mecánica de fluidos-presentación curso

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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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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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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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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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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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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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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