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

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 PROGRAMA DEL CURSO I I L I M E C Á N I C A D E F L U I D O S 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 los mismos, 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. 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 y en una lengua extranjera 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. CG6. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales para promover espacios de convivencia académica y profesional. 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: CE8. Analiza y desarrolla proyectos de uso eficiente de energía, utilizando fuentes convencionales y no convencionales, para reducir el consumo de recursos energéticos no renovables. 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.

2 CONTENIDO 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.1. 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 2.1. 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 Energía y calores específicos. 3. ESTÁTICA DE FLUIDOS 3.1. 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 4.1. Métodos de descripción (Lagrangiano y Euleriano) El campo de velocidades El campo de esfuerzos Fundamentos de visualización Movimiento de un elemento de fluido (cinemática).

3 5. ECUACIONES BÁSICAS EN FORMA INTEGRAL PARA UN VOLUMEN DE CONTROL 5.1. 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 6.1. 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. 7. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA DINÁMICA 7.1. Naturaleza del análisis dimensional Teorema pi (π) 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 Adimensionalización de las ecuaciones de conservación. 8. FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE A TRAVÉS DE TUBERÍAS 8.1. Introducción Flujo laminar completamente desarrollado entre placas paralelas 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. 9. FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE EXTERNO 9.1. 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.

4 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). Capítulo C R O N O G R A M A S e m a n a ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 1. Presentación de los temas del curso por el profesor. 2. Discusión grupal. 3. Análisis de casos de interés. 4. Aprendizaje basado en problemas. 5. Prácticas de laboratorio. 6. Otras sugeridas por el profesor. RECURSOS MATERIALES Y DIDÁCTICOS 1. Pintarrón y marcadores. 2. Proyector. 3. Computadora con acceso a internet. 4. Otros sugeridos por el profesor. PRODUCTOS O EVIDENCIAS DEL APRENDIZAJE 1. Análisis de casos y problemas (tareas y participación). 2. Reportes de prácticas. 3. Exámenes parciales. 4. Examen final. SISTEMA DE EVALUACIÓN 1. Tareas, asistencia y participación 20% 2. Reportes de prácticas 10% 3. Exámenes (parciales más final) 70% TOTAL 100% CONTENIDO

5 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. PROFESOR Armando Gallegos Muñoz Cubículo 227 gallegos@ugto.mx