UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE PETRÓLEO

SYLLABUS I. INFORMACIÓN GENERAL Curso : MECÁNICA DE FLUIDOS I Código : PE – 3406 Pre – requisito : FÍSICA II Créditos : 04 Carácter : Obligatorio Horas : Teoría: 3 horas: practica: 02 horas Profesor : Ing. Héctor Félix Mendoza Ciclo Académico : El presente documento resume el método de enseñanza del curso de Mecánica de Fluidos I, que se dictará en el Departamento de Ingeniería de Petróleo de la Universidad Nacional de Piura, en el cual se busca un replanteamiento de la metodología que se ha venido implementando en ciclos anteriores. En este caso se busca la mejora de la enseñanza mediante la participación activa del alumno. Para incentivar su participación, se propone una metodología de aprendizaje mediante el uso del estímulo de la nota o calificación. Para el cumplimiento de esta propuesta se han adoptado las siguientes actividades:

• Se utilizará un libro texto único para todas las secciones de Mecánica de Fluidos I, el cual puede ser adquirido por el alumno, o conseguir su préstamo en la biblioteca de la escuela de ingeniería de petróleo.

• Los profesores de todas las secciones tendrán que desarrollar un mismo tema por semana, dándole al alumno la posibilidad de asistir a otra sección a reforzar un tema, si por alguna razón no pudo entender el desarrollo del tema semanal en su respectivo salón, o no asistió a clases.

• El alumno tiene la obligación de concurrir al aula, habiendo leído el capítulo del libro texto que se va a tratar en la clase respectiva, para lo cual se le ha entregado, el contenido del curso semana a semana, el objetivo de esta actividad es que el alumno venga a clases conociendo el tema a tratar, permitiéndole al profesor avanzar en menor tiempo el desarrollo del curso y tener mas tiempo de interrelacionarse con los alumnos; asimismo el alumno podrá participar con sus preguntas debido a que la lectura obligada le abrirá nuevas perspectivas sobre el tema a tratar en dicha clase y si tiene alguna inquietud hacérsele conocer al profesor.

• La lectura del libro texto antes de cada clase, es de vital importancia para el aprendizaje del curso por el alumno; para incentivar esta acción el profesor hará un Test de Comprobación de Lectura con preguntas sencillas relacionadas con el capítulo a tratar al inicio de cada clase, el cual será calificado con el fin de comprobar el avance de cada alumno y el promedio de

esta nota obtenida en cada clase será incluida en la nota de las prácticas de aula, y de este modo premiar el esfuerzo del alumno y asimismo se podrá ejercer las mediadas de prevención al aprendizaje del curso hacia el alumno no aplicado.

• Asimismo durante el desarrollo del tema, el profesor propondrá un test de participación mediante un problema de aplicación directa de lo enseñado en dicha clase, dándole un máximo tiempo de 10 minutos para que los alumnos lo desarrollen. Este test también tendrá una nota promedio obtenida de los test tomados en cada clase, que será sumada a la obtenida en el test de comprobación de lectura y de este modo obtener un promedio de nota que será incluida como calificación de la primera pregunta en las prácticas de aula.

• El objetivo es darle al profesor mas tiempo para la interacción con los alumnos y no desperdiciar excesivo tiempo en el uso de la pizarra para escribir lo que esta en el libro, para este fin el profesor deberá preparar sus clases lo más precisas y sintéticas, y en la medida de lo posible valiéndose de ayudas audiovisuales.

• Para lograr un continuo aprendizaje, el profesor del curso les entregará un conjunto de problemas, denominados tareas de casa, los problemas serán sobre los temas desarrollados durante las clases antes de la práctica de aula. Se recomendará a los alumnos que las fechas y horas de entrega y correcta resolución de la tarea será dos puntos en la calificación de la práctica. Además dos problemas similares a los dejados en la tara de casa vendrán en la práctica de aula pudiendo el alumno alcanzar el puntaje máximo de las dos preguntas si el desarrolla y practica las tareas domiciliarias.

• Asimismo dentro de las prácticas de laboratorio, en este ciclo se establece la práctica de laboratorio creativa, en la cual el alumno confeccionará el modelo de un prototipo que esté relacionado con la mecánica de fluidos, con lo cual se pretende desarrollar la creatividad de los estudiantes para representar la aplicación de la teoría estudiada en la vida real. Oportunamente serán entregados los temas a desarrollar, y asimismo se fijarán las fechas para presentar los avances del ensayo y el de su sustentación final. La práctica de laboratorio tendrá dos evaluaciones o notas, la primera será a la presentación de un informe de propuesta de realización del prototipo, con planos y especificaciones, indicando los fundamentos teóricos y prácticos de la factibilidad de la manufactura y funcionalidad, la segunda nota será por la presentación y sustentación final del modelo.

• Todas las prácticas de laboratorio serán grupales, y sustentados por cada uno del grupo con el fin de estimular la competencia y también lograr que cada estudiante se sienta obligado a participar en forma activa en cada laboratorio.

• Como se nota, toda esta metodología exige un gran esfuerzo por parte de los alumnos, profesores y jefatura del departamento, pero esperamos que el resultado final signifique que nuestros alumnos hayan aprendido la Mecánica de Fluidos con sólidos fundamentos.

• Como toda esta actividad esta dirigida a nuestros alumnos, inculcaremos a ellos la habilidad de trabajar en forma efectiva con sus colegas, jefes de grupo, que es de vital importancia para el éxito de su vida profesional.

• Recordándole que si el alumno participa efectivamente y en forma creativa y cuando trabaje con su grupo de trabajo en la realización de las tareas domiciliarias y de otros laboratorios, asimismo, estudia continuamente para

estar preparado para el test de cada clase, las practicas de aula y los exámenes debe estar seguro que cuando egrese sus posibilidades de conseguir empleo serán muy altas.

II. INTRODUCCIÓN La relación del hombre con los fluidos en especial con el agua, se inicia desde el comienzo de la historia misma. El transcurrir del tiempo ha mostrado como la ingeniería ha ido logrando el manejo satisfactorio de la mayor parte de los fluidos para beneficio del hombre. Tamaño avance ha requerido de un entendimiento claro del comportamiento de los fluidos y su interacción con el medio que los rodea. El presente curso pretende proporcionar al estudiante de ingeniería los conceptos y herramientas básicas necesarias para entender y llevar a cabo aplicaciones simples de Mecánica de Fluidos a problemas de ingeniería. III. OBJETIVO DEL CURSO Proporcionar conocimientos fundamentales sobre las propiedades de los fluidos, y sobre principios básicos para el análisis de la estática y dinámica de los fluidos, enfocados en su aplicación a problemas de ingeniería, incluyendo nociones básicas y aplicaciones de la dinámica de fluidos computacional. Abarca las tres técnicas básicas de análisis de flujos: análisis integral o de volumen de control, análisis diferencial, y análisis dimensional o de organización de información de estudios experimentales. IV. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Entender y aplicar rigurosamente las propiedades de los fluidos en al solución de problemas hidráulicos simples.

• Analizar, evaluar y representar rigurosamente el comportamiento de los fluidos en reposo.

• Analizar, evaluar y representar rigurosamente el movimiento de los fluidos sin considerar las fuerzas que lo originan.

• Comprender, aplicar y valorar las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos en al solución de problemas de ingeniería donde los efectos de fricción pueden ser despreciados.

• Comprender el funcionamiento y diseñar críticamente los principales dispositivos de medición de flujo.

• Comprender, manejar y valorar los conceptos de similitud y de análisis dimensional en la solución de problemas de modelación física y experimentación.

• Comprender, manejar y valorar las técnicas de cálculo de fuerza de arrastre sobre objetos inmersos.

V. PROGRAMA ANALÍTICO CAPITULO I INTRODUCCIÓN AL CURSO

• Descripción de objetivos, metodología de trabajo y sistema de calificación. • Dimensiones, unidades. • Escalas de presión y temperatura.

CAPITULO II PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

• Propiedades: densidad, peso específico. • Viscosidad • Compresibilidad y celeridad de onda. • Tensión superficial y capilaridad. • Presión de vapor y cavitación • Propiedades y relaciones termodinámicas • Propiedades extensivas e intensivas • Ecuaciones de estado

CAPITULO III ESTATICA DE FLUIDOS

• Presión en un punto • Variación de la presión • Presiones en la atmósfera • Medición de presiones • Fuerzas sobre superficies planas • Fuerzas sobre superficies curvas • Empuje sobre cuerpos sumergidos. • Estabilidad de cuerpos flotantes

CAPITULO IV INTRODUCCION A LOS FLUIDOS EN MOVIMIENTO

• Descripción del movimiento de los fluidos Descripción Euleriana y Lagrangiana

Líneas de trayectoria, de traza y de corriente. • Aceleración, velocidad angular y verticidad • Clasificación de los fluidos

Flujos unidimensional, bidimensional y tridimensional. Viscosos y no viscosos. Laminares y turbulentos Incompresibles y compresibles Externos internos

Permanentes e impermanentes • Ecuación de Bernoulli

CAPÍTULO V FLUJO POTENCIAL Y DEMAS FORMULACIONES DIFERENCIALES

• Concepto y aplicación de flujo potencial, función corriente, función potencial, superposición de flujos.

• Concepto y aplicación de capa límite en determinación de fuerzas cortantes. • Presentación de las formulaciones diferenciales.

Campo de aplicaciones. CAPÍTULO VI DINÁMICA DE FLUIDOS – FORMAS INTEGRALES

• Concepto de volumen de control, superficie de control, sistema y ecuación de Reynolds.

• Ecuación de continuidad • Aplicaciones • Ecuación de energía • Aplicaciones • Ecuación de momentum • Aplicaciones • Ecuación del momento del momentum • Aplicaciones

CAPÍTULO VII MEDICIÓN DE VELOCIDADES Y FLUJOS

• Tubo de Pilot y Prandt • Orificios y boquillas. • Venturímetro y diafragma. • Vertederos de cresta delgada y compuertas. • Otros

CAPÍTULO VIII ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA

• Análisis dimensional. Teorema Pi. • Parámetros adimensionales comunes • Similitud

CAPÍTULO IX FUERZAS SOBRE CUERPOS INMERSOS

• Cálculo de fuerzas de arrastre y sustentación. Aplicación en diseño de estructuras.

VI. SISTEMA DE EVALUACIÓN El promedio final del curso se determina mediante la fórmula: PF = (EP + EF + PP)/3 Donde: EP = Examen Parcial EF = Examen Final PP = Promedio de Prácticas El promedio de prácticas se obtiene de la siguiente fórmula: PP = (ΣPA + ΣPL)/8 PA = Practicas de aula (6 en total) Del total de prácticas de aula se elimina la práctica de nota más baja, quedando sólo 5 notas a ser consideradas en el promedio de prácticas. PL = Prácticas de laboratorio (4) Del total de prácticas de laboratorio se elimina la nota más baja de las dos primeras prácticas de laboratorio didácticas, más no es así las notas de las prácticas de laboratorio creativo, quedando sólo 3 notas a ser consideradas en el promedio de prácticas. VII. BIBLIOGRAFÍA A. BÁSICA “Mecánica de Fluidos”. Merle C. Potter, David C. Wiggert y Midhat Hondzo. Prentince Hall, 1998. “Introducción a la Mecánica de Fluidos”. Jorge Hernández Arellano. Universidad Nacional de Ingeniería. Facultad de Ingeniería Civil. Instituto de Investigaciones. B. COMPLEMENTARIA “Mecánica de Fluidos Elemental”. John K. Vennard y Robert L. Street. John Whey & Sons. “Mecánica de Fluidos”. Victor L. Streeter. “Mecánica de Fluidos e Hidráulica”. Ronald V. Giles. Colección Shaum. “Hidráulica General”. Gilberto Sotelo Avila. Limusa “Fundamentos de Mecánica de Fluidos”. P. Gerhart, R. Gross, J. Hochstein. Addison-Wesley Iberoamericana.