UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1 H O R A S D E C L A S E P R O F E S O R R E S P O N S A B L E T E O R I C A S P R A C T I C A S Lidia M. QUINZANI Marcelo ZABALOY Por semana Por cuatrimestre Por semana Por cuatrimestre A S I G N A T U R A S C O R R E L A T I V A S P R E C E D E N T E S Para Cursar A P R O B A D A S Física I (IQ, Planes 1998, 2002 y 2006; IA, Planes 2002 y 2006) Análisis Matemático II (IQ, IA, Planes 2006) C U R S A D A S Métodos Teóricos Ing. Qca. B (IQ, Planes1998 y 2002; IA, Plan 2002) A P R O B A D A S Física I (IQ, Planes 1998, 2002 y 2006; IA, Planes 2002y 2006) Métodos Teóricos Ing. Qca. B (IQ, Planes1998 y 2002; IA, Plan 2002) Análisis Matemático II (IQ, IA, Planes 2006) Para Rendir C U R S A D A S DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS Esta es una materia introductoria a la problemática de la Mecánica de los Fluidos dictada para alumnos de las carreras de Ingeniería Química e Ingeniería de Alimentos. En ella se pretende iniciar a los estudiantes en el manejo de las leyes fundamentales que gobiernan el comportamiento de los fluidos de modo tal que puedan aplicar sus conocimientos a la solución de problemas reales de importancia práctica. Las clases teóricas se desarrollan con el apoyo de piezas que los alumnos puedan tocar y desarmar, fotos de situaciones reales y la proyección de filmaciones y modelos animados. Además, se sugieren experimentos o situaciones de aplicación simple de mecánica de fluidos para que los alumnos realicen por su cuenta y que les permita fijar conceptos. En las clases prácticas se desarrollan problemas tipo con aplicación de los conceptos de la correspondiente unidad y se entrega material de apoyo para el desarrollo de las guías de problemas. Éstas incluyen en primer término problemas de aplicación directa de fórmulas, seguidos por algunos de mayor elaboración, y culminando con problemas de diseño, que implican la aplicación de conceptos aprendidos en la materia, en otras asignaturas, y desarrollo del criterio ingenieril para la resolución. PROGRAMA SINTÉTICO TEMA 1: TEMA 2: TEMA 3: TEMA 4: TEMA 5: TEMA 6: TEMA 7: TEMA 8: Fundamentos Estática de fluidos Ecuaciones de conservación y leyes básicas Balances diferenciales Balances macroscópicos. Flujo en cañerías Flujo alrededor de objetos sumergidos Temas avanzados: A) Flujo compresible; B) Flujo de materiales no-newtonianos.

2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 2 PROGRAMA ANALÍTICO TEMA 1: Fundamentos y unidades. Fluidos y fluidomecánica. Hipótesis del continuo. Variables, unidades y dimensiones. Densidad y peso específico. Coeficiente de compresibilidad. Presión de vapor. Viscosidad: fluidos Newtonianos y no-newtonianos, viscosímetros. Tensión superficial. TEMA 2: Estática de los fluidos. Concepto de presión. Presión en un punto. Ecuación básica de estática de fluidos. Variación de la presión con la altura. Atmósfera estándar. Presión absoluta y presión relativa. Barómetro y manómetros. Fuerzas sobre superficies sumergidas. Empuje y flotación. TEMA 3: Ecuaciones de conservación y leyes básicas. Derivada sustancial. Velocidad y aceleración. Tipos de flujos. Volumen de control y sistema. Flujo en un campo vectorial. Principio general de conservación. Teorema del transporte. Las tres leyes básicas en mecánica de fluidos. TEMA 4: Balances diferenciales. Conservación de masa. Ecuación de continuidad. Conservación de cantidad de movimiento. Estado de tensiones en un fluido sometido a deformación. Ley de Newton de viscosidad. Ecuación de Navier-Stokes. Ecuaciones constitutivas para fluidos no- Newtonianos. Condiciones de borde. Aplicación en problemas de flujo con solución exacta: flujo Poiseuille y flujo Couette entre placas. Adimensionalización de la ecuación de Navier-Stokes. Número de Reynolds. Flujos reptante y potencial. Línea de corriente y ecuación de Bernoulli. Otros grupos adimensionales comunes en Mecánica de Fluidos. Modelado y similitud. TEMA 5: Balances macroscópicos. Balance de masa. Balance de cantidad de movimiento. Balance de energía. Balance de energía mecánica. Ecuación de Bernoulli. Presión estática, dinámica y de estancamiento. Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli. Medidores de caudal. Cavitación y vena contracta. Limitaciones de la ecuación de Bernoulli. TEMA 6: Flujo en cañerías. Regiones de entrada, flujo desarrollado y salida. Flujo laminar desarrollado: análisis macroscópico, microscópico, dimensional y energético. Flujo turbulento desarrollado: características. Comparación entre flujo laminar y turbulento en cañerías. Análisis dimensional y factor de fricción. Accesorios y pérdida de carga. Válvulas. Conductos no circulares y radio hidráulico. TEMA 7: Flujo alrededor de objetos sumergidos. Consideraciones generales. Flujo alrededor de objetos a altos Reynolds: capa límite. Capa límite sobre una placa plana. Capa límite laminar y turbulenta. Fuerzas y coeficientes de arrastre y sustentación. Flujo alrededor de objetos a distintos Reynolds. Flujo alrededor de cilindros. Flujo alrededor de una esfera. Ley de Stokes. Velocidad de sedimentación. Flujo en lecho de partículas. Fluidización. Filtrado. TEMA 8: Temas Avanzados. Flujo compresible. Velocidad del sonido y número de Mach; flujo de un gas ideal; flujo compresible isentrópico de un gas ideal; flujo en difusores y toberas; flujo compresible adiabático con fricción; ondas de choque. Flujo de materiales no-newtonianos: comportamiento típico de alimentos y líquidos macromoleculares, viscosidad no-newtoniana, efectos elásticos, ecuaciones constitutivas.

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 3 BIBLIOGRAFÍA Básica: Fundamentals of fluid mechanics, B.R. Munson, T.H. Okiishi y D.F. Young; J. Wiley & Sons, 2002 Mecánica de fluidos, M.C. Potter y D.C. Wiggert; Int. Thompson, 2002 "Fluid mechanics for chemical engineers", N. De Nevers; McGraw-Hill, 1991 y 2005 "Fluid mechanics for chemical engineers", J.O. Wilkes; Prentice Hall, 1999 Otra bibliografía de consulta: Elementary fluid mechanics, R.L. Street, J. Vennard y G.Z. Watters (o J. Vennard y R.L. Street); J. Wiley & Sons, 1975 y 1996 "Introduction to fluid mechanics", S. Whitaker; Prentice Hall, 1968 y 1981 "Mecánica de fluidos", V. Streeter y E.B. Wylie; McGraw-Hill, 1963, 1980 y 1999 "Transport phenomena" (o Fenómenos de Transporte ), R.B. Bird, W.E. Stewart y E.N. Lightfoot; J. Wiley & Sons, 1960 y 2002 "Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa" (o "Fundamentals of mom., heat and mass transfer"), J.R. Welty, C.E. Wicks y R.E. Wilson; J. Wiley & Sons, 1976, 1984, 2001 y 2008 Mecánica de Fluidos, F.M. White, 6ta Ed., McGraw Hill, 2008 Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E (f i r m a a c l a r a d a) (f i r m a a c l a r a d a) V I S A D O C O O R D I N A D O R A R E A S E C R E T A R I O A C A D E M I C O D I R E C T O R D E D E P A R T A M E N T O Dra. Marisa PEDERNERA FECHA: Agosto, 2012 FECHA: FECHA Dra. Verónica BUCALÁ

4 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 4 ANEXO SISTEMA DE EVALUACIÓN Cursado: tres exámenes teórico-prácticos que deben aprobarse (nota mínima 50/100) en primera instancia, o en su correspondiente recuperatorio. Aprobación: a) por examen final (nota mínima 60 puntos); b) por promoción (la obtienen quienes aprueban el cursado superando los 210 puntos entre los tres parciales o sus /recuperatorios, con una nota no inferior a 65 puntos en ninguno de ellos; y c) por examen libre (rindiendo tres exámenes que cubren todo el contenido de la materia, y superando los 180 puntos entre los tres exámenes con una nota no inferior a 55 puntos en ninguno de ellos) PRACTICAS EN GABINETE / LABORATORIO /CAMPO Se realizan en la asignatura Laboratorio de Fenómenos de Transporte. ACTIVIDADES DIRIGIDAS A DES ARROLLAR HABILIDADES PARA LA COMUNICACIÓN ORAL Y ESCRITA No se realizan actividades particulares en este sentido, sin embargo los exámenes escritos contemplan variadas preguntas teóricas que deben ser respondidas con expresiones que demuestren capacidad en cuanto a comunicación de ideas. VIAJES DE ESTUDIO No corresponde

5 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 5 ANEXO PROGRAMA DE: CODIGO: 6216 MECANICA DE FLUIDOS METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA La asignatura contempla el desarrollo de clases teóricas a cargo del profesor, clases prácticas a cargo del asistente y los ayudantes, y horarios de consulta. En las clases teóricas se desarrollan los conceptos mediante deducciones y ejemplos simples de aplicación, y se muestran objetos, imágenes y películas aclaratorias. En las clases prácticas se resuelven problemas típicos englobadores de los conceptos de cada capítulo que muestran la metodología de trabajo, y se discuten (en forma personalizada) las guías de trabajos prácticos A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E (f i r m a a c l a r a d a) (f i r m a a c l a r a d a) V I S A D O C O O R D I N A D O R A R E A S E C R E T A R I O A C A D E M I C O D I R E C T O R D E D E P A R T A M E N T O Dra. Marisa PEDERNERA Dra. Verónica BUCALÁ FECHA: Agosto, 2012 FECHA: FECHA