M e c á n i c a de Fluidos

Transcripción

1 D i v i s i ó n d e I n g e n i e r í a s C a m p u s I r a p u a t o - S a l a m a n c a I I L I M e c á n i c a de Fluidos Profesor: José Manuel Riesco Ávila riesco@ugto.mx

2 COMPETENCIA DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Al terminar esta Unidad de Aprendizaje (UDA) el estudiante conocerá las propiedades de los fluidos y será capaz de analizar y resolver problemas relacionados con la estática y la dinámica de fluidos, tanto para flujos viscosos incompresibles como compresibles. Los conocimientos adquiridos en esta UDA le servirán para analizar y diseñar sistemas hidráulicos que involucran tuberías, accesorios y selección de equipo hidráulico. Además, será la base para otras Unidades de Aprendizaje tanto del área disciplinar como de profundización. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 2/16

3 CONTRIBUCIÓN AL PERFIL DE EGRESO Esta UDA incide de manera directa en la formación de las siguientes competencias: Genéricas (CG) institucionales: CG2. Se comunica de manera oral y escrita en español para ampliar sus redes académicas, sociales y profesionales que le permitan adquirir una perspectiva internacional. CG3. Maneja ética y responsablemente las tecnologías de la información para agilizar sus procesos académicos y profesionales de intercomunicación. Específica (CE) del programa: CE1....analiza y selecciona sistemas energéticos para mantener y mejorar procesos industriales usando técnicas tradicionales. Esta UDA será base para en cursos posteriores llevar a cabo la competencia específica: CE7. Analiza y desarrolla proyectos de uso eficiente de energía, utilizando fuentes convencionales y no convencionales, para reducir el consumo de recursos energéticos no renovables. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 3/16

4 CONTEXTUALIZACIÓN EN EL PLAN DE ESTUDIOS La importancia de esta UDA reside en que asienta los fundamentos para analizar sistemas energéticos. Esta UDA se caracteriza como disciplinaria porque aporta elementos importantes para el área de Termofluidos, la cual es una de las 3 áreas disciplinarias de la carrera de ingeniería mecánica (Sistemas Dinámicos, Diseño Mecánico y Termofluidos). Se imparte en el 4º semestre del Programa Educativo y es requisito para las demás Unidades de Aprendizaje subsecuentes del área de Termofluidos. Se relaciona con las siguientes Unidades de Aprendizaje: Transferencia de Calor, Máquinas Hidráulicas y Neumáticas, Fuentes no Convencionales de Energía, Aire Acondicionado y Refrigeración, Turbomáquinas y Equipos Térmicos, Plantas Térmicas y Uso Racional de la Energía. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 4/16

5 CONTENIDO 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Introducción Sólidos, líquidos y gases Clasificación de los flujos de fluidos Métodos de análisis Dimensiones y unidades Técnica para la solución de problemas Exactitud, precisión y cifras significativas. 2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Introducción El medio continuo Densidad, peso específico, volumen específico y gravedad específica Viscosidad Fluidos compresibles e incompresibles Compresibilidad de los líquidos Ecuaciones de estado para gases Compresibilidad de los gases Tensión superficial y capilaridad Presión de vapor. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 5/16

6 CONTENIDO 3. ESTÁTICA DE FLUIDOS Presión en un punto: Ley de Pascal Variación de la presión en un fluido en reposo Fluido incompresible Fluido compresible Presiones manométrica y absoluta Atmósfera estándar Medida de la presión - Manómetros Fuerzas hidrostáticas sobre superficies sumergidas Superficies planas Superficies curvas Flotación y estabilidad Fluidos en movimiento como sólido rígido. 4. CINEMÁTICA DE FLUIDOS Métodos de descripción (Lagrangiano y Euleriano) El campo de velocidades El campo de esfuerzos Fundamentos de visualización Movimiento de un elemento de fluido (cinemática). j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 6/16

7 CONTENIDO 5. ECUACIONES BÁSICAS EN FORMA INTEGRAL PARA UN VOLUMEN DE CONTROL Relación entre sistema y volumen de control Ecuación de continuidad Ecuación de cantidad de movimiento Volumen de control no inercial Volumen de control inercial La primera ley de la termodinámica Trabajo realizado sobre un volumen de control Ecuación para un volumen de control. 6. FORMA DIFERENCIAL DE LAS LEYES BÁSICAS Conservación de la masa Cantidad de movimiento Ecuación de Euler Ecuación de Bernoulli Presiones estática, dinámica y total Relación entre la primera ley de la termodinámica y la Ecuación de Bernoulli Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 7/16

8 CONTENIDO 7. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA DINÁMICA Naturaleza del análisis dimensional Teorema pi ( ) de Buckingham Determinación de grupos pi Grupos adimensionales de importancia en mecánica de fluidos Similaridad y estudios sobre modelos Relación entre el análisis dimensional y la semejanza dinámica. 8. FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE A TRAVÉS DE TUBERÍAS Introducción Flujos laminar y turbulento La región de entrada Flujo laminar completamente desarrollado en un tubo circular Flujo turbulento completamente desarrollado en tuberías Consideraciones de energía en el flujo en tuberías Coeficiente de energía cinética Pérdida de carga Cálculo de la pérdida de carga Pérdidas mayores: Factor de fricción Pérdidas menores Solución de problemas de flujo en tuberías Análisis de redes de tuberías. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 8/16

9 CONTENIDO 9. FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE EXTERNO Introducción Arrastre y sustentación Arrastre debido a fricción y a presión Coeficientes de arrastre de geometrías comunes Flujo paralelo sobre placas planas Flujo sobre cilindros y esferas Sustentación. 10. FLUJO COMPRESIBLE UNIDIMENSIONAL Propiedades de estancamiento Velocidad del sonido y número de Mach Flujo isentrópico unidimensional Flujo isentrópico en toberas Ondas de choque y ondas de expansión Flujo en ducto con transferencia de calor de fricción despreciable (flujo de Rayleigh) Flujo adiabático en un ducto con fricción (flujo de Fanno). j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 9/16

10 ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1. Reflexionar sobre la importancia y aplicaciones de la mecánica de fluidos en la ingeniería. 2. Exposición de los fundamentos básicos de la mecánica de fluidos y solución de problemas de aplicación. 3. Discusión grupal sobre los temas revisados. 4. Análisis de casos de interés, relacionados con los temas tratados. 5. Tareas relacionadas con los temas discutidos en clase. 6. Prácticas de laboratorio diseñadas para reafirmar los conceptos expuestos en clase. 7. Diseño de proyectos que involucran conceptos y aplicaciones de la mecánica de fluidos. 8. Otras sugeridas por el profesor. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 10/16

11 PRODUCTOS O EVIDENCIAS DEL APRENDIZAJE 1. Tareas de análisis de casos y problemas relacionados con los temas revisados en clase. 2. Reportes de prácticas de laboratorio. 3. Reporte de proyectos. SISTEMA DE EVALUACIÓN 1. Tareas 10% 2. Reportes de prácticas de laboratorio 10% 3. Reporte de proyecto (o proyectos) 10% 4. Exámenes parciales 70% TOTAL 100% j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 11/16

12 Capítulo C R O N O G R A M A S e m a n a Primer parcial Segundo parcial Tercer parcial Cuarto parcial Quinto parcial j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 12/16

13 RÚBRICA COMPETENCIAS GENÉRICAS Competencia CG2. Se comunica de manera oral y escrita en español para ampliar sus redes académicas, sociales y profesionales que le permitan adquirir una perspectiva internacional. Escribe informes en español con algunas faltas de ortografía y expresa sus ideas de manera oral con dificultad. Redacta informes en español con un mínimo de faltas de ortografía y expresa sus ideas de manera oral con mínima dificultad. Redacta informes en español sin faltas de ortografía y expresa sus ideas de manera oral con claridad. Redacta informes en español bien estructurados, sin faltas de ortografía y con conclusiones sobre el tema, y expresa sus ideas de manera oral con claridad y fluidez. CG3. Maneja ética y responsablemente las tecnologías de la información para agilizar sus procesos académicos y profesionales de intercomunicación. Identifica herramientas tecnológicas modernas de intercomunicación, conoce software para procesamiento de textos y para hacer presentaciones orales. Maneja herramientas tecnológicas modernas de intercomunicación, conoce software para procesamiento de textos y para hacer presentaciones orales. Utiliza herramientas tecnológicas modernas de intercomunicación, y software para procesamiento de textos y para hacer presentaciones orales. Utiliza y demuestra un dominio de herramientas tecnológicas modernas de intercomunicación y software para procesamiento de textos y para hacer presentaciones orales. Cita de manera adecuada sus fuentes bibliográficas. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 13/16

14 RÚBRICA COMPETENCIAS ESPECÍFICAS Competencia CE1:...analiza y selecciona sistemas energéticos para mantener y mejorar procesos industriales usando técnicas tradicionales. Identifica los sistemas hidráulicos que incluyen accesorios, bombas, ventiladores y turbinas. Plantea problemas de sistemas hidráulicos que involucran pérdidas mecánicas y selección de bombas y turbinas hidráulicas. Resuelve problemas de sistemas hidráulicos que involucran pérdidas mecánicas y selección de bombas y turbinas hidráulicas. Resuelve y analiza problemas de sistemas hidráulicos que involucran pérdidas mecánicas y selección de bombas y turbinas hidráulicas, haciendo un uso adecuado de los sistemas de unidades. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 14/16

15 RÚBRICA COMPETENCIAS DE LA UDA Competencia El estudiante conocerá las propiedades de los fluidos y será capaz de analizar y resolver problemas relacionados con la estática y la dinámica de fluidos, tanto para flujos viscosos incompresibles como compresibles. Identifica las propiedades de los fluidos y conoce las ecuaciones de la estática y dinámica de los fluidos. Plantea problemas de estática y dinámica de fluidos. Resuelve problemas de estática y dinámica de fluidos. Resuelve y analiza problemas de estática y dinámica de fluidos, haciendo uso eficiente de los sistemas de unidades. Analiza y diseña sistemas hidráulicos que involucran tuberías, accesorios y selección de equipo hidráulico. Conoce la ecuación de la energía mecánica que involucra las pérdidas de carga a través de un sistema de tuberías. Plantea problemas de sistemas hidráulicos que involucran pérdidas mecánicas y selección de bombas y turbinas hidráulicas. Resuelve problemas de sistemas hidráulicos que involucran pérdidas mecánicas y selección de bombas y turbinas hidráulicas. Resuelve y analiza problemas de sistemas hidráulicos que involucran pérdidas mecánicas y selección de bombas y turbinas hidráulicas, haciendo un uso adecuado de los sistemas de unidades. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 15/16

16 BIBLIOGRAFÍA 1. Fox, R.W., & McDonald, A.T. (2011), Introduction to Fluid Mechanics, 8th ed., John Wiley & Sons. 2. Çengel, Y.A., y Cimbala, J.M. (2006), Mecánica de Fluidos, Fundamentos y Aplicaciones, 1ª ed., McGraw-Hill Interamericana. 3. White, F.M. (2010), Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill. 4. Shames, I.H. (2002), Mechanics of Fluids, 4th ed., McGraw-Hill. 5. Streeter, V.L., Bedford, K.W., Wylie, E.B. (1997), Fluid Mechanics, McGraw- Hill. j.m. riesco a. IILI06083 Mecánica de Fluidos Pág. 16/16