220103 - Mecánica de Fluidos

ltima modificacin: 05-02-2014

220103 - Mecnica de Fluidos

Universitat Politcnica de Catalunya1 / 16

Competencias de la titulacin a las cuales contribuye la asignatura

Los objetivos de la asignatura son, asegurar el aprendizaje de los conceptos bsicos de toda asignatura de mecnica de fluidos, estos concepos se concretan en conseguir obtener un buen conocimiento de las ecuaciones fundamentales, del flujo con viscosidad dominante, del flujo interno i del flujo compresible. Puesto que estos son los cuatro pilates bsicos dela asignatura. Con lo acabado de decir, no se pretende desestimar, ni mucho menos, los dems temas de que consta la asignatura.

Responsable: JOSEP M BERGAD I GRA

Unidad que imparte:

Curso:

Crditos ECTS:

729 - MF - Departamento de Mecnica de Fluidos

2013

GRADO EN INGENIERA EN TECNOLOGAS INDUSTRIALES (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria)

4,5 Idiomas docencia: Cataln, Castellano, Ingls

Unidad responsable: 220 - ETSEIAT - Escuela Tcnica Superior de Ingenieras Industrial y Aeronutica de Terrassa

Titulacin:

Profesorado

Especficas:1. Conocimientos de los principios bsicos de la mecnica de fluidos y su aplicacin en la resolucin de problemas en el campo de la ingeniera. Clculo de caeras, canales y sistemas de fluidos.

Objetivos de aprendizaje de la asignatura

La metodologa docente consiste en clases de teora y problemas impartidas por el profesor, resolucin de problemas en clase por parte de los estudiantes, y realizacin de pequenos trabajos consistentes en la resolucin de problemas fuera del horrio docente, dichos trabajos debern realizarse en grupos de dos o tres estudiantes.

Metodologas docentes

Capacidades previas

Los estudiantes han de tener un nivel mnimo de matemticas y fsica, integracin, derivacin y resolucin de ecuaciones diferenciales simples, es un requerimiento previo necesario.

Requisitos

Los estudiantes tienen que haber superado todas las asignaturas de matemticas y fsica que se cursen en los semestres precedentes al que se cursa la asignatura de mecnica de fluidos.

Horario: Lunes de 15 a 17 hMircoles de 17 a 19 hJueves de 16 a 18 h

Horario de atencin




Dedicacin total: 112h 30m Grupo grande/Teora:

Grupo mediano/Prcticas:

Aprendizaje autnomo:

31h

14h

67h 30m

27.56%

12.44%

60.00%

Horas totales de dedicacin del estudiantado




Contenidos

Introduccin a la mecnica de fluidos / esttica. Dedicacin: 10h Grupo grande/Teora: 4h Grupo mediano/Prcticas: 2h Aprendizaje autnomo: 4h

Fluido bajo el punto de vista microscpico, macroscpico y termodinmico. Teora del continuo y equilibrio termodinmico local. Propiedades mecnicas y trmicas de los fluidos, ecuacin reolgica de un fluido. Ecuacin bsica de la esttica de fluidos, ecuaciones diferenciales de los fluidos sometidos a aceleraciones constantes. Esta descripcin se puede concretar en:1.1 Propiedades mecnicas y trmicas de los fluidos, variacin de las propiedades en funcin del estado termodinmico del fluido. 1.2 Ecuacin diferencial de la esttica de fluidos.1.3 Ecuacin diferencial de un fluido sometido a aceleraciones constantes, tanto en coordenadas cartesianas como cilndricas.

Descripcin:

Actividades vinculadas:ACTIVIDAD 1ACTIVIDAD 4

Objetivos especficos:El estudiante adquirir una visin global de las ecuaciones reolgicas de los diversos fluidos, as como de las propiedades de los mismos. Respecto a la esttica de fluidos, ser capaz de resolver cualquier tipo de problema relacionado.




Cinemtica de fluidos Dedicacin: 5h 30mGrupo grande/Teora: 2h Grupo mediano/Prcticas: 1h Aprendizaje autnomo: 2h 30m

Se definirn los conceptos bsicos para la evaluacin matemtica de un fluido en movimiento, sin viscosidad y definido por un campo vectorial. Se realizar el anlisis cinemtico completo del movimiento de una partcula de fluido. Esta descripcin se puede concretar en los puntos:2.1 Concepto de derivada material, flujo convectico, circulacin y vorticidad.2.2 Ecuaciones diferenciales de las lneas que caracterizan un fluido en movimiento y que est definido por un campo vectorial.2.3 Tensores gradiente de velocidad, de deformacin y de vorticidad en todo tipo de coordenadas.

Descripcin:


Objetivos especficos:Los estudiantes sabrn calcular las lneas de corriente, trayectria y traza de un fluido definido por un campo vectorial. conceptos commo circulacin, vorticidad, irrotacionalidad, aceleraciones, deformaciones lineales y angulares, formarn parte de los conocimientos adquiridos. Se definirn asimismo los tensores gradiente de velocidad, de deformacin y de vorticidad para todo tipo de coordenadas.




Ecuaciones bsicas de la mecnica de fluidos. Dedicacin: 30h Grupo grande/Teora: 6h Grupo mediano/Prcticas: 4h Aprendizaje autnomo: 20h

Este es el tema bsico del curso, aqu se plantearn todas las ecuaciones bsicas de la mecnica de fluidos, tantoen forma integral como diferencial. Se realizar una extensiva aplicacin de dichas ecuaciones tanto en sistemas de referncia inerciales como no inerciales. Esta descripcin se concreta en los puntos:3.1 Teorema de transporte de Reynolds. 3.2 Ecuacin de continuidad en forma integral y diferencial, y para todos los sistemas de coordenadas.3.3 Ecuacin de cantidad de movimiento en forma integral y diferencial, y para todos los sistemas decoordenadas. 3.4 Ecuacin de la energa en forma integral y diferencial.3.5 Ecuacin del momento cintico. 3.6 Ecuaciones de cantidad de movimiento y momento cintico para sistemas no inerciales de coordenadas.

Descripcin:


Objetivos especficos:Partiendo del teorema de transporte de Reynolds, se deducirn en forma integral todas las ecuaciones bsicas, continuidad, cantidad de movimiento, energa y momento cintico, procediendo posteriormente a la obtencin desus homlogas en forma diferencial. Las ecuaciones en forma diferencial se vern en todos los sistemas de coordenadas, cartesianas, cilndricas y esfricas. Los estudiantes trabajarn con todas estas ecuaciones y sern capaces de aplicarlas a numerosos casos prcticos, aprendern asimismo a utilizar las ecuaciones pertinentes en sistemas de referncia inerciales y no inerciales.




Flujo con viscosidad dominante. Dedicacin: 16h Grupo grande/Teora: 4h Grupo mediano/Prcticas: 2h Aprendizaje autnomo: 10h

Bajo viscosidad dominante se entiende que el movimiento del fluido esta dirigido por las fuerzas viscosas, las fuerzas de inercia juegan un papel irrelevante. Este captulo se centrar en la utilizacin de la ecuacin de continuidad y de cantidad de movimiento en forma diferencial. Se ver su aplicacin a cojinetes hidrodinmicos planos y cilndricos. Esta descripcin se puede concretar en los puntos:4.1 Flujo de Couette i Poiseulle en placas planas y conductos.4.2 Flujo de Poiseulle en conductos concntricos.4.3 Cojinetes hidrodinmicos, planos y cilndricos.

Descripcin:


Objetivos especficos:En este captulo los estudiantes aprendern a aplicar las ecuaciones de Navier Stokes entre dos placas paralelas, tanto en coordenadas cartesianas, como cilndricas y esfricas. Se estudiarn entre otros, los flujos de Couette, Poiseulle, Haguen-Poiseulle y Rayleich. Se utilizarn las ecuaciones de lubricacin de Reynolds, se aprender a calcular un cojinete hidrodinmico plano, patn de Michel, y tambin cilndrico. La aplicacin a motores que giran a altas velocidades , motores de aviacin, es directa.




Anlisis adimensional / Teora de modelos. Dedicacin: 6h Grupo grande/Teora: 3h Aprendizaje autnomo: 3h

En este captulo se presentan las bases para realizar de una manera ptima cualquier medicin experimental en mecnica de fluidos. La llave radica en la caracterizacin del fenmeno fsico a estudiar mediante grupos adimensionales. La utilizacin de grupos adimensionales para extrapolar resultados entre modelo y prototipo, ser la segunda parte de este captulo, donde se ver que problemas aparecen a la hora de realizar esta extrapolacin. Esta descripcin se puede concretar en los puntos: 5.1 Teorema de pi, sistema matricial y de normalizacin de ecuaciones.5.2 Grupos adimensionales mas utilizados en mecnica de fluidos, parmetros que relacionan. 5.3 Teora de modelos, semejanza geomtrica, cinemtica y dinmica, problemas asociados.

Descripcin:


Objetivos especficos:Los estudiantes aprendern los diversos mtodos para encontrar los grupos adimensionales que caracterizan un fenmeno fsico dado. El teorema de pi, el mtodo matricial y el de normalizacun de ecuaciones. Se definir cuales son los principales grupos adimensionales utilizados en la mecnica de fluidos y que fenmeno fsico se identifica con cada uno de ellos. Los estudiantes aprendern las leyes de semejanza que se han de cumplir para extrapolar resultados entre modelo y prototipo, y entendern que grupos adimensionales estan ligados a cada una de las leyes de semejanza. Se pondr especial nfasis en detallar que problemas asociados aparecen cuandose quieren realizar extrapolaciones entre modelo y prototipo.




Capa lmite / Flujo externo. Dedicacin: 7h Grupo grande/Teora: 3h Aprendizaje autnomo: 4h

La explicacin del porque las ecuaciones fundamentales en forma integral no son aplicables a una gran mayora de flujos externos, reside en la comprensin de lo que sucede en las regiones del fluido cercanas al cuerpo, regiones donde aparece la capa lmite. en este captulo se estudiarn las ecuaciones que caracterizan a la capa lmite sobre placas planas, tanto en la zona laminar como turbulenta. Se ver como el fluido alrededor de cuerpos, queda afectado por pequennas perturbaciones generadas en la capa lmite. Esta descripcin se puede concretar en:6.1 Ecuacin diferencial de Prandt para la capa lmite laminar, solucin de Blasius. Ecuacin de integral de Von Karman.6.2 Aplicacin de la ecuacin de Von Karman a las zonas laminar y turbulenta de la capa lmite. Obtencin de las ecuaciones algebraicas que caracterizan los diferentes parmetros de la capa lmite, tanto en la zona laminar como turbulenta.6.3 Grupos adimensionales caractersticos de flujo externo.6.4 Concepto de vrtice libre y vrtice forzado. Efecto Magnus.

Descripcin:


Objetivos especficos:Entre los objetivos de este captulo, es necesrio destacar la capacidad que los estudiantes adquirirn para analizar los parmetros que caracterizan a la capa lmite, y porque el entendimiento de lo que sucede en esta regin afecta al comportamiento global del cuerpo. La aplicacin a flujo externo y las fuerzas que el flujo de fluido crea al fluir alrededor de cuerpos, incluido el efecto magnus, sern la segunda parte de este captulo.




Flujo interno. Dedicacin: 13h Grupo grande/Teora: 3h Grupo mediano/Prcticas: 2h Aprendizaje autnomo: 8h

Este tema es uno de los clsicos en ingenira industrial. Aqu se tratar el fluido como incompresible y por tanto, las ecuaciones que se utilizarn son especialmente simples. No obstante es un tema de enorme aplicacin prctica, dado que transporte de todo tipo de fluido (incompresible) mediante conductos y grupos de bombeo, ser definido en el presente captulo. Esta descripcin se concreta en los puntos:7.1 Aplicacin de la ecuacin de la energa en conductos, concepto de prdidas lineales y singulares, diagrama deMoody. 7.2 Diversos tipos de problemas que pueden aparecer en el estudio de flujo incompresible en conductos.7.3 Sistemas de conductos en serie y paralelo, concepto de dimetro hidralico y longitud equivalente. 7.4 Introduccin de mquinas hidralicas en sistemas de tuberas.

Descripcin:


Objetivos especficos:Los estudiantes aprendern a disennar ssitemas de conductos para el transporte de fluidos. Se estudiarn los diversos casos existentes as como la determinacin de los parmetros que definen las prdidas de energa del fluido al desplazarse por el interior de conductos. Los sistemas en serie y paralelo as como la utilizacin de grupos de bombeo sern perfectamente conocidos por todos los estudiantes.




Flujo compresible. Dedicacin: 25h Grupo grande/Teora: 6h Grupo mediano/Prcticas: 3h Aprendizaje autnomo: 16h

Si el fluido es un gas, y evoluciona por el interior de un conducto, es muy probable que el estudio del fluido comoincompresible no obedezca a la realidad. Ser consecuentemente necesrio tratar el fluido como compresible. En este captulo se definir cual es el lmite a partir del cual el tratamiento matemtico del fluido como compresible es imprescindible. El estudio del fluido como subsnico y supersnico, incluyendo el tratamiento de ondas de choque y tanto para flujo interno como externo quedarn detallados en el presente captulo. Esta descripcin se puede concretar en los puntos.8.1 Ecuaciones de flujo isentrpico.8.2 Ondas dbiles, velocidad del sonido, nmero de mach, el cono de mach.8.3 Flujo isentrpico en toberas convergentes - divergentes, concepto de flujo bloqueado, ondas de choque planas y oblcuas.8.4 Flujo compresible en conductos, flujo de Fanno, isotrmico y Rayleich.

Descripcin:


Objetivos especficos:una vez definido el lmite a partir del cual el fluido se ha de tratar como compresible, los estudiantes trabajarn los diversos casos existentes, flujo de Fanno, Rayleich e isotrmico, entendern las ecuaciones que caracterizan cada caso y el proceso de clculo para cada aplicacin. El flujo en el interior de toberas convergentes - divergentes y su aplicacin a casos reales ser otra parte importante de este captulo. Todo estudiante entenderdonde y porqu pueden aparecer ondas de choque y podr realizar el tratamiento matemtico de las mismas.




Planificacin de actividades

ACTIVIDAD 1

ACTIVIDAD 2

ACTIVIDAD 3

Descripcin:

Descripcin:

Descripcin:

Se trata de que los estudiantes, en grupos reducidos, realicen unos ejerccios de aplicacin y profundizamiento relacionados con el primer y segundo temas de la asignatura.

Los estudiantes en grupos reducidos, realizarn ejerccios de aplicacin y profundizamiento relacionados con el tema tres de la asignatura.

En grupos reducidos, los estudiantes realizarn ejerccios relacionados con el tema cuarto de la asignatura.

Material de soporte:


Para la realizacin de todos los trabajos del curso, los estudiantes podrn utilizar toda la informacin existente, libros, apuntes, paginas web, etc.

Los estudiantes podrn utilizar todo el material a su alcance con el fin de llevar a buen puerto el trabajo encomendado.

Descripcin de la entrega esperada y vnculos con la evaluacin:


El trabajo deber entregarse en la fecha establecida, que ser antes de la realizacin del primer examen parcial de la asignatura. El trabajo se entregar en forma digital y utilizando ATENEA.

El trabajo se entregar en la fecha establecida, que ser antes del primer examen parcial. La entrega ser en forma digital y mediante ATENEA.

Objetivos especficos:


Los objetivos de los diversos trabajos que se realizarn durante el curso, son el de fijar conocimientos sobre cada uno de los temas de la asignatura. Los estudiantes aprendern a buscar informacin que les ayude a resolver los ejerccios propuestos y tambin mejorarn sus aptitudes para trabajar en equipo.

Los objetivos osn:fijar conocimientos, aprender a buscar informacin con el fn de resolver los ejerccios propuestos y mejorar las aptitudes para el trabajo en equipo.

Grupo grande/Teora: 4h Grupo mediano/Prcticas: 2h Aprendizaje autnomo: 8h



Dedicacin: 14h

Dedicacin: 20h

Dedicacin: 17h




ACTIVIDAD 4 - PRIMER EXAMEN

ACTIVIDAD 5

ACTIVIDAD 6

Descripcin:

Descripcin:

Primer examen de evaluacin de la asignatura.

Los estudiantes en grupos reducidos, han de realizar ejerccios de aplicacin y profundizamiento relacionados conlos temas cinco y seis de la asignatura.




Podrn utilizar todo el material a su alcance.

nicamente un formulario que a priori preparar cada estudiante.

Podrn utilizar todo el material que tengan a su alcance.




los ejerccios se entregarn en la fecha establecida y siempre antes del primer examen parcial de la asignatura. Laentrega ser en forma digital y mediante ATENEA.

En formato papel y al acabar el examen.

El trabajo se entregar en la fecha establecida, que ser antes del segundo examen parcial de la asignatura. La entrega se realizar en forma digital y mediante ATENEA.




Los objetivos son el de fijar conocimientos sobre cada uno de los temas de la asignatura, aprender a buscar informacin para realizar un trabajo dado y aprender a trabajar en equipo.

Evaluar el aprendizaje de la primera parte de la asignatura.

Los objetivos son: el fijar conocimientos de los temas relacionados con el trabajo, aprender a buscar informacin y aprender a trabajar en equipo.

Grupo grande/Teora: 3h 30m



Dedicacin: 3h 30m

Dedicacin: 16h

Dedicacin: 18h




ACTIVIDAD 7

ACTIVIDAD 8 - EXAMEN FINAL

Descripcin:

Descripcin:

Descripcin:

En grupos reducidos, los estudiantes realizarn los ejerccios propuestos de aplicacin y profundizamiento relacionados con el tema siete de la asignatura.

Se trata de que los estudiantes en grupos reducidos, realicen unos ejerccios propuestos de aplicacin y profundizamiento relacionados con el tema ocho de la asignatura.

Segundo examen parcial de la asignatura.




Podrn utilizar todo el material que ellos crean necesario.

Se podr utilizar todo el material que tengan a su disposicin.

nicamente un formulario preparado por el propio estudiante.




El trabajo se entregar en forma digital mediante ATENEA. Su entrega ser antes de la fecha establecida y siempre antes del segundo examen parcial.

Los trabajos se entregaran en formato digital y mediante ATENEA. La fecha de entrega ser la establecida, siendosiempre antes de la realizacin del examen del segundo parcial.

Se entregar en formato papel al terminar dicha actividad.




Los objetivos son el de fijar conocimientos, aprender a trabajar en equipo y aprender a buscar informacin con base cientfica.

Los objetivos son el fijar conocimientos sobre la asignatura, buscar informacin y trabajar en equipo.

Evaluar los conocimientos adquiridos en la segunda parte de la asignatura.

Grupo grande/Teora: 4h Grupo mediano/Prcticas: 3h Aprendizaje autnomo: 13h 30m

Grupo grande/Teora: 3h 30m

Dedicacin: 20h 30m

Dedicacin: 3h 30m




Los estudiantes realizarn tres trabajos antes del primer examen parcial, su valor conjunto ser del 15% del total de la asignatura, el primer examen parcial tendr un valor del 35%. Despues de haber realizado el primer parcial y antes de realizar el examen final, se debern realizar otros tres trabajos cuyo valor conjunto ser del 15%. Por ltimo, el examen final tendr un valor del 35% del total de la asignatura..

Sistema de calificacin

Normas de realizacin de las actividades

Los seis trabajos, tres en el primer parcial y tres en el segundo parcial, que los estudiantes debern realizar fuera del horrio de clases, sern realizados mediante ordenador y entregados via ATENEA. Cada grupo deber de presentar los trabajos y dispondr de 30 minutos para ello. La calificacin ser la conjunta entre lo realizado en el trabajo y la presentacin. Durante la presentacin, el profesor formular preguntas relacionadas con el trabajo realizado. Los dos exmenes tendrn una duracin de dos horas y media cada uno, y bsicamente consistirn en la resolucin de problemas, todo y que se podr realizar alguna pregunta de teora.




Bibliografa

Informaci deixada a ATENEA

www.efluids.com

www.cfd-online.com

Informacin dejada en ATENEA e informacin que es accesible en pginas web relacionadas con la mecnica de fludos.

Enlace web

Notas de la asignatura en Power point y colecciones de problemas resueltos.

Pgina web, con informacin relacionada con la mecnica de fluidos.

Pgina web con informacin relacionada con la mecnica de fluidos computacional.

Otros recursos:

Bsica:

Complementaria:

Bergada, JM. Mecnica de Fluidos. Breve introduccin terica con problemas resueltos. Barcelona Iniciativa Digital Politcnica, 2012. ISBN 978-84-7653-942-2.

Bergada, J. M. Mecnica de fluidos: problemas resueltos [en lnea]. Barcelona: Iniciativa Digital Politcnica, 2011 [Consulta: 09/03/2012]. Disponible a: . ISBN 9788476535882.

Crespo, A. Mecnica de fluidos. Madrid: Thomson, 2006. ISBN 8497322924.

Douglas, J. F.; Gasiorek, J. M.; Swaffield, J. A. Fluid mechanics. 3rd ed. New York: Longman Scientific & Technical, 1995. ISBN 0582234085.

Fox, R. W.; McDonald, A. T. Introduccin a la mecnica de fluidos. 2 ed. Mxico: McGraw-Hill, 1995. ISBN 9701006690.

Gerhart, P. M.; Gross, R. J.; Hochstein, J. I. Fundamentos de mecnica de fluidos. 2 ed. Argentina: Addison-Wesley Iberoamericana, 1995. ISBN 0201601052.

White, F. M. Mecnica de fluidos. 5 ed. Madrid: McGraw-Hill, 2004. ISBN 9788448140762.

Zucrow, M. J.; Hoffman, J. D. Gas dynamics. New York: John Willey & Sons, 1976-1977.

Pnueli, D.; Gutfinger, C. Fluid mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 1992. ISBN 0521587972.

Shames, I. H. La mecnica de los fluidos. 3 ed. Santaf de Bogot: McGraw-Hill, 1995. ISBN 9586002462.

Barrero, A.; Prez-Saborid, M. Fundamentos y aplicaciones de la mecnica de fluidos. Madrid: McGraw-Hill, 2005. ISBN 8448198905.

Lin, A. [et al.]. Mecnica de fluidos, vol. 1. Madrid: UPM. Escuela de Ingeniera Aeronutica y del Espacio, 2005.

Lin, A. [et al.]. Mecnica de fluidos, vol. 2. Madrid: UPM. Escuela de Ingeniera Aeronutica y del Espacio, 2005.

Lopez-Herrera, J. M. [et al.]. Mecnica de fluidos: problemas resueltos. Madrid: McGraw-Hill, 2005. ISBN 8448198891.

Spurk, J. H. Fluid mechanics. Berlin: Springer, 1997. ISBN 3540616519.

Spurk, J. H. Fluid mechanics: problems and solutions. Berlin: Springer, 1997. ISBN 3540616527.




www.potto.orgPgina web con informacin relacionada con la mecnica de fluidos.

220103 - Mecánica de Fluidos

Documents

Transcript of 220103 - Mecánica de Fluidos