Silabo Mecanica de Fluidos II 2011-I

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

Silabo de Mecánica de Fluidos II Ms. Ing. Luis Julca Verástegui.1


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.



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.



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.


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.


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.


fórum. Deducción de modelos

matemáticos y ecuaciones

diferenciales. Simulación numérica de

flujos sobre capas límite.




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


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.




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.


software de cálculo y simulación fluidodinámica.

1.4 Desarrollo de la Enseñanza - Aprendizaje:

Seman


06Flujo compresible. Conceptos

termodinámicos influyentes. Propiedades

de estancamiento o de remanso.

Propiedades de los flujos compresibles.


fórum. Ejemplos de aplicación de

los conceptos termodinámicos.


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.


proyectos. Proyector multimedia,

separatas.

Evaluación de desarrollo.



1.5 Evaluación sumativa del Aprendizaje:



Prácticas de aula o trabajos de investigación y

aplicaciones.



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.


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.




software de cálculo y simulación fluidodinámica.

1.4 Desarrollo de la Enseñanza - Aprendizaje:

Seman


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.


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.





15Modelamiento de flujos viscosos y

turbulentos. Modelos algebraicos.

Condiciones de conservación para el

chorro y la estela. Leyes de evolución.





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.


proyectos. Evaluación de

desarrollo.

17EXAMEN DE APLAZADOS.

1.5 Evaluación sumativa del Aprendizaje:



Prácticas de aula o trabajos de



investigación y aplicaciones.


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.



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:


NP= PUI+PUII +PUIII3


- 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.



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.


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