: Ingeniería Mecatrónica. Clave de la asignatura: MCM Horas teoría-horas práctica-créditos: 3-2-8

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1 1. - DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Termofluídos Carrera: Ingeniería Mecatrónica Clave de la asignatura: MCM-0208 Horas teoría-horas práctica-créditos: UBICACIÓN a) RELACION CON OTRAS ASIGNATURAS DEL PLAN DE ESTUDIO ANTERIORES POSTERIORES ASIGNATURAS TEMAS ASIGNATURAS TEMAS Instrumentación Cálculo Diferencial e integral La derivada Concepciones de la derivada Introducción a la integral Elementos sensores primarios: - Medidores de presión - Medidores de flujo o caudal - Medidores de temperatura Cálculo vectorial Funciones de varias variables independientes Circuitos hidráulicos y neumáticos Sistemas de distribución neumáticos e hidráulicos Manufactura avanzada Preparación e máquinas de CNC Integración de celdas de manufactura flexible b) APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO - Se proporciona las herramientas básicas de las áreas de térmica y fluidos que permiten la integración de grupos interdisciplinarios en el diseño y en la investigación de sistemas o procesos mecatrónicos. 3. (S) GENERAL(ES) DEL CURSO - Que el alumno conozca los principios y las leyes fundamentales de la termodinámica y de la mecánica de fluidos que le permiten analizar y comprender los sistemas térmicos y fluidrícos.

2 4. TEMARIO NUM. TEMAS SUBTEMAS I Conceptos básicos de termodinámica 1.1 Sistemas de unidades 1.2 Definiciones: sistemas, fronteras, equilibrio, estado, proceso y variables termodinámicas. 1.3 Variables termodinámicas intensivas y extensivas(energía, volumen específico, peso específico, gravedad específica, presión, volumen y temperatura) 1.4 Funciones y variables de estado Ecuaciones de Maxwell. 1.5 Ley cero de la termodinámica 1.6 Escalas termométricas (temperatura relativa y absoluta) 1.7 Estados de la materia. II Conservación de la masa y de la energía. Primera Ley de la termodinámica 2.1 Conservación de la masa 2.2 Formas de energía Trabajo Calor Energía potencial, cinética e interna 2.3 Primera ley de la termodinámica. Sistema cerrado 2.4 Segundo colorario de la primera ley. Sistemas abiertos 2.5 Fronteras de los sistemas III Segunda Ley de la termodinámica 3.1 Enunciado de la segunda Ley de la termodinámica Axiomas de Clausis y Kelvin-Planck 3.2 Ciclo de Carnot 3.3 Procesos reversibles e irreversibles 3.4 Procesos termodinámicos en el diagrama T-s, h-s IV V VI Transferencia de calor Intercambiadores de calor Introducción a la Mecánica de fluidos 4.1 Modos de transferencia de calor 4.2 Leyes de transferencia de calor Conducción Radiación Convección 4.3 Mecanismos combinados de transferencia de calor (resistencia térmica y coeficiente global de transferencia de calor) 4.4 Analogía entre el flujo de calor y el flujo eléctrico 4.5 Conducción a través de una pared plana compuesta 4.6 Conducción a través de un ducto cilindríco 5.1 Clasificación y tipos de intercambiadores 5.2 Diferencia de temperatura media logarítmica 5.3 Análisis de intercambiadores de calor de un solo paso 5.4 Análisis de intercambiadores de calor de coraza y tubos y flujo cruzado 5.5 Método de número de unidades de transferencia (NUT) para análisis de intercambiadores de calor 6.1 Concepto de fluido 6.2 Propiedades de los fluidos (densidad, peso específico, gravedad específica, viscosidad dinámica, viscosidad cinemática, presión y sus características) Presión absoluta, manométrica, relativas y de vacío. 6.3 Principio de Pascal 6.4 Ecuación fundamental de la estática de fluidos Manometría y medición de presión Principios de los vasos comunicadores Principio de Arquimides 6.5 Flujo másico y flujo volumétrico 6.6 Ecuación de continuidad 6.7 Conservación de la energía-ecuación de Bernoulli.para fluidos compresibles e incompresibles. 6.8 Teorema de Toricelli

3 VII Movimiento de fluidos viscosos e incompresibles de tuberías y conductos 7.1 Número de Reynolds 7.2 Pérdidas de fricción (Ecuación de Darcy) 7.3 Factor de fricción Régimen laminar Régimen turbulento 7.4 Diagrama de Moody 7.5 Pérdidas menores Debido a la presencia de válvulas, uniones, cambios en el tamaño de la trayectoria de flujo y cambios en la dirección de flujo. 5.- APRENDIZAJES REQUERIDOS - Funciones de una variable - Derivación de funciones algebraicas - Funciones de varias variables - Derivación parcial - Integración definida e integración por partes - Ecuaciones diferenciales ordinarias. 6.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS - Realizar investigaciones documentales sobre los conceptos utilizados - Elaboración de un banco de problemas para entregar como ejercicios al estudiante para reforzar los temas - vistos en clase - Participación del estudiante en la discusión de conceptos - Uso de materiales audiovisuales para mejorar la comprensión de los conceptos - Desarrollo de modelos didácticos - Uso de software para la resolución de problemas, como complemento para la comprensión de conceptos. 7.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN - Evaluación de reportes de investigaciones documentales realizadas - Evaluación de problemas asignados - Evaluación de actividades desarrolladas con empleo de software - Participación en el desarrollo de la clase. 8.- UNIDADES DE APRENDIZAJE NUMERO DE LA UNIDAD: I NOMBRE DE LA UNIDAD: CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA Conocer los conceptos y definiciones básicas de la termodinámica. Establecer la ley cero de la termodinámica y definir las diferentes formas de energía 1.1 Analizar la definición de la termodinámica y discutirán el campo de aplicación de esta disciplina 1.2 Analizar el concepto de energía y el papel que juega en el desarrollo tecnológico. 1.3 Dar un repaso de los sistemas de unidades haciendo énfasis en el sistema internacional. 1.4 Analizar la definición de sistemas abiertos, cerrados y aislados. 1.5 Diferenciar entre propiedad extensiva, propiedad intensiva y propiedad específica e identificaran si una cantidad es una propiedad. 1.6 Establecer la Ley cero de la termodinámica, establecerán las 1, 2 y 3

4 escalas de temperatura y la relación entre las diferentes escalas. 1.7 Definir gas ideal y explicara las variables que intervienen en la ecuación 1.8 Establecer la relación entre Cp, Cv y R. 1.9 Discutir el principio de estado y lo aplicaran para una sustancia simple. NUMERO DE UNIDAD NOMBRE DE LA UNIDAD: TERMODINÁMICA II CONSERVACIÓN DE LA MASA Y DE LA ENERGÍA. PRIMERA LEY DE LA Establecer y aplicar la primera ley de la termodinámica en el análisis de sistemas 2.1 Definir el principio de la conservación de la masa 2.2 Seleccionar las definiciones y las unidades mas apropiadas para la energía cinética, energía potencial, energía interna y analizaran la definición de trabajo en los sistemas termodinámicos. 2.3 Analizar la primera ley de la termodinámica para un sistema operando cíclicamente. 2.4 Analizar la primera ley de la termodinámica para un sistema cerrado realizando un proceso. 2.5 Establecer la primera ley de la termodinámica para un sistema abierto con una entrada y una salida de flujo operando en estado estable. 2.6 Definir entalpía 2.7 Obtener una ecuación para la primera ley de la termodinámica en un sistema cualesquiera. 2.8 Resolver problemas que involucren balances de masa y balances de energía en diferentes sistemas termodinámicos. 1, 2, y 3 NUMERO DE UNIDAD NOMBRE DE LA UNIDAD III SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Establecer la segunda ley de la termodinámica a través de los axiomas de Clausius y de Kelvin-Planck e identificar las causas de irreversibilidad en los procesos. Analizar el ciclo de Carnot. 3.1 Analizar los axiomas de Clausius y de Kelvin-Pkanck y demostraran que son equivalentes en sus consecuencias. 3.2 Señalar la importancia de la segunda ley y harán una breve reseña histórica sobre esta ley. 3.3 Investigar la diferencia entre un proceso reversible y un proceso irreversible, enumerando las causas de la irreversibilidad 3.4 Explicar el ciclo de Carnot y lo representará en los diagramas T-s, h-s. 3.5 Resolver problemas relacionados con el ciclo de Carnot. 1, 2, y 3

5 NUMERO DE UNIDAD NOMBRE DE LA UNIDAD IV TRANSFERENCIA DE CALOR Explicar e identificar los mecanismos de transferencia de calor y las leyes que los gobiernan. Además, obtener el perfil de temperatura y calcular la transferencia de calor unidimensional en estado estable en paredes planas y cilíndricas. ACITIVIDADES DE APRENDIZAJE 4.1 Explicar el campo de aplicación de la transferencia de calor y su relación con la termodinámica. 4.2 Explicar el fenómeno de la conducción y el significado físico de las variables que intervienen en la Ley de Fourier de la conducción del calor. 4.3 Investigar el orden de magnitud de la conductividad térmica para diferentes sustancias y explicará el comportamiento de esta propiedad con respecto a la temperatura. 4.4 Explicar el fenómeno de la convección y las variables que intervienen en la Ley de Newton de enfriamiento. 4.5 Dar ejemplos de convección forzada de convección libre. 4.6 Investigar el orden de magnitud de la conductividad térmica y del coeficiente de transferencia de calor, para diferentes sustancias y explicara el comportamiento de estas propiedades con respecto a la temperatura. 4.7 Explicar el fenómeno de la radiación ubicando en el espectro electromagnético de la radiación térmica. 4.8 Explicar el concepto de cuerpo negro, la Ley de Planck y la Ley de Stefan-Boltzmann. 4.9 Identificar los mecanismos de transferencia de calor en diversos procesos Establecer la analogía entre la corriente eléctrica y el flujo de calor para definir la resistencia térmica 4.11 Deducir y resolver la ecuación diferencial para el perfil de temperatura de una pared plana. Obtener una ecuación para el flujo de calor a través de la pared Obtener una expresión para calcular el flujo de calor a través de paredes compuestas Deducir y resolver la ecuación diferencial para el perfil de temperatura en una pared cilíndrica. Obtener una ecuación para el flujo y determinar la resistencia térmica. Deducir una ecuación para el flujo de calor a través de paredes cilíndricas compuestas Resolver problemas para calcular el perfil de temperaturas y el flujo de calor en paredes planas y cilíndricas. 4,5 y 6 NUMERO DE LA UNIDAD V NOMBRE DE LA UNIDAD INTERCAMBIADORES DE CALOR Describir los diferentes arreglos geométricos de los intercambiadores de calor y realizar el análisis térmico de los intercambiadores de calor. 5.1 Investigar la clasificación de los intercambiadores de calor y describir las partes que lo componen 5.2 Explicar el significado de coeficiente global de transferencia de calor y obtener una ecuación para la diferencia de temperatura media logarítmica para diferentes configuraciones de intercambiadores de calor. 5.3 Analizar la distribución de temperatura en diferentes intercambiadores de calor. 5.4 Describir el método de Efectividad Número de Unidades de Transferencia (NUT) y obtener una ecuación para la efectividad de un intercambiador de calor. 5.5 Resolver problemas para calcular intercambiadores de calor. 4,5 y 6

6 NUMERO DE LA UNIDAD VI NOMBRE DE LA UNIDAD INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS Definir fluido y el campo de aplicación de la mecánica de fluidos. Conocer y determinar las propiedades de los fluidos. Aplicar los fundamentos de la estática de fluidos en el cálculo de presión y deducir las ecuaciones básicas de la dinámica de fluidos. 6.1 Analizar el comportamiento de un sólido y de un fluido cuando se someten a esfuerzos constantes y establecer el significado de fluido. 6.2 Investigar sobre las aplicaciones de la mecánica de fluidos y explicar los principios que fundamentan esta área de estudio. 6.3 Establecer la diferencia entre presión absoluta, manométrica, relativa y de vacío. Resolver problemas numéricos. 6.4 Analizar el principio de Pascal. 6.5 Obtener la ecuación fundamental de la estática de fluidos y resolver para fluido incompresible. Utilizar en la solución de problemas. 6.6 Analizar el concepto de flujo másico y flujo volumétrico, obtener la ecuación de continuidad para el flujo unidimensional y aplicar estas ecuaciones para resolver problemas. 6.7 Deducir la ecuación de Bernoulli e indicar la importancia de esta en la mecánica de fluidos. 6.8 Deducir la ecuación de Torricelli partiendo de la ecuación de Bernoulli. 6.9 Utilizar estas ecuaciones en la resolución de problemas NUMERO DE LA UNIDAD V II NOMBRE DE LA UNIDAD MOVIMIENTO DE FLUIDOS VISCOSOS E INCOMPRESIBLES EN TUBERIAS Y CONDUCTOS Analizar el flujo viscoso e incompresible en tuberías y conductos. 7.1 Explicar las características de flujo laminar y turbulento en conductos. 7.2 Explicar las condiciones de flujo en la entrada de un conducto y concepto de flujo desarrollado. 7.3 Obtener la ecuación de Darcy. 7.4 Determinar el factor de fricción en régimen laminar. 7.5 Obtener la distribución de velocidades y factor de fricción en un conducto circular en un régimen turbulento. 7.6 Explicar la distribución de diagrama de Moody. 7.7 Resolver problemas que involucren el cálculo de caída de presión en tuberías. 7.8 Explicar las pérdidas menores en tuberías y la determinación de coeficientes de pérdidas y longitud equivalente. 7.9 Resolver problemas que involucren pérdidas menores o secundarias

7 9. BIBLIOGRAFÍA BASICA Y COMPLEMENTARIA 1. TERMODINAMICA HOLMAN, J.P. ED. McGRAW HILL 2. TERMODINAMICA WARK, K. ED. McGRAW HILL 3. TERMODINAMICA MANRIQUE, J.A. Y R.S. CARDENAS ED. HARLA. 4. TRANSFERENCIA DE CALOR HOLMAN, J.P. ED. CECSA. 5. TRANSFERENCIA DE CALOR KERN, D.Q. ED. CECSA. 6. PROCESOS DE TRANSFERENCAI DE CALOR 2ª. ED. KERN, D.Q. ED. CECSA. 7. MECANICA DE FLUIDOS APLICADA ROBERT L. MOTT ED. PRENTICE HALL 8. MECANICA DE FLUIDOS WHITE, FRANK, M. ED. Mc GRAW HILL 9. INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS ROBERT W. FOX Y ALAN T. McDONALD ED. McGRAW HILL. 10. PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1.- Conducción 2.- Radiación 3.- Medición de caudal 4.- Medición de pérdidas mayores ( en tuberías ) 5.- Medición de pérdidas menores ( en accesorios )