Consecuente: Laboratorio de Ingeniería Química III y Operaciones Unitarias II Créditos: 6 (2 h teoría y 2 h taller)

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE SONORA Unidad Regional Centro División de Ingeniería Departamento Ingeniería Química y Metalurgia LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA Asignatura: Mecánica de Fluidos Clave: 90 Antecedente: Fenómenos de Transporte Consecuente: Laboratorio de Ingeniería Química III y Operaciones Unitarias II Créditos: 6 ( h teoría y h taller) Modalidad: Semipresencial Horas Semana: Horas curso: 6 Modalidad enseñanza-aprendizaje: Curso/Taller Departamento de Servicio: Ingeniería Química y Metalurgia Eje de formación: Profesionalizante Carácter: Obligatorio Competencias específicas a desarrollar: Identifica, analiza y diagnostica el efecto o impacto de las variables de un proceso físico y/o químico. Capacidad para interpretar y evaluar datos derivados de observaciones y mediciones, relacionándolos con la teoría para explicar los fenómenos físicos y/o químicos. Aplica técnicas de simulación y optimización para determinar los valores más convenientes de las variables de interés en un proceso físico y/o químico. Diseña sistemas de instrumentación y control para mantener el comportamiento óptimo de un proceso físico y/o químico.

2 Introducción: Dentro de cualquier industria de procesos se manejan sustancias fluidas (líquidas y gaseosas), por lo tanto es importante conocer los principios que los rigen, tipo de equipos y accesorios con los cuales se pueden manejar de forma eficiente, así como las diferentes técnicas de cálculo para dimensionarlos. En la unidad uno se presenta la importancia de la mecánica de fluidos en ingeniería, seguido de las principales técnicas del análisis dimensional. En la unidad dos se presenta la definición ingenieril de sustancias fluidas, así como un análisis de las principales propiedades de los fluidos, desde el punto de vista de su significado físico y dimensional, así como sus unidades en los diferentes sistemas de unidades. En la Unidad tres se presenta la introducción al concepto de cabezal de altura de presión, así como los equipos más importantes para su medición. Asimismo, se presenta el la fuerza total resultante ejercida por fluidos líquidos en reposo, sobre superficies planas horizontales, verticales e inclinadas. Adicionalmente se analiza el l empuje y flotación. En la unidad cuatro se presentan los fundamentos de flujo de fluidos, analizando la ecuación de continuidad, la ecuación de Bernoulli y la ecuación de cantidad de movimiento. En la Unidad cinco se presenta el análisis de fluidos incompresibles en tuberías, enfatizando cálculos como factor de fricción, pérdidas de carga por fricción en tubería recta y pérdidas de carga en válvulas y accesorios. En la unidad seis se analizan los diferentes tipos de válvulas desde el punto de vista de sus características, uso y selección. Discutiendo además, la problemática generada por los fenómenos de cavitación y el golpe de ariete. En la unidad siete se analizan los diferentes tipos de bombas desde el punto de vista de sus características, uso y selección. Asimismo, se describen los métodos analíticos y gráficos para calcular el punto de operación de una bomba centrifuga, su escalamiento mediante el uso de las leyes de semejanza así como el análisis para la predicción de problemas de cavitación en estos equipos de bombeo. En la unidad ocho se presenta el análisis de fluidos líquidos en tuberías serie, paralelo y equivalentes. Asimismo se presenta al los diferentes caudales que circular por una red de tuberías mediante el método de Hardy Cross. En la unidad nueve se presenta el análisis de flujo de fluidos compresibles en tuberías, desde el punto de vista de los regímenes de flujo subsónico, sónico, supersónico e hipersónico; bajo condiciones isotérmicas e isoentrópicas, circulando por pequeñas secciones desde contenedores o a través de tramos de tubería largos o cortos, con diámetro constante o provista de ampliaciones y reducciones. En la unidad diez se analizan los diferentes tipos de compresores y equipo de vacío desde el punto de vista de sus características, uso y selección. Asimismo, se describen los para calcular el punto de operación de un compresor alternativo de múltiples etapas operando mediante procesos compresión

3 adiabáticos, isotérmicos o politrópicos.

4 Propósito: La materia proporciona conocimientos básicos para cursar las asignaturas profesionalizantes y especializantes, donde se requiera el cálculo y dimensionamiento de equipos y accesorios para el manejo de sustancias fluidas en reposo y en movimiento. Objetivo General: Conocer los principios de la mecánica de fluidos y su aplicación en situaciones prácticas en el área de Ingeniería Química Para utilizar el verbo en infinitivo adecuado apoyarse en una tabla de taxonomía del conocimiento (se adjunta en el material de apoyo). Objetivos Específicos: 1. Conocer las diferentes propiedades de los fluidos, involucradas en el análisis de sustancias fluidas en reposo y en movimiento.. Identificar los diferentes equipos y accesorios necesarios para el manejo de sustancias fluidas. 3. Aplicar las ecuaciones de continuidad, Bernoulli y cantidad de movimiento, en el análisis de fluidos en movimiento.. Identificar las pérdidas de carga por fricción y debidas a válvulas y accesorios en fluidos en movimiento. 5. Calcular el punto de operación de una bomba centrífuga. 6. Diseñar redes complejas de tuberías, para la distribución y disposición eficiente de sustancias fluidas en diferentes situaciones y para múltiples requerimientos. 7. Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo, y tolerante para la solución de problemas y análisis de situaciones o casos donde se involucre el análisis de fluidos en reposo y en movimiento. Así mismo deberá comunicarse de forma oral y escrita apropiadamente en español e inglés, tener conocimiento de las tecnologías de la información y la comunicación. Unidad de Competencia I. Introducción 1.1 La Mecánica de Fluidos en la Ingeniería 1. Dimensiones y Sistemas de Unidades 1.3 Análisis Dimensional Unidades de Competencias Unidad de Competencia II. Propiedades de los Fluidos.1 Definición de fluido. Viscosidad.3 Densidad. Capacidad Calorífica.5 Tensión Superficial y Capilaridad

5 .6 Presión de Vapor Unidad de Competencia III. Presión 3.1 Concepto 3. Medidores de Presión 3.3 Cálculo de la Fuerza Resultante Total sobre Superficies 3. Empuje y Flotación Unidad de Competencia IV. Fundamentos de Flujo de Fluidos.1 Ecuación de Continuidad. Ecuación de Bernoulli.3 Ecuación de Cantidad de Movimiento Unidad de Competencia V. Flujo de Fluidos Incompresibles en Tuberias 5.1 Factor de Fricción 5. Pérdidas de Carga por Fricción en Tubería Recta 5.3 Pérdidas de Carga por Fricción en Válvulas y Accesorios Unidad de Competencia VI. Válvulas 6.1 Características 6. Uso 6.3 Selección Unidad de Competencia VII. Bombas 7.1 Características 7. Uso 7.3 Selección Unidad de Competencia VIII. Redes y Sistemas de Tuberías 8.1 Tuberías Compuestas, en Paralelo y Ramificadas 8. Sistema de Tuberías Equivalentes 8.3 Redes de Tuberías 8. Método de Hardy Cross Unidad de Competencia IX. Flujo de Fluidos Compresibles en Tuberías 9.1 Flujo Isotérmico en Fluidos Compresibles 9. Flujo Isoentrópico en Fluidos Compresibles 9.3 Relaciones Área-Velocidad en Flujo Compresible 9. Flujo Compresible a través de Reducciones Unidad de Competencia X. Compresores, Ventiladores y Equipo de Vacío 10.1 Características 10. Uso 10.3 Selección

6 Evaluación: criterios generales para la acreditación del curso: Exámenes (3 parciales) (80%) Asignación de problemas específicos y tareas en grupo (0%) Bibliografía: Victor L. Streeter, E. Benjamin Wylie Y Keith W. Bedford. Mecánica de Fluidos. Ed. Mc Graw-Hill, 9ª Edicion, 000. Tipo (básica o complementaria) Básica Frank M. White. Fluid Mechanics. Ed. Mcgraw Hill. a Edición, Básica Ronald V. Giles. Mecánica de los Fluidos E Hidráulica. Ed. Mc Graw-Hill, Básica Robert W. Fox Y Alan T. Mcdonald. Introducción a la Mecánica de Fluidos. Ed. Mc Graw-Hill, a Edición, Básica Crane. Flujo de Fluidos en Válvulas Accesorios y Tuberías. Flow of Fluids Technical Paper 10. Ed. Mc Graw-Hill, Básica Richard W. Greene. Válvulas: Selección Uso y Mantenimiento. Ed. Mc Graw- Hill, Mcnaughton, Kenneth. Bombas. Selección, Usos y Mantenimiento. Ed. Mc Graw-Hill Interamericana, Richard W. Greene. Compresores: Selección, Uso y Mantenimiento. Ed. Mc Graw-Hill, Complementaria Complementaria Complementaria

7 Desarrollo de las competencias Resultados del aprendizaje Comprensión de la importancia de mecánica de fluidos en ingeniería Conocer las técnicas de análisis dimensional Actividades educativas SEMANA 1 Exposición de contenidos y ejemplos por el maestro. Así como discusión grupal Volumen de trabajo del estudiante calculado en horas 1 3 Evaluación Proyecto 1, ejemplos de aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería Proyecto 1 Aplicación del teorema Pi de Buckingham Conocer las principales propiedades de los fluidos Conocer el efecto de la presión en fluidos Comprender el efecto de la presión ejercida sobre superficies planas, por líquidos en reposo. Aplicación de las ecuaciones de continuidad y Bernoulli, en fluidos en movimiento Aplicación de la ecuación de cantidad de movimiento SEMANA SEMANA 3 SEMANA Proyecto 3 Cálculo de las diferentes propiedades de los fluidos Proyecto Ejércicios de cabezal de presión con manómetros y piezómetros Proyecto 5 cálculo fuerza total sobre superficies planas horizontales, verticales e inclinadas Proyecto 6 aplicación de la ecuación de continuidad y Bernoulli Proyecto 7 aplicación de la ecuación de cantidad de movimiento

8 Comprender la utilización del diagrama de Moody para el factores de fricción SEMANA 5 1 Proyecto 7 aplicación del diagrama de Moody Comprender el cálculo de pérdidas de carga por fricción y debidas a válvulas y accesorios Identificar los diferentes tipos de válvulas desde el punto de vista de sus características, uso y selección. Identificar los principales problemas operativos en válvulas, tales como golpe de ariete y cavitación Identificar los diferentes tipos de bombas desde el punto de vista de sus características, uso y selección. Comprender los métodos iterativos y gráficos para calcular el punto de operación de bombas centrifugas Identificar problemas de cavitación en bombas centrifugas SEMANA 6 SEMANA 7 SEMANA 8 SEMANA Proyecto 8 aplicación de la ecuación de cantidad de movimiento Proyecto 9 Trabajo de investigación sobre los usos industriales de diferentes tipos de válvulas Proyecto 10 aplicación del Cálculo del Cv en válvulas operando a diferentes condiciones Proyecto 11 Trabajo de investigación sobre los usos industriales de diferentes tipos de bombas Proyecto 1 aplicación de los métodos iterativo y gráfico para el operación de una bomba centrifuga Proyecto 13 aplicación de los métodos de predicción de cavitación en bombas centrifugas

9 Comprender los métodos de extrapolación de una bomba centrifuga, mediante el uso de las leyes de semejanza Identificar los sistemas de tuberías en serie, paralelo y equivalentes Comprender el uso de la fórmula y el diagrama de Hazem-Williams, para el cálculo caudales en sistemas de tuberías Comprender la metodología para el caudales en redes de tuberías mediante el método de Hardy Cross Comprender el flujo isotérmico en fluidos Compresibles Comprender flujo isoentrópico en fluidos Compresibles Relaciones Área- Velocidad en Flujo Compresible SEMANA 10 SEMANA 11 SEMANA 1 SEMANA 13 SEMANA 1 Proyecto 1 aplicación de las leyes de semejanza para bombas centrifugas Proyecto 15 conversión de tuberías en serie en tuberías equivalentes Proyecto 16 aplicación de la fórmula y el diagrama de Hazem- Williams Proyecto 17 caudales en una red de tuberías, utilizando el método de Hardy Cross Proyecto 18 velocidad en peso de gases operando bajo condiciones isotérmicas Proyecto 19 velocidad en peso de gases operando bajo condiciones isoentrópico Proyecto 0 velocidad en peso de gases

10 Flujo Compresible a través de Reducciones Identificar los diferentes tipos de compresores y equipo de vacío, desde el punto de vista de sus características, uso y selección. Comprender los métodos iterativos y gráficos para calcular el punto de operación de compresores SEMANA 15 SEMANA 16 operando bajo regímenes de flujo subsónico y sónico Proyecto 1 velocidad en peso de gases, en tuberías provistas de reducciones Proyecto Trabajo de investigación sobre los usos industriales de diferentes tipos de compresores y equipo de vacío Proyecto 1 aplicación de los métodos para calcular la potencia de compresores alternativos operando mediante compresiones adiabáticas, isotérmicas o politrópicas PERFIL ACADÉMICO DESEABLE DEL RESPONSABLE DE IMPARTIR LA ASIGNATURA Profesionista en el área de la materia, de preferencia con estudios de posgrado y experiencia académica y laboral.