silabo fluidos

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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.

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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.


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.


Deduccin de modelos matemticos y

ecuaciones diferenciales. Simulacin

numrica de flujos sobre capas lmite.


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


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.



06

Flujo compresible. Conceptos termodinmicos

influyentes. Propiedades de estancamiento o

de remanso. Propiedades de los flujos

compresibles.


Ejemplos de aplicacin de los conceptos

termodinmicos.


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.


proyectos.Proyector multimedia,

separatas.

Evaluacin de desarrollo.



6 10 Prcticas calificadas y Trabajos prcticos

Prcticas de aula o trabajos de investigacin y

aplicaciones.


6


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.



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.


13 y 14

Formulaciones en diferencias finitas.

Representacin escalar de las ecuaciones de

Navier Stokes. Algoritmos numricos.

Tcnicas de generacin de dominios



estacionarios.


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.



estacionarios.


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.


proyectos. Evaluacin de desarrollo.

17 EXAMEN DE APLAZADOS.



1215 Prcticas calificadas y Trabajos prcticos Prcticas de aula o trabajos de

investigacin y aplicaciones.


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

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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.

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