Mecánica de fluidos - Programa


CARRERA

NIVEL

HORAS SEMANALES

HORAS TOTALES

Ingeniería Civil 5º semestre 4 horas

64 horas

Ingeniería Ambiental
PRERREQUISITO: 

CORREQUISITO: Taller de mecánica de fluidos

Fecha de revisión: enero de 2002

JUSTIFICACIÓN

El ingeniero que se involucre con el manejo de los fluidos deberá conocer sus propiedades físicas y mecánicas para comprender su comportamiento, para proponer y diseñar soluciones a problemas que se relacionen con los fluidos.

OBJETIVO GENERAL

Adquirir conocimiento de las propiedades físicas de los fluidos, de los principios mecánicos de la estática, la cinemática y la dinámica, que permita al aprendiz interpretar los problemas, identificar variables, diseñar métodos de solución e interpretar resultados.

CONTENIDO RESUMIDO Horas
1.   Introducción
2.   Propiedades físicas de los fluidos
3.   Tensión en un punto
4.   Estática de los fluidos
5.   Cinemática de los fluidos
6.   Flujo de un fluido ideal incompresible
7.   Dinámica de los fluidos
8.   Flujo irrotacional
9.   Flujo de fluidos viscosos
10. Análisis dimensional y teoría de modelos
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PROGRAMA DETALLADO
1. INTRODUCCIÓN

Presentación del programa del curso.

Definiciones básicas.  Medio continuo.  Ecuaciones constitutivas.

Fluido, fluido newtoniano y no newtoniano.

Sistema de unidades y unidades fundamentales.  Sistemas más usados, características de la representación dimensional.

2. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOS

Viscosidad.  Ley de viscosidad de Newton,  comportamiento reológico, viscosidad  dinámica y cinemática, variación de la viscosidad con la temperatura en líquidos y gases, fluido ideal.  Hipótesis de no deslizamiento.  Aplicaciones de la ley de viscosidad de  Newton,  perfiles de velocidad, viscosímetros.

Tensión superficial, capilaridad, ángulo de contacto.

Compresibilidad y elasticidad, densidad relativa o gravedad específica, peso
específico.

Presión de vapor, cavitación.

Gas ideal, ecuación de estado.

3. TENSIÓN EN UN PUNTO

Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales.  Campos.

Fuerzas superficiales y másicas.

Tensión en un punto: fluido en reposo o en movimiento uniforme; fluido no  viscoso en movimiento; fluido viscoso en movimiento.  Ley de Pascal.

Propiedades importantes del tensor de esfuerzos.

4. ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

Variación de la presión: en un fluido incompresible en reposo; con la elevación en un fluido compresible en reposo.

Condiciones de la "atmósfera normal".

Ecuación fundamental de la hidrostática.

Integración de la ecuación de presión en fluidos compresibles e incompresibles.

Barómetro de Torricelli, piezómetros, manómetros.

Fuerza hidrostática sobre superficies sólidas sumergidas en un fluido en reposo, sobre superficies planas, sobre superficies curvas.

Fuerza de flotación o empuje y estabilidad de cuerpos flotantes.

Equilibrio relativo.

5. CINEMÁTICA DE LOS FLUIDOS

Tipos de flujo: laminar, turbulento, adiabático, permanente, uniforme, estable, inestable, unidimensional, bidimensional, tridimensional, rotacional, irrotacional.

Líneas de corriente, de trazador, tubos de corriente, vena fluida.

Métodos fundamentales de la cinemática aplicados a partículas fluidas:

métodos de Euler y Lagrange.

Aceleración de una partícula fluida.

Sistemas de coordenadas.

Concepto de sistemas y volúmenes de control.

Conservación de la masa.  Ecuaciones de continuidad, integral y diferencial para diferentes tipos de flujos y sistemas de coordenadas.

6. FLUJO DE UN FLUIDO IDEAL INCOMPRESIBLE

Flujo unidimensional y bidimensional.

Ecuación de Euler, ecuación de Bernoulli. Ecuación de energía.

Suposición unidimensional para tubos de corriente de sección transversal finita.

Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli.

7.  DINÁMICA DE LOS FLUIDOS

Ecuaciones de cantidad de movimiento lineal.

Volúmenes de control fijos en un espacio inercial.

Ecuación del momento de la cantidad de movimiento.

Volúmenes de control inerciales.

Relación entre la ecuación de Euler y las relaciones termodinámicas.

Máquinas de flujo: 

Propulsión por chorro, propulsores y molinos de viento, deflectores y álabes, turbina
de impulso (pelton), turbinas de reacción y bomba centrífuga, propulsión por cohete.

8.  FLUJO IRROTACIONAL

Potencial de velocidad. 

Flujo irrotacional en fluidos homogéneos sin fricción,

Soluciones de la ecuación de Laplace.

Líneas de corriente.

Función de corriente.

Solución de flujo bidimensional irrotacional incompresible.

Vorticidad.

9. FLUJO DE FLUIDOS VISCOSOS

Ecuaciones de Navier-Stokes. Aplicaciones

10. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y TEORÍA DE MODELOS

Aplicación del principio de homogeneidad dimensional.

Productos adimensionales y su determinación.

Teorema de Buckingham.

Determinación de las variables que afectan un fenómeno.

Teoría de la similaridad y análisis de similitud

METODOLOGÍA

El profesor orientará el aprendizaje de los temas propuestos en el contenido motivando la participación del estudiante de manera que este se sienta partícipe en la construcción de su saber, en el desarrollo de sus habilidades y en la formación de sus valores.  El estudiante adquirirá un completo entendimiento de los conceptos fundamentales que requiere la asignatura mediante una aproximación cercana a los fenómenos con apoyo de imágenes, descripciones, experimentos y ejemplos; podrá llevar a cabo cualquier desarrollo demostrativo y sabrá aplicar lo métodos y expresiones para la solución de los problemas relacionados con la asignatura incluyendo el uso de herramientas tecnológicas actuales como software especializado.

EVALUACIÓN

La evaluación deberá responder con la metodología propuesta y será definida en acuerdo con profesor y estudiantes.

BIBLIOGRAFÍA

BELTRÁN, Rafael.  Introducción a la mecánica de fluidos.  Editorial McGraw Hill/ Uniandes, 1990

FERNÁNDEZ, Bonifacio.  Introducción a la mecánica de fluidos.  Segunda edición.  Editorial Alfaomega, 1999

FOX, W., Robert y McDONALD, T., Alan.  Introducción a la mecánica de fluidos. Interamericana,1983

FRANZINI, Joseph y FINNEMORE, John.  Mecánica de fluidos con aplicaciones en ingeniería.  Novena edición.  Editorial Mc Graw Hill, 1997

GERHART, Philip, et al.  Fundamentos de mecánica de fluidos.  Segunda edición.  Editorial Addison Wiley, 1995

GILES, Renard et al.  Mecánica de fluidos e hidráulica.  Tercera edición.  Editorial McGraw Hill, 1994

MOTT, Robert.  Mecánica de fluidos aplicada.  Cuarta edición.  Editorial Prentice Hall, 1996

MUNSON, Bruce,  et al.  Fundamentos de mecánica de fluidos.  Editorial Limusa, 1999

NARANJO, Jorge Alberto.  Introducción a la mecánica de los medios continuos.  Universidad Nacional programa de posgrados.  1992

POTTER, Merle C. y Wiggert, David C. Mecánica de fluidos, 3ª Ed. México. Thompson, 2002. 769 p.

SHAMES, Irving.  Mecánica de fluidos con aplicaciones en ingeniería. Tercera edición.  Editorial McGraw Hill, 1997

SOTELO AVILA, Gilberto.  Hidráulica General: fundamentos. México: Limusa, 1979. volumen 1

STREETER, Víctor L. Y  WYLIE, E. Benjamín.  Mecánica de fluidos. Novena edicción.  Editorial McGraw Hill, 1999

TORO, Francis M.  Ecuaciones de Navier Stokes y una solución para flujos a superficie libre.  Facultad de minas de la Universidad Nacional.  1998

VENNARD y STREET.  Elementos de mecánica de fluidos. Continental, 1979

PREPARADO POR:

Coordinador de área:  Juan Fernando Barros Martínez