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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO DE MECANICA Y ENERGIA
SILABO DE MECANICA DE FLUIDOS II
I. IDENTIFICACIÓN:
1.1 Experiencia Curricular : Mecánica de Fluidos II. (1528)
1.2 Para estudiantes de la carrera : Ingeniería Mecánica.
1.3 Calendario Académico : 2011.
1.4 Año / Semestre curricular : 2011 – I.
1.5 Ciclo : VII.
1.6 Área Curricular : Formación Profesional.
1.7 Extensión Horaria
1.7.1Total Horas Semanales : 06
Horas Teoría : 03
Horas Práctica : 02
Horas Laboratorio : 01
1.8 Creditaje : 04
1.9 Pre – Requisito : Termodinámica II (1522)
Mecánica de fluidos I (1523)
1.10 Duración : 16 Semanas.
1.11 Inicio : 02/05/11
1.12 Término : 21/08/11
1.13 Organización del tiempo semestral :
Tipo de actividadesTotal Unidadeshoras I II III
7.1.1. Clases Teóricas7.1.2. Clases Prácticas7.1.3. Otros
483612
151204
211204
121204
Total Horas 96 31 37 28
1.14 Departamento Académico y Facultad : Mecánica y Energía – Ingeniería.
1.15 Docente del curso : Ms. Ing. Luis Julca Verástegui.
II. FUNDAMENTACIÓN Y DESCRIPCIÓN:
Mecánica de Fluidos II, es la continuación de un curso de formación académico
profesional en Ingeniería, como es la Mecánica de Fluidos como ciencia del estudio de
los fluidos, está basada en una adecuada complementación entre teoría y
experimentación o simulación.
El desarrollo del curso de Mecánica de fluidos II, abarca el estudio analítico mediante
ecuaciones diferenciales de los fluidos incompresibles convencionales, los modelos de
flujo potencial y de capa límite; fundamentos de aerodinámica y de la dinámica de
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gases concluyendo con una introducción al estudio del flujo turbulento, para luego en
base a la síntesis de la caracterización y modelamiento del sistema fluido-alrededores,
satisfacer necesidades primordiales y promover la interpretación de la fenomenología
y el desarrollo de tecnologías.
En este curso se estudia la interacción de los fluidos compresibles e incompresibles
con sus alrededores, mediante métodos de análisis como son el método analítico o
diferencial bajo herramientas computacionales e informáticas (dinámica de fluidos
computacional) y los métodos experimentales o de semejanza.
Los principios y métodos de la mecánica de Fluídos presentan muchas aplicaciones
tecnológicas como: transporte de fluidos, generación de energía, control ambiental,
etc.
La comprensión y aprendizaje óptimo del curso permitirá al alumno desenvolverse de
manera eficiente en los cursos de turbomáquinas y máquinas de expulsión, motores
de combustión interna, centrales de energía y transferencia de calor. Así la Mecánica
de Fluídos no es un tema de interés puramente académico, se trata de un campo con
una importancia y aplicación sumamente extensa tanto en nuestras experiencias
cotidianas como desde el punto de vista de la tecnología moderna, que exige al
ámbito industrial optimizar sus procesos a través de paquetes informáticos basados en
modelos o soluciones numéricas como la Dinámica de Fluidos Computacional DFC que
proporciona tecnologías para un eficiente control del comportamiento del sistema
fluídico.
III. APRENDIZAJES ESPERADOS:
Competencia Integrada
Conoce, comprende y aplica los conceptos y ecuaciones de la Mecánica de fluidos
descrita anteriormente, para analizar las máquinas hidráulicas y térmicas, fenómenos
fluidodinámicos según criterios de optimización y eficiencia en el diseño energético
desarrollando metodologías confiables de análisis y diseño y a la vez valorar la
importancia de conocer las ecuaciones gobernantes y nuevas técnicas de solución de
flujos en su campo profesional.
Conceptual.
Conoce conceptos y deduce modelos matemáticos así como maneja tablas y resultados
experimentales para analizar y evaluar los parámetros de diseño y funcionamiento de
sistemas fluidodinámicos como gases en motores de combustión interna, aire en
compresores, vapor y gases en turbinas a vapor y a gas, refrigerantes en sistemas de
refrigeración y aire acondicionado y sus efectos sobre la performance del sistema
fluidodinámico.
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Procedimental.
Describe, analiza y aplica técnicas y/o metodologías de análisis diferencial y
simulación, representación y evaluación de los efectos de la interacción fluido sólido en
la obtención de una funcionalidad específica del diseño fluidodinámico del sistema.
Actitudinal.
Muestra interés e iniciativa de mejoramiento y optimización, mostrándose reflexivo y
crítico frente a aportes e implicancias del avance científico-tecnológico como la DFC en
la Ingeniería Mecánica con modelos de análisis de flujo ideal y real, flujo compresible y
flujo turbulento.
IV. PROGRAMACIÒN ACADÉMICA:
UNIDAD DE APRENDIZAJE 01:
1.1Denominación:
TEORIA DE LA CAPA LÍMITE Y DEL FLUJO POTENCIAL
1.2Inicio y Término : Del 03/05/11 al 04/06/11 Duración: 05 semanas
1.3Objetivos de Aprendizaje:
Capacidades:
a) Diferencia e interpreta las características que definen un flujo externo
incompresible y estacionario.
b) Comprende, analiza y aplica criterios de evaluación de la resistencia y
sustentación de manera analítica diferencial y por métodos experimentales.
c) Comprende, analiza y aplica criterios de evaluación energética para el
estudio de los sistemas mecánicos aerodinámicos.
d) Comprende, analiza y aplica criterios de análisis de flujos mediante las
teorías de flujo potencial al caso de flujos incompresibles, planos y
estacionarios.
e) Comprende, analiza y aplica criterios de análisis de flujos mediante las
teorías de la capa límite al caso de flujos incompresibles, planos y
estacionarios.
Actitudes:
a) Despierta la creatividad e imaginación en el empleo de metodologías de
análisis y evaluación fluidodinámica de máquinas y dispositivos térmicos.
b) Respeta, reflexiona y critica ideas ajenas producidas y se enmarca en el
trabajo de grupo y dirigencial.
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c) Reconoce y valora la utilidad de software e interfaces informáticas como
herramientas para realizar cálculos y su representación.
d) Trabaja en forma individual y grupal participando activamente en la
ejecución de las actividades planteadas y aceptando responsabilidades.
e) Manifiesta interés por profundizar en el diseño de modelos matemáticos y
software de cálculo y auditoria fluidodinámica.
1.4Desarrollo de la Enseñanza - Aprendizaje:
Seman
aContenidos Metodología, Medios Y Materiales
01Introducción. Nociones preliminares.
Teoría del Flujo Potencial. Dinámica del
flujo no viscoso e irrotacional. Potencial
de velocidades y función de líneas de
corriente.
Exposición. Análisis de casos de flujos
externos alrededor de sólidos.
Proyector multimedia, separatas.
02Métodos para resolver problemas de
flujo potencial. Método de
singularidades. Método de variables
complejas. Superposición de flujos
simples. Métodos numéricos de
diferencias finitas para el cálculo de
flujos potenciales. Aplicaciones de DFC
al análisis de flujos externos usando
software por MEF.
Exposición conferencia con panel
fórum. Deducción de modelos
matemáticos de flujos externos.
Deducción de ecuaciones algebraicas
de la Discretización de ecuaciones
diferenciales de flujos.
Proyector multimedia, separatas.
03Fuerzas sobre los cuerpos: resistencia
y sustentación. Coeficientes de
resistencia y sustentación. Resistencia
a altos y bajos números de Reynolds.
Teorema de Kutta Joukowsky. Teorema
de Thompson. Efecto Magnus. Práctica
calificada.
Exposición. Seminario de problemas.
Ejemplos de aplicación. Laboratorio:
Evaluación de los coeficientes de
sustentación y resistencia.
Proyector multimedia, separatas.
04
Teoría de la Capa Límite. Capa Límite
Laminar. Determinación cualitativa de
la capa límite. Ecuaciones diferenciales
de análisis de la capa límite. Ecuación
integral del momentum lineal. Trabajos
prácticos.
Exposición conferencia con panel
fórum. Deducción de modelos
matemáticos y ecuaciones
diferenciales. Simulación numérica de
flujos sobre capas límite.
Proyector multimedia, separatas.
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05
Capa límite sobre placas planas. Capa
límite laminar y turbulenta. Análisis de
separación.
PRIMER EXAMEN PARCIAL.
Exposiciones y sustentaciones de
proyectos. Proyector multimedia,
separatas. Evaluación de desarrollo.
1.5Evaluación sumativa del Aprendizaje:
Semana Técnica Instrumento
1 – 4 Prácticas calificadas y Trabajos prácticos
Prácticas de aula o trabajos
de investigación y
aplicaciones.
5 Examen Parcial N°01 Examen Escrito
UNIDAD DE APRENDIZAJE 02:
1.1 Denominación:
ANALISIS DE FLUJOS COMPRESIBLES
1.2 Inicio y Término : Del 06/06/11 al 16/07/11 Duración : 06 semanas
1.3 Objetivos de Aprendizaje:
Capacidades:
a) Comprende, analiza y aplica criterios termodinámicos 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 subsónicos y
supersónicos.
e) Conoce, comprende y analiza las consideraciones de un flujo compresible
isoentrópico.
f) Comprende y aplica los criterios de análisis de flujos compresibles internos y
externos considerando las pérdidas energéticas del medio y del propio fluido.
Actitudes:
a) Despierta la creatividad e imaginación en el empleo de metodologías de análisis
y evaluación fluidodinámica de flujos compresibles.
b) Respeta, reflexiona y critica ideas ajenas producidas y se enmarca en el trabajo
de grupo y dirigencial.
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c) Reconoce y valora la utilidad de software e interfaces informáticas como
herramientas para realizar cálculos y simulación de flujos compresibles internos
y externos.
d) Trabaja en forma individual y grupal participando activamente en la ejecución
de las actividades planteadas y aceptando responsabilidades.
e) Manifiesta interés por profundizar en el diseño de modelos matemáticos y
software de cálculo y simulación fluidodinámica.
1.4 Desarrollo de la Enseñanza - Aprendizaje:
Seman
aContenidos Metodología, Medios Y Materiales
06Flujo compresible. Conceptos
termodinámicos influyentes. Propiedades
de estancamiento o de remanso.
Propiedades de los flujos compresibles.
Exposición conferencia con panel
fórum. Ejemplos de aplicación de
los conceptos termodinámicos.
Proyector multimedia, separatas.
07 Ondas en los fluidos compresibles.
Velocidad de onda. Velocidad del sonido
y número de Mach.
Exposición. Seminario de
problemas. Ejemplos de aplicación.
Visitas técnicas. Proyector
multimedia, separatas.
08 y
09
Flujos subsónicos y supersónicos. Ondas
de choque. Curvas experimentales de
ondas de choque. Flujo isoentrópico y la
ecuación de Bernoulli.
Práctica calificada.
Exposición – conferencia.
Seminario de problemas
Ejemplos de aplicación. Práctica
calificada. Proyectos de aplicación
práctica. Proyector multimedia,
separatas.
10 Flujo interno unidimensional en
conductos de área variable. Flujo en
toberas convergentes y divergentes.
Flujo con fricción en conductos de área
constante.
Exposición – conferencia.
Seminario de problemas. Ejemplos
de aplicación.
Proyectos de aplicación práctica.
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.
Evaluación de desarrollo.
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1.5 Evaluación sumativa del Aprendizaje:
Semana Técnica Instrumento
6 – 10 Prácticas calificadas y Trabajos prácticos
Prácticas de aula o trabajos de investigación y
aplicaciones.
11 Examen Parcial N°02 Examen Escrito
UNIDAD DE APRENDIZAJE 03:
1.1 Denominación:
DINAMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL y ANALISIS DE FLUJO
TURBULENTO
1.2 Inicio y Término : Del 18/07/11 al 20/08/11 Duración : 05 semanas
1.3 Objetivos de Aprendizaje:
Capacidades:
a) Conoce, diferencia y analiza los diferentes métodos de solución numérica a
problemas de flujo incompresible, compresible, estacionario y transitorio
bidimensional.
b) Comprende, analiza y aplica criterios de evaluación computacional y de
convergencia de los resultados de la solución numérica de las ecuaciones
diferenciales gobernantes del problema fluidodinámico.
c) Comprende, analiza y aplica criterios de modelamiento y simulación de flujos
turbulentos en conductos externos incompresibles.
Actitudes:
a) Despierta la creatividad e imaginación en el empleo de metodologías de análisis
y evaluación fluidodinámica de flujos turbulentos aplicando métodos
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 informáticas como
herramientas para realizar cálculos y simulación de flujos incompresibles
turbulentos internos y externos.
d) Trabaja en forma individual y grupal participando activamente en la ejecución de
las actividades planteadas y aceptando responsabilidades.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO DE MECANICA Y ENERGIA
e) Manifiesta interés por profundizar en el diseño de modelos matemáticos y
software de cálculo y simulación fluidodinámica.
1.4 Desarrollo de la Enseñanza - Aprendizaje:
Seman
aContenidos Metodología, Medios Y Materiales
12Ecuaciones diferenciales parciales
lineales y no lineales.
Ecuaciones diferenciales parciales de
segundo orden. Ecuaciones elípticas,
ecuaciones parabólicas, ecuaciones
hiperbólicas. Sistemas de ecuaciones
diferenciales parciales de primer y
segundo orden. Condiciones de frontera
y condiciones iniciales
Exposición conferencia. Ejemplos
de simulación numérica de flujos
planos estacionarios.
Proyector multimedia, separatas.
13 y
14
Formulaciones en diferencias finitas.
Representación escalar de las
ecuaciones de Navier Stokes. Algoritmos
numéricos. Técnicas de generación de
dominios computacionales.
Aplicaciones en flujos incompresibles.
Simulación usando software MEF.
Exposición conferencia. Ejemplos
de simulación numérica de flujos
planos estacionarios.
Proyector multimedia, separatas.
15Modelamiento de flujos viscosos y
turbulentos. Modelos algebraicos.
Condiciones de conservación para el
chorro y la estela. Leyes de evolución.
Exposición conferencia. Ejemplos
de simulación numérica de flujos
planos estacionarios.
Proyector multimedia, separatas.
16Capa de mezcla. Límites de la zona de
turbulencia libre. Origen en las
soluciones de semejanza. Energía
cinética turbulenta. Modelo k – E.
TERCER EXAMEN PARCIAL.
Exposiciones y sustentaciones de
proyectos. Evaluación de
desarrollo.
17EXAMEN DE APLAZADOS.
1.5 Evaluación sumativa del Aprendizaje:
Semana Técnica Instrumento
12 – 15 Prácticas calificadas y Trabajos prácticos
Prácticas de aula o trabajos de
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investigación y aplicaciones.
16 Examen Parcial N°03 Examen Escrito
V. ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA:
Las clases se desarrollaran con conferencias magistrales, Dinámicas de grupo y
talleres.
Se buscara el redescubrimiento científico por el alumno y capacidad de aplicación y
capacidad operativa, por ello las generalizaciones se puntualizarán y se buscará la
elaboración de algoritmos de cálculo por cada alumno.
Métodos Activos en la ejecución y control del aprendizaje.
Motivación a través de problemáticas reales y desequilibrantes que originan un
conflicto a nivel cognoscitivo.
Permanente asesoramiento académico y seguimiento en el proceso evaluativo de
cada alumno.
En las prácticas se promoverá el planteamiento de soluciones alternativas a
planteamientos ya existentes descubriendo la optimización del mismo.
VI. ACTIVIDADES DE EXTENSIÓN:
Realizar visitas técnicas a empresas o talleres para complementar y discernir sobre
aplicaciones de la Mecánica de Fluidos compresibles, flujo ideal y real, donde el
método diferencial es el único posible.
Realizar proyectos de Cálculos y auditorías fluidodinámicas de máquinas y
dispositivos térmicos.
VII. NORMAS DE EVALUACIÓN
Base Legal: Reglamento de Normas Generales de Evaluación del Aprendizaje de los Estudiantes de Pregrado de la Universidad Nacional de Trujillo.
Título II: Régimen de Evaluación Ordinaria. Capitulo III: De la Aprobación de la Asignatura.
Art. 21: Son requisitos para la aprobación 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 específicos de evaluación y aprobación de la asignatura consignados en el sílabo, de acuerdo a las normas establecidas en cada Facultad.
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Art.22: El estudiante que hubiese rezagado una evaluación parcial deberá rendirla antes de la evaluación de la última parte, unidad o módulo. Si en esta oportunidad tampoco se presentase, el profesor le asignara la nota mínima de CERO (0).
Si se trata de la evaluación de la ultima unidad, el profesor le concederá oportunidad, a petición del estudiante y solo si el promedio de todas las unidades anteriores es igual o mayor a OCHO (8). Esto se hará dentro de los plazos aprobados para la entrega de las Pre actas.
Art.23: Los estudiantes que registren mas del 30% de inasistencias, serán considerados como INHABILITADOS en la asignatura, situación que se considera como matricula utilizada.
PROCESO DE EVALUACIÓN
UNIDAD EVALUACION PESO
PRIMERA,
SEGUNDA Y
TERCERA
Prácticas calificadas (PC) 1
Intervenciones Orales (IO) 1
Informes y trabajos prácticos (I) 1
Examen Parcial (EP) 2
Para cada unidad:
PU = PC + IO + I + 2* EP
5
LA NOTA PROMOCIONAL SE OBTENDRÁ DE:
NP >= 10,5 es nota aprobatoria.
La asistencia es obligatoria, el 30% de inasistencias inhabilita al alumno del
curso y de su evaluación.
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.
Las técnicas e instrumentos a considerar que nos permitan conocer el nivel de
aprendizaje del alumno serán aplicadas durante el desarrollo del curso y son:
Trabajo en equipo:
- Participa con interés en trabajos grupales. (25%)
- Comparte sus experiencias con facilidad. (25%)
- Respeta las opiniones de sus compañeros. (12.5%)
- Ayuda a los compañeros que lo necesitan, se comunica fácilmente, mostrando
influencia sobre ellos y empatía. (25%)
- Acepta decisiones tomadas colectivamente. (12.5%)
Participación en clase:
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NP= PUI+PUII +PUIII3
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- Participar en dinámicas de clase. (50%)
- Plantea interrogantes o dudas. (25%)
- Presenta alternativas para solucionar problemas. (25%)
Aprehensión de conocimientos:
- Es asequible a sugerencias del profesor. (10%)
- Dominio de temas. (25%)
- Comprensión y desenvolvimiento en el procedimiento de diseño. (40%)
- Cumplimiento en la presentación de sus productos. (25%)
Desarrollo personal y profesional:
- Es respetuoso con todo el personal a su alrededor. (30%)
- Es limpio, ordenado y responsable. (30%)
- Muestra actitudes de interés y ética profesional. (40%)
VIII. CONSEJERIA
Propósito: Orientar y aconsejar a los estudiantes para que tengan un óptimo desarrollo académico y personal.
Estrategias de Prestación del servicio: La interrelación personal entre consejero y aconsejado debe estar enmarcado en un clima de comprensión, tolerancia, respeto y aceptación incondicional.
Lugar y horario para la Consejería: Cubo del docente: Miércoles de 9:00 a.m. a 11:00 a.m.
IX. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
9.1 Gerhart; P. Y Otros; Mecánica de Fluidos. 2da Edición, Addison-Wessley
Iberoamericana, Estados Unidos. 1995.
9.2 Shames, Irving H.; Mecánica de Fluidos, 4ta Edición. Mc Graw – Hill, Santa Fe de
Bogotá. Colombia. 1995.
9.3 White, Frank M.; Mecánica de Fluidos, 1era Edición, Mc Graw – Hill, México, 1993.
9.4 Crespo Martínez A., Mecánica de Fluidos, 1ra edición, Editorial Thomson. España.
2008. ISBN: 978-84-9732-292-8.
9.5 Dayli J., Harleman D. Dinámica de los fluidos con aplicaciones en Ingeniería.
Editorial Trillas. México. 1975.
9.6 Pope Stephen. Turbulent Flows. Cambridge University Press. United Kingdom. 2003.
9.7 Hoffman K., Chiang S. Computational Fluid Dynamics T. I, II, III. Cuarta edición.
Editorial Engineering Education System. USA. 2000.
9.8 Zucchi G., Separatas de Mecánica de Fluidos y Termodinámica. UNT. 1988.
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9.9 Zucker R.D. Fundamentos de dinámica de gases. Editorial John Wiley & Sons, INC.
Estados Unidos de América. 2002
9.10 Cebeci T et. al. Dinámica de fluidos computacional para Ingenieros. Editorial
Horizonts publishing. 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 Verástegui.Reg, CIP N°62528.
Silabo de Mecánica de Fluidos II Ms. Ing. Luis Julca Verástegui.12
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