Mecánica de Fluidos-Presentación Curso
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8/19/2019 Mecánica de Fluidos-Presentación Curso
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Curicó17 de Marzo 2015
MECÁNICA DE FLUIDOS
Daniel MORA MELIA
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Antecedentes
Código asignatura
Nivel V (3º año) Tipología: Formación
disciplinaria
Créditos ECTS 7
Duración semestralClases:
- Martes (15:30-17:40) – Bloques 6 y 7
- Jueves (15:30-17:40) – Bloques 1 y 2
Horario de atención:- Confirmación por correo electrónico
-Metodología de aprendizaje por competencias y
basado en problemas.
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Descripción general
Hidráulica General
Instalaciones de AguaPotable y Alcantarillado
Mecánica de Fluidos
Nivel V (3º curso)
Nivel VI (3º curso)
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Comprender el uso de las leyes físicas y aplicarlas a
situaciones simples que permiten describir elcomportamiento de los fluidos.
Ser capaz de analizar y modelar situaciones físicas sencillas
donde intervengan fluidos en casos estáticos y dinámicos.
Determinar la energía necesaria para transportar fluidos através de ductos cerrados.
Introducir al estudiante en la experimentación delaboratorio en problemas sencillos y en la mecánica defluidos computacional (CFD), así como en la redacción de
memorias de laboratorio.
OBJETIVOS GENERALES
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Entender la definición de fluido y conocer sus propiedades físicas más
importantes. Aplicar un modelo apropiado para un fluido newtoniano o no-
newtoniano
Utilizar e interpretar las herramientas de representación del campo develocidades.
Calcular el flujo de diversas propiedades fluidas a través de superficiesde distinta geometría, en particular el caudal y el gasto másico.
Obtener el campo de presiones en los casos de equilibrio absoluto yrelativo en fluidos. Calcular la fuerza de presión por efecto de fluidosestáticos en superficies rectas y curvas.
Formular las ecuaciones básicas de la Física (conservación de la masa, 2ªley de Newton y primer principio de la termodinámica) a los fluidos, yutilizarlas para realizar balances de materia, fuerzas y energía envolúmenes de control.
Reconocer en qué casos es de aplicación la ecuación de Bernouilli yaplicarla a la resolución de problemas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
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Comprender y manejar las relaciones diferenciales básicas de dinámica
de la partícula (ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento yenergía)
Simplificar estas ecuaciones para resolver problemas simples en flujolaminar incompresible.
Conocer los distintos modelos que permiten evaluar la energía necesaria
para transportar fluidos a través de ductos cerrados. Aplicar las ecuaciones de Euler de flujo ideal a la resolución de
problemas de flujo incompresible estacionario.
Conocer y ser capaz de calcular los distintos tipos de pérdidas de cargaque podemos tener en una conducción.
Definir qué es la Mecánica de Fluidos Computacional (CFD), en qué áreasde la ingeniería puede aplicarse, qué tipo de soluciones proporciona ycuales son sus limitaciones.
Familiarizarse con los conceptos de verificación y validación de unasimulación de un flujo realizada con técnicas CFD.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
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METODOLOGÍA DOCENTE
¿Qué hace el profesor?
Clase de teoría Clase expositiva donde se
tratan los temas de mayorcomplejidad y se
resuelven las dudasplanteadas por losestudiantes.
Clase de problemas Se resuelven problemas
tipo y se analizan casosprácticos.
Se enfatiza el trabajo enplantear métodos deresolución y no en los
resultados
¿Qué hace el estudiante?
Clase de teoría Presencial: Toma de
apuntes y revisión con elcompañero. Planteamiento
de dudas No presencial: ESTUDIAR
Clase de problemas Presencial: Participación
activa, Resolución deejercicios, plantear dudas
No presencial: ESTUDIAR yresolver ejerciciospropuestos
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METODOLOGÍA DOCENTE
¿Qué hace el profesor?
Clase de prácticas Las sesiones prácticas de
laboratorio nos permitenenlazar los contenidos
teóricos y prácticos de formadirecta.
Evaluaciones objetivas Pruebas escritas de tipo
individual. Las pruebas estándistribuidas a lo largo delcurso y permiten comprobarel grado de consecución de las
competencias específicas.
¿Qué hace el estudiante?
Clase de prácticas Presencial: Manejo de
instrumentación.
No presencial: Aprendizaje
cooperativo con la presentaciónde informes de prácticas por losgrupos de alumnos al finalizarlas distintas sesiones.
Evaluaciones objetivas Presencial: Asistencia a la
prueba escrita y realización deesta
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Unidad 1.Tema 1. Introducción a la Mecánica de Fluidos.
El objetivo de esta unidad es que el alumno sea capaz de definir conexactitud el concepto de fluido. Del mismo modo, se espera que seacapaz de reconocer sus principales propiedades, así como ejemplosespecíficos de su área de dominio.
Breve reseña histórica y conceptos fundamentales
Propiedades características de los fluidos
Fluidos: Definición, caracterización de un fluido como medio
continuo Propiedades generales, densidad, compresibilidad, módulo de
elasticidad, viscosidad cinemática. Ley de Newton. Causas de laviscosidad. Viscosidad cinemática. Tensión superficial. Tensión devapor.
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Tema 2. Estática de fluidos.
La unidad tiene como objetivo que el alumno sea capaz de aplicarcorrectamente las ecuaciones básicas de la estática de los fluidos. Apartir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene la ecuaciónfundamental de la hidrostática. Además se dan definiciones claves depropiedades que acompañaran el resto del presente curso y siguientes.
Introducción. Concepto de presión (absoluta y relativa). Aparatos demedida.
Ecuación fundamental de la estática. Principio de Pascal. Aplicaciones
Fuerza sobre superficies inmersas.
Carga sobre paredes planas. Carga sobre paredes curvas
Empuje y flotación.
Principio de Arquímedes.
Cuerpos sumergidos (parcial o totalmente)
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Tema 3. Cinemática de fluidos.
La cinemática estudia los conceptos requeridos para la mejor comprensióndel movimiento de los fluidos. Sus resultados se aplican en el cálculo ydiseño de obras, accesorios y controles para el manejo de fluidos quefluyen, escurren o se mueven.
Conceptos básicos. Formulaciones (Lagrange y Euler). Sistemas decoordenadas.
Geometría del flujo. Campo de aceleración. Campo de rotación.
Concepto y clasificación de los flujos
Ecuación de Bernoulli. Relación con la ecuación generalizada de laenergía.
Aplicaciones: Teorema de Torricelli, tubo de Pitot, tubo de Prandtl, tubo deVenturi
Conservación de la masa y ecuación de continuidad.
Aplicaciones.
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Unidad 2Tema 4. Dinámica integral de fluidos.
La dinámica de fluidos es una de las ramas más complejas de la mecánica, puestoque las ecuaciones que describen el movimiento del fluido pueden serextremadamente complejas. No obstante, en muchos casos prácticos podemosrepresentar el comportamiento del fluido con modelos ideales sencillos que
permiten un análisis detallado.El punto de partida para todos los casos que estudia este tema será el T.A.R, que
aplicaremos a volúmenes de control reales. Así, se estudiará la aplicación a laecuación de la energía, la cantidad de movimiento y el momento cinético.
Volúmenes de control. Teorema del transporte de Reynolds. Relacionar las fuerzas que provocan el movimiento un fluido con los parámetros que
definen este movimiento.
Aplicar el T.A.R a las distintas propiedades (masa, cantidad de movimiento, etc)
Aplicaciones (Esfuerzos sobre codos, Ts, chorro sobre alabes fijos y moviles, etc)
Ecuación de conservación de la energía. Ecuación de cantidad de movimiento y
momento cinético.Ecuación de Euler.
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Tema 5. Flujo viscoso- Introducción al flujo laminar
El objetivo de esta unidad es que el alumno conozca con cierto detalle elimpacto de la viscosidad en el movimiento de los fluidos y sea capaz deidentificar los distintos regímenes de fluido.
Introducción. Clasificación de flujos en base a su comportamiento.
Flujo laminar y flujo turbulento. Número de Reynolds.
Perfiles de velocidad.
Flujo laminar. Análisis diferencial
Flujo laminar incompresible y permanente entre placas paralelas
Flujo laminar en tuberías y anillos circulares
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Unidad 3. Flujo real
Tema 6. Flujos externos y flujos internos
La unidad establece las diferencias en fenómenos y análisis entre los flujosexternos y los flujos internos, para introducir brevemente en el análisisde ambos.
Flujos externos
Definición. Generalidades
Conceptos de arrastre y sustentación
Conceptos de capa límite y presión dinámica
Importancia de estos conceptos en el funcionamiento de vehículosaéreos y terrestres.
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DESARROLLO DEL PROGRAMA
Tema 7. Flujos internos. Flujo en tuberías
Este tema se centra fundamentalmente en el estudio de flujos internos. Sedan definiciones básicas en la mecánica de fluidos y se asientan basesteóricas fundamentales para el estudio del curso de hidráulica generaldel siguiente semestre.
Definición y evaluación de las pérdidas de carga. Pérdidas por fricción: Ecuación de Darcy, Ecuación de Hazen-Williams,
diagrama de Moody y fórmula de Colebrook.
Pérdidas menores
Longitud equivalente.
Concepto de línea de altura geométrica, piezométrica y total.
Tuberías en serie y paralelo.
Introducción a las redes de distribución de agua.
ESTE TEMA INTRODUCE EL CURSO DE HIDRÁULICA GENERAL
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PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Ponderación nota final: 25%
Tema 2. Estática:“Descarga por orificios”
Tema 4. Dinámica:
“Medida de caudales”
Tema 5. Flujo viscoso:“Experimento de Reynolds”
Tema 6. Flujos internos:
“Medida de caudales”
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La asistencia a prácticas es obligatoria si se quiere tener opción a entregarmemoria de prácticas.
El profesor exigirá la entrega de una memoria de actividades de la prácticacon un plazo de entrega de dos semanas tras la realización de la práctica
La no asistencia a una práctica o no entregar la memoria correspondienteimplica perder la ponderación de nota correspondiente a dicha práctica.
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PRÁCTICAS ANSYS FLUENT
Ansys-FLUENT es un software que contiene amplias capacidades de modelado
físico necesario para modelar el flujo, la turbulencia, transferencia de calor, etc.Hoy en día, miles de empresas de todo el mundo se benefician de la utilizaciónde FLUENT como parte integral de sus fases de diseño y optimización para eldesarrollo del producto.
Ejemplo: https://www.youtube.com/watch?v=MCW9ce-qm6E
Objetivos
Emplear un código comercial de Mecánica de Fluidos Computacional paraanalizar flujos.
Presentar adecuadamente los resultados de las simulaciones de flujosempleando técnicas de CFD.
Analizar críticamente los resultados, tanto propios como ajenos obtenidos
empleando técnicas de CFD.
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EVALUACIÓN
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Factor de
Evaluación
Ponderación Unidades Descripción
Primera
Prueba objetiva25 % Unids. 1-2-3
Examen individual que
constará principalmente de
ejercicios de contenido
teórico-práctico.
Segunda
Prueba objetiva25 % Unids. 4-5
Examen individual queconstará principalmente de
ejercicios de contenido
teórico-práctico.
TerceraPrueba objetiva
25 % Unidad 6-7-8
Examen individual que
constará principalmente deejercicios de contenido
teórico-práctico.
Memorias de
práctica25 % 4
La nota de prácticas será la
correspondiente a la media
de las memorias de prácticas
independientes.
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EVALUACIÓN PRUEBAS OBJETIVAS
La nota final del curso será la correspondiente a la suma ponderada de
todas las partes.
Las pruebas objetivas consisten en una evaluación de tipo teórico-práctico sobre las materias tratadas en los distintos temas del curso.Normalmente constarán de dos o tres ejercicios del mismo nivel que los
que resolverá el profesor en clase. Es por ello que se recomienda a losalumnos asistir a clase
Todas las pruebas objetivas deberán tener una nota mínima de 3 parapoder ser ponderada con las otras pruebas.
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EVALUACIÓN DE LAS PRÁCTICAS
La asistencia a prácticas es obligatoria si se quiere tener opción a
entregar memoria de prácticas. El profesor exigirá la entrega de una memoria de actividades de la
práctica con un plazo de entrega de dos semanas tras la realización de lapráctica.
La no asistencia a una práctica o no entregar la memoria
correspondiente implica perder la ponderación de nota correspondientea dicha práctica.
Atención: Los alumnos que realizaron las prácticas de laboratorio elpasado año no deberán repetir aquellas que tengan aprobadas. Aquellos alumnos que no recuerden sus notas pueden consultar su caso particular con
el profesor
Las prácticas de CFD son obligatorias para todos los alumnos
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EVALUACIÓN GLOBAL
La nota final del curso será la correspondiente a la suma ponderada de
todas las prácticas.
Las prácticas del curso no tienen prueba recuperativa posible.
Cada una de las pruebas objetivas tiene posibilidad de ser recuperada demodo independiente siempre y cuando se apruebe al menos una deellas.
El profesor calendarizará las pruebas recuperativas durante el último mes declase.
Los alumnos que reprueben todas las pruebas objetivas tendrán laopción de realizar una prueba final acumulativa que englobará toda lamateria del curso (a excepción de las prácticas).
Ojo!! Examen final de cuatro horas con TODA LA MATERIA DEL CURSO
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BIBLIOGRAFÍA
Obligatoria
Apuntes de curso proporcionados por el profesor del curso. Estos apuntesse facilitarán progresivamente bien en formato pdf, bien en formatopowerpoint durante el transcurso de la asignatura. No obstante serecomienda a los alumnos que tomen sus propias notas durante eltranscurso de las clases.
Opcional
El profesor recomienda los siguientes títulos como material de consultapara un seguimiento óptimo de la asignatura:
- Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Bruce R.Munson, Donald F-Young.Editorial Limusa Wiley.
- Hidráulica de tuberías. Juan Saldarriaga. Editorial Mc-Graw Hill.
- Mecánica de Fluidos. Frank M.White. Editorial Mc-Graw Hill.
- Mecánica de Fluidos. Robert L. Mott. Editorial Pearson. 6ª edición en
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