silabo fluidos
DESCRIPTION
dsTRANSCRIPT
-
1
SILABO DE MECANICA DE FLUIDOS II
I. IDENTIFICACIN:
1.1 Experiencia Curricular : Mecnica de Fluidos II. (1528)
1.2 Para estudiantes de la carrera : Ingeniera Mecnica.
1.3 Calendario Acadmico : 2013.
1.4 Ao / Semestre curricular : 2013 I.
1.5 Ciclo : VII.
1.6 rea Curricular : Formacin Profesional.
1.7 Extensin Horaria
1.7.1 Total Horas Semanales : 06
Horas Teora : 03
Horas Prctica : 02
Horas Laboratorio : 01
1.8 Creditaje : 04
1.9 Pre Requisito : Termodinmica II (1522)
Mecnica de fluidos I (1523)
1.10 Duracin : 16 Semanas.
1.11 Inicio : 01/04/13
1.12 Trmino : 17/07/13
1.13 Organizacin del tiempo semestral :
Tipo de actividades Total Unidades
horas I II III
7.1.1. Clases Tericas
7.1.2. Clases Prcticas
7.1.3. Otros
48
36
12
15
12
04
21
12
04
12
12
04
Total Horas 96 31 37 28
1.14 Departamento Acadmico y Facultad : Mecnica y Energa Ingeniera.
1.15 Docente del curso : .
II. FUNDAMENTACIN Y DESCRIPCIN:
Mecnica de Fluidos II, es la continuacin de un curso de formacin acadmico profesional en
Ingeniera, como es la Mecnica de Fluidos como ciencia del estudio de los fluidos, est basada en
una adecuada complementacin entre teora y experimentacin o simulacin.
El desarrollo del curso de Mecnica de fluidos II, abarca el estudio analtico mediante ecuaciones
diferenciales de los fluidos incompresibles convencionales, los modelos de flujo potencial y de capa
lmite; fundamentos de aerodinmica y de la dinmica de gases concluyendo con una introduccin al
estudio del flujo turbulento, para luego en base a la sntesis de la caracterizacin y modelamiento del
sistema fluido-alrededores, satisfacer necesidades primordiales y promover la interpretacin de la
fenomenologa y el desarrollo de tecnologas.
-
2
En este curso se estudia la interaccin de los fluidos compresibles e incompresibles con sus
alrededores, mediante mtodos de anlisis como son el mtodo analtico o diferencial bajo
herramientas computacionales e informticas (dinmica de fluidos computacional) y los mtodos
experimentales o de semejanza.
Los principios y mtodos de la mecnica de Fludos presentan muchas aplicaciones tecnolgicas como:
transporte de fluidos, generacin de energa, control ambiental, etc.
La comprensin y aprendizaje ptimo del curso permitir al alumno desenvolverse de manera eficiente
en los cursos de turbomquinas y mquinas de expulsin, motores de combustin interna, centrales
de energa y transferencia de calor. As la Mecnica de Fludos no es un tema de inters puramente
acadmico, se trata de un campo con una importancia y aplicacin sumamente extensa tanto en
nuestras experiencias cotidianas como desde el punto de vista de la tecnologa moderna, que exige al
mbito industrial optimizar sus procesos a travs de paquetes informticos basados en modelos o
soluciones numricas como la Dinmica de Fluidos Computacional DFC que proporciona tecnologas
para un eficiente control del comportamiento del sistema fludico.
III. APRENDIZAJES ESPERADOS:
Competencia Integrada
Conoce, comprende y aplica los conceptos y ecuaciones de la Mecnica de fluidosdescrita
anteriormente, paraanalizarlas mquinashidrulicas y trmicas, fenmenos fluidodinmicos segn
criterios de optimizacin y eficiencia en el diseo energtico desarrollando metodologas confiables de
anlisis y diseo y a la vez valorar la importancia de conocer las ecuaciones gobernantes y nuevas
tcnicas de solucin de flujos en su campo profesional.
Conceptual.
Conoce conceptosy deduce modelos matemticosas como maneja tablas y resultados experimentales
para analizar y evaluar los parmetros de diseo y funcionamiento de sistemas fluidodinmicos como
gases en motores de combustin interna, aire en compresores, vapor y gases en turbinas a vapor y a
gas, refrigerantes en sistemas de refrigeracin y aire acondicionado y sus efectos sobre la
performance del sistema fluidodinmico.
Procedimental.
Describe, analiza y aplica tcnicas y/o metodologas deanlisis diferencial y simulacin,representacin
y evaluacin de los efectos de la interaccin fluido slido en la obtencin de una funcionalidad
especfica del diseo fluidodinmico del sistema.
Actitudinal.
Muestra inters e iniciativa de mejoramiento y optimizacin, mostrndose reflexivo y crtico frente a
aportes e implicancias del avance cientfico-tecnolgico comola DFC en la Ingeniera Mecnica con
modelos de anlisis de flujo ideal y real, flujo compresible y flujo turbulento.
IV. PROGRAMACINACADMICA:
UNIDAD DE APRENDIZAJE 01:
1.1 Denominacin:
-
3
TEORIA DE LA CAPA LMITE Y DEL FLUJO POTENCIAL
1.2 Inicio y Trmino: Del Duracin: 05 semanas
1.3 Objetivos de Aprendizaje:
Capacidades:
a) Diferencia e interpreta las caractersticas que definen un flujo externo incompresible y
estacionario.
b) Comprende, analiza y aplica criterios de evaluacin de la resistencia y sustentacin de
manera analtica diferencial y por mtodos experimentales.
c) Comprende, analiza y aplica criterios de evaluacin energtica para el estudio de los
sistemas mecnicos aerodinmicos.
d) Comprende, analiza y aplica criterios de anlisis de flujos mediante las teoras de flujo
potencial al caso de flujos incompresibles, planos y estacionarios.
e) Comprende, analiza y aplica criterios de anlisis de flujos mediante las teoras de la capa
lmite al caso de flujos incompresibles, planos y estacionarios.
Actitudes:
a) Despierta la creatividad e imaginacin en el empleo de metodologas de anlisis y
evaluacin fluidodinmica de mquinas y dispositivos trmicos.
b) Respeta, reflexiona y critica ideas ajenas producidas y se enmarca en el trabajo de grupo
y dirigencial.
c) Reconoce y valora la utilidad de software e interfaces informticas como herramientas
para realizar clculos y su representacin.
d) Trabaja en forma individual y grupal participando activamente en la ejecucin de las
actividades planteadas y aceptando responsabilidades.
e) Manifiesta inters por profundizar en el diseo de modelos matemticos y software de
clculo y auditoria fluidodinmica.
1.4 Desarrollo de la Enseanza - Aprendizaje:
Semana Contenidos Metodologa, Medios Y Materiales
01
Introduccin. Nociones preliminares. Teora
del Flujo Potencial. Dinmica del flujo no
viscoso e irrotacional. Potencial de
velocidades y funcin de lneas de corriente.
Exposicin. Anlisis de casos de flujos
externos alrededor de slidos.Proyector
multimedia, separatas.
02
Mtodos para resolver problemas de flujo
potencial. Mtodo de singularidades. Mtodo
de variables complejas. Superposicin de
flujos simples. Mtodos numricos de
diferencias finitas para el clculo de flujos
potenciales. Aplicaciones de DFC al anlisis
de flujos externos usando software por MEF.
Exposicin conferencia con panel frum.
Deduccin de modelos matemticos de
flujos externos. Deduccin de ecuaciones
algebraicas de la Discretizacin de
ecuaciones diferenciales de flujos.
Proyector multimedia, separatas.
-
4
03
Fuerzas sobre los cuerpos: resistencia y
sustentacin. Coeficientes de resistencia y
sustentacin. Resistencia a altos y bajos
nmeros de Reynolds. Teorema de
KuttaJoukowsky. Teorema de Thompson.
Efecto Magnus. Prctica calificada.
Exposicin. Seminario de problemas.
Ejemplos de aplicacin. Laboratorio:
Evaluacin de los coeficientes de
sustentacin y resistencia.
Proyector multimedia, separatas.
04
Teora de la Capa Lmite. Capa Lmite
Laminar. Determinacin cualitativa de la
capa lmite. Ecuaciones diferenciales de
anlisis de la capa lmite. Ecuacin integral
del momentum lineal. Trabajos prcticos.
Exposicin conferencia con panel frum.
Deduccin de modelos matemticos y
ecuaciones diferenciales. Simulacin
numrica de flujos sobre capas lmite.
Proyector multimedia, separatas.
05
Capa lmite sobre placas planas. Capa lmite
laminar y turbulenta. Anlisis de separacin.
PRIMER EXAMEN PARCIAL.
Exposiciones y sustentaciones de
proyectos. Proyector multimedia,
separatas.Evaluacin de desarrollo.
1.5 Evaluacin sumativa del Aprendizaje:
Semana Tcnica Instrumento
1 4 Prcticas calificadas y Trabajos prcticos Prcticas de aula o trabajos de
investigacin y aplicaciones.
5 Examen Parcial N01 Examen Escrito
UNIDAD DE APRENDIZAJE 02:
1.1 Denominac in:
ANALISIS DE FLUJOS COMPRESIBLES
1.2 Inicio y Trmino: Del Duracin: 06semanas
1.3 Objetivos de Aprendizaje :
Capacidades:
a) Comprende, analiza y aplica criterios termodinmicos para el estudio de los flujos compresibles.
b) Diferencia y determina las propiedades de los flujos compresibles.
c) Conoce, comprende y analiza las perturbaciones u ondas en los fluidos compresibles.
d) Conoce, comprende y analiza las diferencias de los flujos subsnicos y supersnicos.
e) Conoce, comprende y analiza las consideraciones de un flujo compresible isoentrpico.
f) Comprende y aplica los criterios de anlisis de flujos compresibles internos y externos
considerando las prdidas energticas del medio y del propio fluido.
Actitudes:
a) Despierta la creatividad e imaginacin en el empleo de metodologas de anlisis y evaluacin
fluidodinmica de flujos compresibles.
b) Respeta, reflexiona y critica ideas ajenas producidas y se enmarca en el trabajo de grupo y
dirigencial.
-
5
c) Reconoce y valora la utilidad de software e interfaces informticas como herramientas para
realizar clculos y simulacin de flujos compresibles internos y externos.
d) Trabaja en forma individual y grupal participando activamente en la ejecucin de las
actividades planteadas y aceptando responsabilidades.
e) Manifiesta inters por profundizar en el diseo de modelos matemticos y software de clculo
y simulacin fluidodinmica.
1.4 Desarrollo de la Enseanza - Aprendizaje:
Semana Contenidos Metodologa, Medios Y Materiales
06
Flujo compresible. Conceptos termodinmicos
influyentes. Propiedades de estancamiento o
de remanso. Propiedades de los flujos
compresibles.
Exposicin conferencia con panel frum.
Ejemplos de aplicacin de los conceptos
termodinmicos.
Proyector multimedia, separatas.
07 Ondas en los fluidos compresibles. Velocidad
de onda. Velocidad del sonido y nmero de
Mach.
Exposicin. Seminario de problemas.
Ejemplos de aplicacin. Visitas
tcnicas.Proyector multimedia,
separatas.
08 y 09 Flujos subsnicos y supersnicos. Ondas de
choque. Curvas experimentales de ondas de
choque. Flujo isoentrpico y la ecuacin de
Bernoulli.
Prctica calificada.
Exposicin conferencia. Seminario de
problemas
Ejemplos de aplicacin.Prctica
calificada. Proyectos de aplicacin
prctica.Proyector multimedia,
separatas.
10 Flujo interno unidimensional en conductos de
rea variable. Flujo en toberas convergentes y
divergentes. Flujo con friccin en conductos de
rea constante.
Exposicin conferencia. Seminario de
problemas. Ejemplos de aplicacin.
Proyectos de aplicacin prctica.
Laboratorio.Proyector multimedia,
separatas.
11 Efectos de la compresibilidad en el flujo
externo. Tratamiento de mezclas de flujos
compresibles.
SEGUNDO EXAMEN PARCIAL.
Exposiciones y sustentaciones de
proyectos.Proyector multimedia,
separatas.
Evaluacin de desarrollo.
1.5 Evaluacin sumativa del Aprendizaje:
Semana Tcnica Instrumento
6 10 Prcticas calificadas y Trabajos prcticos
Prcticas de aula o trabajos de investigacin y
aplicaciones.
11 Examen Parcial N02 Examen Escrito
-
6
UNIDAD DE APRENDIZAJE 03:
1.1 Denominacin:
DINAMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL y ANALISIS DE FLUJO TURBULENTO
1.2 Inicio y Trmino: Del Duracin: 05semanas
1.3 Objetivos de Aprendizaje:
Capacidades:
a) Conoce, diferencia y analiza los diferentes mtodos de solucin numrica a problemas de flujo
incompresible, compresible, estacionario y transitorio bidimensional.
b) Comprende, analiza y aplica criterios de evaluacin computacional y de convergencia de los
resultados de la solucin numrica de las ecuaciones diferenciales gobernantes del problema
fluidodinmico.
c) Comprende, analiza y aplica criterios de modelamiento y simulacin de flujos turbulentos en
conductos externos incompresibles.
Actitudes:
a) Despierta la creatividad e imaginacin en el empleo de metodologas de anlisis y evaluacin
fluidodinmica de flujos turbulentos aplicando mtodos computacionales.
b) Respeta, reflexiona y critica ideas ajenas producidas y se enmarca en el trabajo de grupo y
dirigencial.
c) Reconoce y valora la utilidad de software e interfaces informticas como herramientas para
realizar clculos y simulacin de flujos incompresibles turbulentos internos y externos.
d) Trabaja en forma individual y grupal participando activamente en la ejecucin de las actividades
planteadas y aceptando responsabilidades.
e) Manifiesta inters por profundizar en el diseo de modelos matemticos y software de clculo y
simulacin fluidodinmica.
1.4 Desarrollo de la Enseanza - Aprendizaje:
Semana Contenidos Metodologa, Medios Y Materiales
12
Ecuaciones diferenciales parciales lineales y no
lineales.
Ecuaciones diferenciales parciales de segundo
orden. Ecuaciones elpticas, ecuaciones
parablicas, ecuaciones hiperblicas. Sistemas
de ecuaciones diferenciales parciales de primer
y segundo orden. Condiciones de frontera y
condiciones iniciales
Exposicin conferencia. Ejemplos de
simulacin numrica de flujos planos
estacionarios.
Proyector multimedia, separatas.
13 y 14
Formulaciones en diferencias finitas.
Representacin escalar de las ecuaciones de
Navier Stokes. Algoritmos numricos.
Tcnicas de generacin de dominios
Exposicin conferencia. Ejemplos de
simulacin numrica de flujos planos
estacionarios.
Proyector multimedia, separatas.
-
7
computacionales. Aplicaciones en flujos
incompresibles. Simulacin usando software
MEF.
15 Modelamiento de flujos viscosos y
turbulentos. Modelos algebraicos. Condiciones
de conservacin para el chorro y la estela.
Leyes de evolucin.
Exposicin conferencia. Ejemplos de
simulacin numrica de flujos planos
estacionarios.
Proyector multimedia, separatas.
16
Capa de mezcla. Lmites de la zona de
turbulencia libre. Origen en las soluciones de
semejanza. Energa cintica turbulenta.
Modelo k E.
TERCER EXAMEN PARCIAL.
Exposiciones y sustentaciones de
proyectos. Evaluacin de desarrollo.
17 EXAMEN DE APLAZADOS.
1.5 Evaluacin sumativa del Aprendizaje:
Semana Tcnica Instrumento
1215 Prcticas calificadas y Trabajos prcticos Prcticas de aula o trabajos de
investigacin y aplicaciones.
16 Examen Parcial N03 Examen Escrito
V. ESTRATEGIAS DE ENSEANZA:
Las clases se desarrollaran con conferencias magistrales, Dinmicas de grupo y talleres.
Se buscara el redescubrimiento cientfico por el alumno y capacidad de aplicacin y capacidad
operativa, por ello las generalizaciones se puntualizarn y se buscar la elaboracin de algoritmos
de clculo por cada alumno.
Mtodos Activos en la ejecucin y control del aprendizaje.
Motivacin a travs de problemticas reales y desequilibrantes que originan un conflicto a nivel
cognoscitivo.
Permanente asesoramiento acadmico y seguimiento en el proceso evaluativo de cada alumno.
En las prcticas se promover el planteamiento de soluciones alternativas a planteamientos ya
existentes descubriendo la optimizacin del mismo.
VI. ACTIVIDADES DE EXTENSIN:
Realizar visitas tcnicas a empresas o talleres para complementar y discernir sobre aplicaciones de
la Mecnica de Fluidos compresibles, flujo ideal y real, donde el mtodo diferencial es el nico
posible.
Realizar proyectos de Clculos y auditoras fluidodinmicasde mquinas y dispositivos trmicos.
-
8
VII. NORMAS DE EVALUACIN
Base Legal: Reglamento de Normas Generales de Evaluacin del Aprendizaje de los Estudiantes
de Pregrado de la Universidad Nacional de Trujillo.
Ttulo II: Rgimen de Evaluacin Ordinaria.Capitulo III: De la Aprobacin de la Asignatura.
Art.21: Son requisitos para la aprobacin de una asignatura:
(a) Tener una asistencia no menor del 70% a las diferentes actividades programadas en la
asignatura.
(b) Obtener una anota promocional aprobatoria al promediar las notas alcanzadas en las
evaluaciones parciales.
(c) Cumplir con los requisitos especficos de evaluacin y aprobacin de la asignatura
consignados en el slabo, de acuerdo a las normas establecidas en cada Facultad.
Art.22: El estudiante que hubiese rezagado una evaluacin parcial deber rendirla antes de la
evaluacin de la ltima parte, unidad o mdulo. Si en esta oportunidad tampoco se
presentase, el profesor le asignara la nota mnima de CERO (0).
Si se trata de la evaluacin de la ultima unidad, el profesor le conceder oportunidad, a peticin
del estudiante y solo si el promedio de todas las unidades anteriores es igual o mayor a
OCHO (8). Esto se har dentro de los plazos aprobados para la entrega de las Pre actas.
Art.23: Los estudiantes que registren mas del 30% de inasistencias, sern considerados como
INHABILITADOS en la asignatura, situacin que se considera como matricula utilizada.
PROCESO DE EVALUACIN
Para cada unidad:
PU = PC + I + 2* EP
4
LA NOTA PROMOCIONAL SE OBTENDR DE:
NP >= 10,5 es nota aprobatoria.
La asistencia es obligatoria, el 30% de inasistencias inhabilita al alumno del curso y de su
evaluacin.
Aprueba la asignatura con la nota promedio final igual o mayor que 10,5.
Los alumnos desaprobados tienen derecho a un Examen de Aplazados (EA) de toda la asignatura,
la cual es independiente de la nota promedio final.
UNIDAD EVALUACION PESO
PRIMERA,
SEGUNDA Y
TERCERA
Prcticas calificadas(PC) 1
Informes y trabajos prcticos (I) 1
Examen Parcial (EP) 2
3
PUIIIPUIIPUINP
-
9
VIII. CONSEJERIA
Propsito: Orientar y aconsejar a los estudiantes para que tengan un ptimo desarrollo acadmico y personal.
Estrategias de Prestacin del servicio:La interrelacin personal entre consejero y aconsejado debe estar enmarcado en un clima de comprensin, tolerancia, respeto y aceptacin incondicional.
Lugar y horario para la Consejera: Cubo del docente: Martes de 10:00 a.m. a 12:00.m.
IX. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
9.1 Gerhart; P. Y Otros; Mecnica de Fluidos. 2da Edicin, Addison-Wessley Iberoamericana, Estados
Unidos. 1995.
9.2 Shames, Irving H.; Mecnica de Fluidos, 4ta Edicin. Mc Graw Hill, Santa Fe de Bogot.
Colombia. 1995.
9.3 White, Frank M.; Mecnica de Fluidos, 1era Edicin, Mc Graw Hill, Mxico, 1993.
9.4 Crespo Martnez A., Mecnica de Fluidos, 1ra edicin, Editorial Thomson. Espaa. 2008. ISBN: 978-
84-9732-292-8.
9.5 Dayli J., Harleman D. Dinmica de los fluidos con aplicaciones en Ingeniera. Editorial Trillas.
Mxico. 1975.
9.6 Pope Stephen. Turbulent Flows. Cambridge University Press. UnitedKingdom. 2003.
9.7 Hoffman K., Chiang S. Computational Fluid Dynamics T. I, II, III. Cuarta edicin. Editorial
EngineeringEducationSystem. USA. 2000.
9.8 Zucchi G., Separatas de Mecnica de Fluidos y Termodinmica. UNT. 1988.
9.9 Zucker R.D. Fundamentos de dinmica de gases. Editorial John Wiley & Sons, INC. EstadosUnidos
de Amrica. 2002
9.10 Cebeci T et. al. Dinmica de fluidos computacional para Ingenieros. Editorial Horizontspublishing.
California USA 2005.
9.11 Schlichting H. Boundary Layer Theory. Fourth Edition. McGraw Hill. United States of America.1990.
9.12 Grundmann R. Introduction to Three Dimensional Boundary Layers. Chapter 1. Computational
Methods in Viscous Aerodynamics. Edit by J.F.S. Murthy and C.A. Brebbia. Elsevier. Amsterdam.
1990.
9.13 Cuvelier, C et.al Finite Element Methods and Navier-Stokes Equations. D. Reidel Publishing
Co.Holland. 1988
Ms. Ing. Luis Julca Verstegui.
Reg, CIP N62528.