Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía. Programa de Estudio

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1 Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía Programa de Estudio Mecánica de Fluidos 4 12 Asignatura Clave Semestre Créditos Formación Profesional Ciclo Física Área Asignatura: Horas: Total Horas: Obligatoria X Teóricas 5 Semana 7 Optativa Prácticas 2 16 semanas 112 Modalidad: Seriación obligatoria antecedente: Curso Teórico-Práctico Ninguna Seriación obligatoria consecuente: Ninguna Objetivos del curso: Introducir al alumno al estudio de la mecánica de fluidos a través de las ecuaciones fundamentales, resolviendo problemas típicos de la ingeniería de fluidos. Temario

2 No. Nombre Horas 1. Introducción 5 2. Ecuaciones de balance Ecuaciones constitutivas y ecuaciones de balance para un fluido newtoniano 4. Estática de fluidos 5 5. Cinemática de fluidos 5 6. Análisis dimensional y semejanza Flujo viscoso incompresible Subtotal 80 Prácticas de laboratorio 32 Total Introducción Objetivo: Motivar al alumno al estudio de la mecánica de fluidos presentando un panorama de las aplicaciones en este tópico en las energías renovables e introducir conceptos básicos. 1.1 Panorama de las aplicaciones de la mecánica de fluidos en las energías renovables 1.2 Características de los fluidos: líquidos y gases 1.3 Hipótesis del continuo 1.4 Propiedades de los fluidos 1.5 Clasificación de los fluidos y de los flujos 1.6 Descripción Euleriana y Lagrangiana 1.7 Teorema de transporte de Reynolds PRÁCTICA: Medición de densidades de líquidos 2. Ecuaciones de balance Objetivo: Presentar al alumno la deducción de las ecuaciones de balance de la mecánica de fluidos a partir de las leyes fundamentales de la mecánica y la termodinámica. Que el alumno sea capaz de resolver problemas simples de flujos utilizando las ecuaciones de balance en su forma integral. 2.1 Ecuaciones de balance en forma integral

3 2.1.1 Masa Aplicaciones: gasto y velocidades en conductos Cantidad de movimiento Aplicaciones: codos, reducciones, álabes Momento de la cantidad de movimiento Aplicaciones: bombas, turbinas Energía Aplicaciones: Ecuación de Bernoulli, tubo de Pitot, venturímetro, boquillas, orificios 2.2 Ecuaciones de balance en forma diferencial Masa Cantidad de movimiento Energía 3 Ecuaciones constitutivas y ecuaciones de balance para un fluido newtoniano Objetivo: Que el alumno comprenda lo que son las ecuaciones constitutivas y la forma en que éstas se incorporan a las ecuaciones de balance. En particular, que comprenda las características físicas de un fluido Newtoniano y el significado de las ecuaciones de Navier-Stokes y de Euler. Que sea capaz de resolver problemas utilizando la ecuación de Bernoulli. 3.1 Ecuaciones constitutivas Sistema de esfuerzos en un fluido. Relación entre esfuerzos y rapidez de deformación Ecuación constitutiva de un fluidos Newtoniano Otras ecuaciones constitutivas (Ley de Fick, Ley de Fourier). 3.2 Ecuaciones Navier-Stokes Ecuaciones de Navier-Stokes para un fluido incompresible Concepto de vorticidad y ecuación de vorticidad 3.3 Ecuaciones Euler Concepto de fluido ideal Definición de flujo potencial 3.4 Conservación de la energía cinética: Ecuación Bernoulli Ecuación de Bernoulli para flujo estacionario y para flujo potencial Aplicaciones PRÁCTICA: Medición de gasto en botella simple y en botella de Mariotte PRÁCTICA: Medición de velocidad con tubo de Pitot 4 Estática de fluidos

4 Objetivo: Que el alumno sea capaz de calcular las fuerzas que actúan en superficies y en cuerpos sumergidos en un fluido en reposo 2.3 Reducción de la ecuación de cantidad de movimiento estático 2.4 Aplicaciones 5 Cinemática de fluidos Objetivo: Que el alumno sea capaz de describir el movimiento de fluidos 5.1 Líneas de flujo 5.2 Circulación y vorticidad 5.3 Función de corriente 5.4 Tubos de corriente y tubos de vorticidad 5.5 Cinemática de las líneas de vorticidad 6 Análisis dimensional y semejanza Objetivo: Que el alumno sea capaz de utilizar el análisis dimensional como un método complementario para el estudio de la dinámica de fluidos 6.1 Dimensiones y unidades 6.2 Homogeneidad dimensional 6.3 Parámetros adimensionales obtenidos de ecuaciones diferenciales 6.4 Significado de algunos parámetros adimensionales 6.5 El teorema Π de Buckingham 6.6 Semejanza dinámica y estudios sobre modelos 7 Flujo viscoso incompresible Objetivo: Que el alumno sea capaz de hacer cálculos básicos del flujo en tuberías, de comprender las diferencias entre flujo laminar y turbulento. Que conozca casos especiales en que las ecuaciones de Navier-Stokes tienen solución exacta y el análisis básico de capa límite. 7.1 Flujo viscoso en conductos Regímenes en función del número de Reynolds Flujo interno y corriente exterior Correlaciones semi-empíricas de los esfuerzos turbulentos Flujo en conductos circulares Formas alternativas del diagrama de Moody Flujo en conductos no circulares Pérdidas localizadas en tuberías

5 7.1.8 Sistemas de tuberías 7.2 Soluciones exactas Flujos de Couette Flujo de Poiseuille Problemas de Stokes Flujo entre dos cilindros 7.3 Flujo en la capa límite Introducción Estimaciones con la ecuación integral de cantidad de movimiento Ecuaciones de la capa límite Capa límite de la placa plana Capa límite con gradiente de presión Bibliografía básica: White F.M., Fluid Mechanics, 5 th Ed. McGraw-Hill, Acheson D.J., Elementary fluid dynamics, Oxford University Press, Oxford, Guyon E., Hulin J. P., Petit L., Mitescu C. D., Physical hydrodynamics, Oxford University Press, Oxford, Currie I.G., Fundamental mechanics of fluids, 2nd Ed., McGraw-Hill, New York, Fox R.W., McDonald A.T., Pritchard P.J., Introducción to Fluid Mechanics, 6 th Ed. McGraw-Hill, Paterson A.R., A First Course in Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 1983 Panton R. Incompressible Flow, John Wiley, 1984 Streeter V.L., Wyle E.B., Bedford K.W., Fluid Mechanics, 9 th Ed., McGraw-Hill, Welty J.R., Wilson R.E., Wicks C.E., Fundamentals of Momentum Heat and Mass Transfer, 4ª Ed, New York, John Wiley Homsy G.M et al. Multimedia Fluid Mechanics, Multilingual version, Cambrige University Press, CD- ROM, Temas para los que se recomienda: 3, 5, 7 3, 5, 7 1-4, 6

6 Bibliografía complementaria: Temas para los que se recomienda: M. Van Dyke, An album of fluid motion, The parabolic Press, Stanford, 1982 Smits A.J., Mecánica de Fluidos: una introducción física, México Alfaomega, Gerhart P., Gross R. Hochstein J, Fundamentos de mecánica de fluidos, 2ª. Ed., E.U.A., Addison-Wesley Iberoamericana, Shames I.H., Mecánica de Fluidos, 3a. Ed. México, McGraw-Hill, Mataix C., Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, 2ª. Ed., Alfaomega-Oxford, Warhaft Z., An Introduction to Termal-Fuid Engineering, The Engine and the Atmosphere, Cambridge University Press, Potter M.C., Wiggert D.C., Mecánica de Fluidos, 3a. Ed, México, Thomson, Munson B.R., Young D.F., Okiishi T.H., Fundamentos de Mecánica de Fluidos, México, Limusa Wiley, Crowe C.T., Elger D.F., Roberson J.A., Mecánica de Fluidos, México, CECSA, Kundu P.K., Cohen I.M., Fluid Mechanics, 2nd edition, Academic Press, USA, 2002.

7 Sugerencias didácticas: Exposición oral X Lecturas obligatorias X Exposición audiovisual X Trabajos de investigación X Ejercicios dentro de clase X Prácticas de taller o laboratorio X Ejercicios fuera del aula: X Prácticas de campo Seminarios X Otras: Usos de metodologías didácticas de punta X Forma sugerida de evaluar: Exámenes parciales X Participación en clase X Exámenes finales X Asistencias a prácticas X Trabajos y tareas fuera del aula X Otras: Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura: Físico, Matemático o Ingeniero Mecánico, preferentemente con estudios de posgrado, con área de competencia y trabajo afín a la asignatura.