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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTADA NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTROMECANICA
PLAN DE TRABAJO
I. IDENTIFICACIÓN
Asignatura:
Sigla:
Facultad:
Carrera:
Pre-requisitos:
Nivel:
Áreas de coordinación
curricular:
Horizontal:
Vertical:
Gestión o período lectivo:
Duración:
Carga horaria semanal:
Horario:
Aula:
Nombre del docente:
Estudios de postgrado e
intervención e proyectos
de investigación:
MECANICA DE FLUIDOS I
MEC 2245
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
INGENIERIA MECANICA Y ELECTROMECANICA
MAT 1207 Ecuaciones Diferenciales I
Licenciatura
MEC 2244 Termodinámica Técnica I
MEC 2249 Mecánica de Fluidos II
SEMESTRE I/2016
Un semestre académico (20 semanas)
6 horas académicas/semana
LUNES 10:30 - 12:45;
JUEVES 14:30-16:45
No. 8
No. 1
Emilio Rivera Chávez
Ingeniería Mecánica (FNI-UTO); Dipl.CAE (UMSS-UTO); Esp. Ing. Mantenimiento
(ISPJAE-UTO)), Diplomado Educación Superior (UMSA), Diplomado TICs (FNI-UTO,
Experto Universitario en Cooperación Universidad Empresa (CAEU-CSIC-UPV.- España).
Especialista en ELearnig. (ISPI.-International Society for Performance ImprovementITSON-México). Experto Universitario en Elaboración y Gestión de Proyectos de
Investigación (CAEU- CSIC-UPV.-España).Esp. Gestión de Calidad y Mejoramiento
Continuo-TQM (DGQ-Alemania), Auditor de Sistemas de Calidad Pymes-ISO 9000 (DGQAlemania); Estudios de Maestría en Ingeniería de Mantenimiento Industrial (ISPAJAEUTO). Experto en Divulgación y Cultura Científica (CAEU - Univ. Oviedo, España). Línea
de Inv.: Educación Superior Universitaria (Proyectos Alfa: PROFLEX 206-209; INFOACES
2011-2014).
Cochabamba No. 480; Teléfono: 5254754
Email: [email protected]; http://erivera-2001.com
Dirección:
Consultas:
Fecha de presentación: 25-01-2016
II. JUSTIFICACION
Comentario: en esta sección se describe la razón de ser y la importancia de la asignatura. Así como su
contribución al perfil profesional de la carrera de Ingeniería Mecánica.
MEC-2245A Mecánica de fluidos I, es la primera parte del estudio de esta ciencia en el programa de
Ingeniería Mecánica y su finalidad es revisar los principios que rigen el movimiento mecánico de los
fluidos y su aplicación a la solución de problemas prácticos y de aplicación industrial. Constituye la base
para el estudio de materias del ámbito tecnológico como ser: Máquinas hidráulicas, Térmicas y
Neumáticas. Pocos sistemas mecánicos industriales pueden prescindir de la acción dinámica y/o térmica
de un fluido, esto hace que el estudio de esta ciencia, Mecánica de Fluidos, sea imprescindible en la
formación integral de un ingeniero mecánico para que se desempeñe en la industria con solvencia y
creatividad.
III. PROPOSITOS
Comentario: Aquí se exponen los logros del proceso docente_educativo que se esperan alcanzar, en cuanto se
refiere al desarrollo de competencias generales y técnico-especificas por parte del estudiante, a lo largo del
desarrollo de la asignatura en el presente semestre.
Durante el desarrollo de la asignatura se pretende que el alumno adquiera los conocimientos básicos y
fundamentales del comportamiento mecánico de los fluidos y su efecto sobre su entorno, que le
permitan diseñar y analizar sistemas de movimiento fluido y continuar aprendiendo.
Mediante la realización de experiencias prácticas y el análisis de resultados, el estudiante aprenderá a
discriminar los resultados teóricos de los prácticos y comprenderá la relación de contribuciones mutuas
entre la teoría y la práctica en la mecánica de los fluidos. Se espera también desarrollar competencias
interpersonales como ser: la habilidad del alumno para participar y dirigir equipos de trabajo; así como
para expresarse oralmente.
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IV. OBJETIVOS TERMINALES
Comentario: Se expresan aquí los objetivos, derivados de los propósitos; es decir, aquello que el alumno deberá
ser capaz de hacer al finalizar el semestre.
Las siguientes habilidades y capacidades desarrollará el alumno en el curso de Mecánica de Fluidos I:
 Verbalización conceptual de los principios que rigen el movimiento fluido.
 Planteamiento lógico de la solución de problemas de mecánica de fluidos.
 Análisis crítico de sistemas de flujo fluido dados para su mejoramiento

Diseño de sistemas de flujo fluido prácticos, confiables y eficientes
 Capacidad para la planificación, montaje, puesta en marcha, toma de datos y análisis de
resultados de pruebas experimentales de sistemas de flujo fluido.
Unidad 1
Objetivos:
Contenido:
Unidad 2
Objetivos:
INTRODUCCION A LA MECANICA DE LOS FLUIDOS
Al cabo de esta unidad temática el estudiante estará capacitado para:

Explicar la importancia de la mecánica de los fluidos en el desarrollo de los
sistemas de Ingeniería Mecánica.

Verbalizar los conceptos fundamentales en que se basa la ciencia de la
Mecánica de Fluidos.

Definir compresibilidad, presión, densidad, peso especifico, densidad relativa
(gravedad específica).

Explicar las relaciones entre peso específico, gravedad específica y densidad.

Evaluar la consistencia dimensional de las ecuaciones analíticas que expresan el
movimiento fluido.

Definir operacionalmente un fluido.

Explicar la diferencia técnica entre líquido y gas.

Definir viscosidad dinámica y viscosidad cinemática y explicar cómo están
relacionadas estas propiedades.

Explicar la diferencia entre fluido Newtoniano y no Newtoniano.

Explicar la variación de la viscosidad con la temperatura tanto para fluidos como
para gases.

Describir la viscosidad de lubricantes utilizando los números de viscosidad SAE y
los grados de viscosidad ISO.

Describir los métodos de medición de viscosidad utilizando viscosímetros (caída
de bola, tambor de rotación, tubo capilar SAYBOLT Universal).
1.1 La ciencia de la mecánica de los fluidos: Resumen histórico
1.2 Definición de fluido
1.3 Los fluidos y el medio continuo
1.4 Principio de homogeneidad dimensional
1.5 Principio de viscosidad de Newton.- coeficiente de viscosidad
1.6 Propiedades de los fluidos.
1.7 Fuerzas másicas y superficiales
1.8 Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales.- Campos asociados al flujo fluido
1.9 Experiencia de laboratorio I: Medición de la viscosidad
HIDROSTATICA
El estudiante será capaz de:

Describir las condiciones necesarias para que una masa fluida se encuentre en
estado de equilibrio.

Explicar la distribución de presiones en el seno de un fluido en equilibrio

Definir la relación entre presión absoluta, presión manométrica y presión
atmosférica.

Explicar la variación de la presión en un fluido con la elevación.

Describir las propiedades del aire atmosférico estándar.

Describir las propiedades del aire atmosférico a elevaciones desde el nivel del
mar hasta 30000 m.

Describir cómo funciona un manómetro y como es utilizado para medir la
presión.

Describir diferentes tipos de manómetro: tubo en U, diferencial, tipo pozo, tipo
pozo inclinado.

Describir varios tipos de medidores y transductores de presión.

Calcular las fuerzas que se desarrollan sobre superficies sumergidas, planas o
curvas.

Visualizar la distribución de fuerzas sobre una superficie curva sumergida.
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Contenido:
2.1
PRESION
2.1.1 Presión absoluta y manométrica
2.1.2 presión en un punto de un fluido en reposo.- naturaleza escalar de la presión
2.1.3 El gradiente de presión
2.1.4 Variación de la presión en un fluido en reposo.- Ecuación fundamental de la
hidrostática.- la paradoja de Pascal
2.1.5 Medición de la presión.- Manometría.- manómetros
2.1.6 La presión expresada como altura de una columna de líquido
2.1.7 Medidores y transductores de presión
2.2
FUERZAS HIDROSTATICAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS
2.2.1 Fuerzas sobre superficies planas
2.2.2 Carga piezométrica.-altura equivalente
2.2.2 Fuerzas sobre superficies curvas
2.3
FLOTACION Y ESTABILIDAD
2.3.1 Empuje y flotación
2.3.2 Estabilidad de cuerpos completamente sumergidos
2.3.3 Estabilidad de cuerpos flotantes.
2.4
Experiencia de laboratorio II: Uso de instrumentos de medición de la
presión estática y dinámica
Unidad 3
ECUACIONES FUNDAMENTALES DEL FLUJO FLUIDO
Objetivos:
Al finalizar esta unidad temática, el estudiante deberá estar capacitado para:

Explicar el concepto de sistema y volumen de control.

Entender el papel de la derivada sustancial en la transformación entre las
descripciones lagrangiana y euleriana del flujo fluido.

Entender la utilidad y aplicar el teorema de transporte de Reynolds.

Aplicar las leyes conservativas de la mecánica al estudio del movimiento de
los fluidos: Continuidad, Cantidad de movimiento y Conservación de
energía.

Determinar las fuerzas y momentos asociadas con el flujo fluido usando el
análisis del volumen de control.

Reconocer varias formas de la energía mecánica y trabajar con eficiencias
de transformación de energía.

Entender el uso y las limitaciones de la ecuación de Bernoulli y aplicarla
para resolver diversos problemas de flujo de fluidos.

Aplicar las ecuaciones fundamentales de flujo al estudio teórico de sistemas
hidráulicos: alabes, bombas, turbinas, etc.
3.1
Métodos de descripción del movimiento.
3.2
El campo de velocidades.- Aceleración
3.3
Sistemas y Volúmenes de Control
3.4
Teorema de transporte de Reynolds
3.5
Conservación de la masa.- Ecuación de Continuidad
3.6
Ecuación de Cantidad de movimiento
3.6.1
Teorema del Momento cinético.- Ecuación de momento de la cantidad de
movimiento
3.6.2
Aplicaciones a las turbomáquinas
3.7
Primer ley de la termodinámica.- Ecuación de Energía.3.7.1 Flujo sin fricción .- Ecuación de Bernoulli
3.8
Dispositivos de medida del Flujo
3.8.1 Toberas, Anillo piezométrico, Tubo de Pitot, Tubo de Venturi
3.9
Experiencia de laboratorio III: Medición de caudales y velocidad de
flujo en conductos.
ECUACIONES DIFERENCIALES DEL FLUJO FLUIDO
Al finalizar esta unidad temática, es estudiante debe ser capaz de :

Describir el rol de la derivada sustancial en la transformación entre las
descripciones lagrangiana y euleriana del flujo fluido en términos
diferenciales.

Aplicar las ecuaciones fundamentales de flujo fluido en forma diferencial,
para el estudio de la variación de las propiedades de flujo en la sección
transversal del flujo, utilizando expresiones vectoriales, y coordenadas
rectangulares, cilíndricas y esféricas.

Aplicar estas ecuaciones al estudio de la distribución de velocidades y
tensiones de cortadura en flujo laminar entre placas paralelas, tubos;
tubos concéntricos y otros modelos ideales de interés práctico.
Contenido:
Unidad 4
Objetivos:
Hoja 3 de 6
Contenido:
Unidad 5
Objetivos:
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5
4.6
4.7
El campo de aceleraciones de un fluido
Enfoque diferencial vs. Enfoque integral.
Forma diferencial de la ecuación de continuidad
Forma diferencial de la ecuación de cantidad de movimiento
Ecuación de Euler.
Integración de la ecuación de Euler.- Ecuación de Bernoulli
Flujo de fluidos Newtonianos.- Ecuaciones de Navier-Stokes
Forma diferencial de la ecuación de energía.
Flujo incompresible con propiedades constantes.
Algunos flujos viscosos incomprensibles: Flujo laminar entre placas
estacionarias y móviles; flujo laminar completamente desarrollado en un
conducto circular; flujo entre cilindros concéntricos infinitamente largos;
ANALISIS DIMENSIONAL Y SIMILITUD
Al cabo del desarrollo de esta unidad temática, el estudiante debe ser capaz de:

Desarrollar una mejor compresión de las dimensiones, unidades y
homogeneidad dimensional de las ecuaciones.

Comprender importancia de la caracterización del flujo mediante
parámetros adimensionales, en el estudio experimental.

Saber usar el método de variables repetitivas y el teorema de Pi para
identificar parámetros adimensionales

Aplicar las técnicas de la obtención de estos parámetros a la planeación de
experimentos de flujo fluido.

Entender el concepto de similitud dinámica y cómo aplicarla al modelado
experimental.
Contenido:
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
Unidad 6
Objetivos:
Contenido:
La Experimentación en Mecánica de Fluidos
Parámetros adimensionales
Teorema de Pi de Buckingham
Semejanza de Modelos
Semejanza geométrica y cinemática
Semejanza dinámica
Parámetros adimensionales importantes en mecánica de fluidos:
Número de Euler, Número de Froude, Número de Reynolds, Número Mach,
Numero de Weber
5.8
Estudio de Modelos
5.9
Experiencia de laboratorio IV: Determinación experimental del numero de
Reynolds.
FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE EN CONDUCTOS
Al finalizar esta unidad, el estudiante debe ser capaz de:

Explicar la ecuación de Darcy para el cálculo de la pérdida de energía por
fricción.

Entender mejor los flujos laminar y turbulento en tuberías

Calcular el factor de fricción para flujo laminar para sus uso en la ecuación
de Darcy.

Determinar el factor de fricción para flujo turbulento, utilizando el diagrama
de Moddy y otras ecuaciones empíricas.

Definir y usar la técnica de longitud equivalente para calcular las pérdidas
de energía en accesorios (válvulas, codos, etc.).

Calcular la magnitud de la pérdida de carga por fricción y en accesorios
para flujo laminar o turbulento en tuberías, y utilizar estas pérdidas de
energía en la ecuación energía (ecuación generalizada de Bernoulli).

Desarrollar programas de computadora para el cálculo del coeficiente de
fricción.
6.1 Flujo laminar y turbulento. Número de Reynolds
6.1.1 Distribución de velocidades en flujo laminar
6.1.2 Distribución de velocidades en régimen turbulento
6.2 Flujo en conductos
6.2.1 Conductos circulares
6.2.2 Conductos no circulares
6.3 Concepto de pérdida de carga.
6.4 Cálculo de la pérdida de carga en flujos simples. Ecuación de Darcy.
6.4.1 Pérdida de carga en flujo laminar. Ecuación de Hagen-Poiseuille.
6.4.2 Pérdida de carga en flujo turbulento. Diagrama de Moody
6.4.3 Pérdidas de carga en accesorios y otros dispositivos.
Hoja 4 de 6
6.4.4 Longitud Equivalente.
6.5 Problemas de flujo en tuberías simples.
6.5.1. Caso 1: caída de presión des conocida
6.5.2. Caso 2: caudal desconocido
6.6 Trabajo de programación en computadora: Cálculo del coeficiente de
fricción.
6.7 Experiencia de Laboratorio V: Pérdidas de carga en tuberías
Unidad 7
SISTEMAS DE TUBERIAS
Al cabo del desarrollo de esta unidad temática, el estudiante debe ser capaz de:
 Identificar los diferentes sistemas de tuberías.
 Identificar los sistemas de tubería en serie y calcular: la pérdida de carga, el
caudal, o el diámetro de la tubería, según sea el caso.
 Analizar las diferencias entre los sistemas de tubería en serie y paralelo.
 Calcular el caudal en cada rama de un sistema paralelo y la pérdida de
carga a lo largo del sistema cuando se conoce el caudal total y la
descripción del sistema.
 Determinar el caudal en cada rama del sistema paralelo y el caudal total si
se conoce la caída de presión a lo largo del sistema.
 Aplicar la computadora como herramienta para el cálculo de sistemas de
tuberías.
 Resolver problemas de sistemas de tubería ramificados.
Objetivos:
Contenido:
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
Sistemas de tuberías en serie.- Clasificación
Sistemas de tuberías en paralelo
Tuberías ramificadas
Solución de problemas con ayuda de computadora
Tarea de programación en computadora: Cálculo de tuberías en serie y
paralelo.
VI. METODOLOGIA (EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE)
Métodos:
-
Clase magistral interactiva (en cada sesión se motivará la participación activa del
estudiante)
Sesiones de discusión grupal (Presentaciones de temas de lectura de los libros
de texto). En el transcurso de cada unidad temática.
Desarrollo de experiencias de laboratorio que permitan contrastar las
coincidencias y discrepancias de la formulación de los modelos teóricos con los
resultados empíricos.
VII. EVALUACION
Tipo de Evaluación:
1.- Evaluación continua, de la participación del estudiante en el aula.
2.- Exámenes escritos (conceptualización teórica y resolución de problemas)
3.- Evaluación de las habilidades en la realización de trabajo en grupo.
Aspectos a ser evaluados:



Cognoscitivo: Conceptualización teórica y resolución de problemas
Psicomotriz: Habilidades para realizar mediciones en laboratorio
Afectivo: Trabajo en equipo, participación en el aula, puntualidad, comunicación oral y escrita.
Número de evaluaciones:
i.- 3 exámenes parciales escritos: resolución de problemas
3 exámenes (Test de opción múltiple) escritos de conceptualización teórica.
ii.- talleres semanales de resolución de problemas.(auto-evaluación formativa)
iii.- evaluación continua de la participación del alumno en la clase
Ponderaciones:
Exámenes escritos
45% (E1=15%; E2=15%; E3=15%)
Trabajos Prácticos
10%
Evaluación Continua
25 %
Trabajo en laboratorio
20%
PLUS :Asistencia Ayudantía + Participación en aula 15% (solo para los aprobados)
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VIII. CRONOGRAMA
MARZO
ABRIL
MAYO
JUNIO
JULIO
meses FEBRERO
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2 3
Actividades
Semanas
Inicio del semestre académico X
Unidad temática 1
X
Unidad temática 2
X X X
Trabajo Práctico No. P1
P
PRIMERA EVALUACION:
Test 1. Conceptualización
Resolución de Problemas 1
Unidad temática 3
Trabajo Práctico No. P2
Unidad Temática 4
Trabajo Práctico No. P3
X E
E
X X
X
X X X
X X
P
X X
P
SEGUNDA EVALUACION
Test 2. Conceptualización
Resolución de Problemas 2
Unidad Temática 5
Trabajo Práctico No. P4
Unidad Temática 6
Unidad Temática 7
Trabajo Práctico No. P5
E
E E
X
P P
X
X
X
X X
P
TERCERA EVALUACION
Test 3. Conceptualización
Resolución de Problemas 3
EVALUACION CONTINUA
EXAMEN DE REVALIDA
E
E
e
e
e
e
e
R
Número de semanas disponibles:
Número de periodos de clases por semana:
Número de periodos de clases en la gestión:
DISTRIBUCION:
18
2
36
X
FECHAS IMPORTANTES
Actividad
Inicio de clases
Práctica No. 1
Test 1
Examen Problemas 1
Práctica No. 2
Práctica No. 3
Test 2
Examen Problemas 2
Práctica No. 4
Práctica No. 5
Test 3
Examen Problemas 3
Revalida (*)
Fecha
01/02/2016
29/02/2016
03/03/2016
07/03/2016
30/03/2016
14/04/2016
19/04/2016
21/04/2016
02/05/2016
23/05/2016
30/05/2016
02/06/2016
30/06/2016
(*) Sujeto a confirmación en consulta con los estudiantes.
IX. BIBLIOGRAFIA
Shames Irving, La Mecánica de los fluidos, McGraw-Hill, 2001
1.Disponibilidad
Biblioteca Ing. Mecánica
Fox Robert, McDonald Alan, Introducción A La Mecánica de los Fluidos, McGraw Hill, 1995
2.Disponibilidad
Biblioteca Ing. Mecánica
White Frank, Mecánica de Fluidos, McGraw-Hill, 2006
3.Disponibilidad
Biblioteca Ing. Mecánica
YUNUS A. CENGEL, Mecánica de Fluidos, McGraw-Hill, 2006
4.Disponibilidad
Biblioteca Ing. Mecánica
Emilio Rivera Chávez
DOCENTE
Hoja 6 de 6