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Información detallada de curso

 

Primer semestre 2015
Mar 29, 2024
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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: IME 4070 - MECANICA DE FLUIDOS
División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto. Ingeniería Mecánica
MAT 4011 Calificación mínima de 3.0 o MAT 4013 Calificación mínima de 3.0
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
3.000 Horas de Teoría
0.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría

El curso se inicia con el estudio de los fluidos y sus propiedades como la viscosidad, densidad, presión, tensión superficial, entre otras; y la explicación de fenómenos como la capilaridad, el golpe de ariete, la cavitación. Se estudian las leyes y las aplicaciones de la hidrostática, la variación de la presión y la fuerza ejercida sobre superficies y cuerpos sumergidos en un fluido en reposo. La hidrodinámica se inicia con las definiciones de flujo, líneas de corriente, gasto. Se clasifican y describen los flujos: permanentes y no permanentes, uniformes y variados, laminares y turbulentos. Se deducen, analizan y aplican las ecuaciones del transporte, de continuidad, cantidad de movimiento, Bernoulli y energía aplicadas a un volumen de control. Se plantean las ecuaciones de Navier Stokes. Se introducen los fundamentos del análisis dimensional, se estudian las condiciones de semejanza y relaciones de escala en modelos y prototipos. Se definen los grupos adimensionales más representativos, como Reynolds, Froude, Coeficiente de presión, Euler, Mach. Al final del curso se estudian los flujos reales. Se describe la capa límite y se relaciona con las pérdidas de presión en flujos en tuberías y con las fuerzas de arrastre y sustentación en cuerpos en contacto o rodeados por un flujo.


3. JUSTIFICACIÓN

El conocimiento de las propiedades y la correcta aplicación de las leyes de la mecánica de fluidos es importante para el estudiante, porque todos los procesos, fenómenos, estructuras y máquinas con las que trabajan están relacionados con fluidos o con flujos que determinan tanto sus especificaciones de diseño y selección como sus condiciones de operación. El conocimiento de mecánica de fluidos es fundamental en el diseño y construcción de estructuras hidráulicas, puentes, pavimentos, acueductos; intercambiadores de calor, máquinas de combustión, turbinas, bombas, entre muchos otros casos.


4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL
Que el estudiante adquiera los conocimientos básicos sobre la mecánica de los fluidos a partir del conocimiento de sus propiedades, de las condiciones de frontera y de las fuerzas a que estén sometidos, tanto en situaciones ideales como de ingeniería. Que incorporen a su vocabulario la terminología propia de la temática tratada y que comprendan su importancia en las aplicaciones.

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Describir las propiedades de los fluidos, determinar sus valores y explicar sus aplicaciones.
2. Calcular la presión en un punto de un fluido en reposo.
3. Calcular la fuerza ejercida por un fluido en reposo.
4. Describir los diferentes tipos de flujo.
5. Aplicar el concepto de gasto.
6. Aplicar la ecuación del transporte de Reynolds.
7. Aplicar el concepto de continuidad al volumen de control.
8. Aplicar la ecuación de la energía al volumen de control.
9. Aplicar la ecuación cantidad de movimiento al volumen de control.
10. Aplicar el análisis dimensional al planteamiento y solución de problemas específicos de mecánica de fluidos.
11. Calcular las pérdidas de energía disponible en flujos en conductos cerrados.
12. Calcular la fuerza en cuerpos sumergidos en un flujo.

Además, el curso fomentará la capacidad de análisis, la comunicación efectiva y la capacidad para resolver problemas, las cuales son competencias básicas en el estudiante.


5. METODOLOGÍA

El estudiante construirá nuevos conceptos a partir de la teoría y de sus experiencias previas y aplicará los nuevos conocimientos en casos comunes en ingeniería. Con el siguiente procedimiento se pretende alcanzar los objetivos propuestos:
- Se pondrá a disposición del estudiante la parcelación del curso para que prepare con anticipación los temas citados, que se encuentran en la bibliografía.
- Los temas cubiertos en cada clase deben ser complementados por el estudiante mediante lecturas adicionales, en español o en inglés, para lograr un mayor entendimiento de la asignatura.
- Los temas desarrollados durante las clases, y aquellos entregados como lecturas a los estudiantes, serán objeto de evaluación.

Para verificar el grado de aprendizaje logrado por el estudiante, se realizarán exámenes escritos individuales y talleres en grupo. Los estudiantes estarán siempre preparados para ser evaluados.


6. MEDIOS

Básicamente en el curso se utilizarán:
- Tablero, marcadores, texto guía y la calculadora científica.
- Periódicamente se colocarán en el catálogo WEB de la asignatura problemas resueltos como ilustración y propuestos para trabajo independiente de los estudiantes.
- Cuando se requieran, se usarán los recursos audiovisuales con que cuenta la Universidad.


7. CONTENIDO

1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
- Definición y clasificación de los fluidos.
- Ley de viscosidad de Newton. Viscosidad. Unidades.
- El continuo. Densidad; peso específico; densidad relativa. Concentración; densidad de mezclas, fracción de masa. Unidades.
- Gases ideales. Calor específico; energía interna; entalpía.
- Elasticidad volumétrica; golpe de ariete. Presión de vapor; cavitación. Tensión superficial; capilaridad.

2. HIDROSTÁTICA
- Presión en un punto. Variación de la presión en un fluido en reposo; ley fundamental de la hidrostática.
- Escalas y unidades de presión. Equivalencias.
- Medidores de presión. Piezómetros. Manómetros.
- Fuerzas debidas a la presión de un fluido. Presión constante. Superficies planas inclinadas. Superficies curvas.
- Empuje. Flotación.

3. HIDRODINÁMICA:
- Flujos, campos de flujo, trayectoria, línea y tubo de corriente, trazador.
- Clasificaciones de los flujos. Permanente; no permanente. Uniforme; no uniforme. Laminar; turbulento. Ideal; real.
- Gasto.
- Sistema y volumen de control. Ecuación del transporte de Reynolds.
- Conservación de la masa. Continuidad. Caudal, velocidad media.
- Ecuación de Bernulli.
- Ecuación de la Cantidad de Movimiento.
- Aplicaciones.
- Ecuación de la energía. Aplicaciones.
- Ecuaciones de Navier-Stokes.

4. ANÁLISIS DIMENSIONAL
- Teoría y experimentación. Modelo y prototipo. Semejanza geométrica, cinemática y dinámica.
- Teorema de Buckingham.
- Grupos adimensionales notables.
- Relación de escalas.

5. FLUJOS REALES
- Pérdidas; arrastre y sustentación. Teoría de la capa límite.
- Flujo interno. Caso flujo laminar y permanente.
- Pérdidas en tuberías. Ecuación de Darcy-Weisbach. Factor de fricción: ecuaciones; diagrama de Moody.
- Pérdidas menores.
- Flujo en canales abiertos.
- Flujo externo: coeficiente de arrastre.
- Flujo sobre placas planas.
- Flujo sobre objetos sumergidos.


8. EVALUACIONES

Se reportarán tres evaluaciones parciales y un examen final acumulativo. Las calificaciones de cuices y tareas se computan con las evaluaciones parciales, pero no al examen final.

Primer parcial: 25%
Segundo parcial: 25%
Tercer parcial: 25%
Examen final: 25%


9. BIBLIOGRAFIA

CENGEL, Y. y CIMBALA, J. Mecánica de Fluidos. McGraw Hill. México 2006.
GERHART, P. Mecánica de Fluidos, Segunda Edición, 1995, Addison-Wesley Iberoamericana.
MOTT, R. Mecánica de Fluidos, Prentice Hall, Sexta edición.
POTTER y WIGGERT¸ Mecánica de Fluidos. Segunda edición, 1997, Prentice & Hall.
ROBERSON, J. A. y CROWE, C.T, Mecánica de Fluidos, segunda edición, 1983, Interamericana.
SHAMES, IRVING, Mecanics Of Fluids, Third Edition, 1992, McGraw Hill.
STREETER, WYLIE, y BEDFORD, Fluid Mechanics, Novena Edición, 1999, McGraw Hil
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