Mecanica de Fluidos corrdoc doc

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NSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

PROGRAMA SINTÉTICO

UNIDAD ACADÉMICA: ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD TICOMÁN

PROGRAMA ACADÉMICO:

Ingeniería Petrolera

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos NIVEL: II

PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Aplica los conceptos y modelos matemáticos de la mecánica de fluidos en la caracterización de un medio físico continuo como un fluido.

CONTENIDO SINTÉTICO:

I Introducción Conceptual y Estática de Fluidos.

II Dinámica de Fluidos, Ecuaciones de Movimiento en su Forma Integral y Diferencial. III Fluidos Incompresibles Rotacionales y Fluidos Compresibles.

IV Flujos Viscosos

V Mecánica de Fluidos y Medio Ambiente.

METODOLOGÍA:

Formación de pequeños grupos.

Búsqueda bibliográfica por parte del alumno con la guía del profesor. Elaboración de mapas conceptuales.

Revisión y exposición de conceptos de los fluidos por parte de los alumnos. Análisis de problemas en clase por los alumnos con la asesoría del profesor. Resolución del problemario con la guía del profesor.

Asesoría por parte del profesor.

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Se aplicarán tres exámenes departamentales, éstos tendrán un valor del 70% de la calificación. Se tomarán en cuenta las participaciones individuales y grupales 10%, búsqueda de información y exposiciones con un valor del 10% y el problemario resuelto por el alumno complementará el otro 10 % de la calificación.

BIBLIOGRAFÍA:

1. Giles, R. Mecánica de Fluidos. Edit. MacGraw Hill Serie Shaum; México, 2000, pp. 432

2. Mataix, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. Segunda edición, Ed Alfaomega Oxford. 2003 pp. 660

3. Shames, I. H. Mecánica de Fluidos. Edit. MacGraw Hill Serie Shaum; México, 2000, pp. 592. 4. Smits, J. Mecánica de Fluidos. Edit. Alfaomega; México, 2003, pp. 568.

(2)

INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD TICOMÁN.

PROGRAMA ACADÉMICO:Ingeniería Petrolera.

PROFESIONAL ASOCIADO: Perforación.

ÁREA FORMATIVA: Profesional

MODALIDAD:Escolarizada

TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Teórico – Práctica-Obligatorio,

VIGENCIA: Agosto 2009.

NIVEL: II

CRÉDITOS:6.0 Tepic 4.0SATCA.

INTENCIÓN EDUCATIVA

Teniendo en consideración que el planeta en un 75% es un fluido, es prudente estudiarlo como fenómeno físico, en virtud de la continuidad de medio, ésta asignatura ofrece la forma más indicada para modelar a través de la matemática la fenomenología y el comportamiento físico de flujos magmáticos, vapores de agua, flujos de agua y algunos otros. La mecánica de los fluidos aporta los elementos teóricos a las asignaturas de Vulcanología y Oceanografía, dando como beneficio la información de los fluidos en geofísica y geología.

Para la carrera de Ingeniería Geológica la asignatura de Mecánica de Fluidos es consecuente de las asignaturas de Mecánica y de Electricidad y Magnetismo del Tronco común y es un antecedente importante para la Geohidrología. Para la carrera de Ingeniería Geofísica, es consecuente con las asignaturas de física de tronco común, aparte de Mecánica del Medio Continuo del tercer semestre y es un importante antecedente de la Oceanografía y la Geohidrología.

La Mecánica de Fluidos es una herramienta física esencial para el profesionista de ciencias de la tierra, ya que le aporta el conocimiento teórico básico para desempeñar diferentes actividades inherentes a su profesión.

PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Aplica los conceptos y modelos matemáticos de la mecánica de fluidos en la caracterización de un medio físico continuo como un fluido.

TIEMPOS ASIGNADOS HORAS TEORÍA/SEMANA:1.5 HORAS PRÁCTICA/SEMANA:3.0 HORAS TEORÍA/SEMESTRE:27.0 HORAS

PRÁCTICA/SEMESTRE:54.0 HORAS

TOTALES/SEMESTRE:81.0

UNIDAD DE APRENDIZAJE

REDISEÑADA POR: Academia de Física

REVISADA POR: Subdirección Académica

APROBADA POR:

Consejo Técnico Consultivo Escolar. Junio 2009

Ing. Julio E. Morales de la Garza Presidente del CTCE.

AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN.

Agosto 2009

Dr. David Jaramillo Vigueras Secretario Técnico de la Comisión

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos. HOJA: 3 DE 10 N° UNIDAD TEMÁTICA: I NOMBRE: Introducción Conceptual y Estática de Fluidos.

UNIDAD DE COMPETENCIA

Explica los conceptos físicos y las consideraciones de la mecánica clásica, que caracterizan a los fluidos, así como su estudio en un sistema inercial estático, a través de las ecuaciones constitutivas correspondientes.

No. CONTENIDOS

HORAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

con Docente

Aprendizaje Autónomo

T P T,P

1.1 1.2

1.3 1.4

1.5 1.6 1.7 1.8

1.9

1.10 1.11 1.12

Naturaleza de los fluidos.

Esfuerzos en los fluidos: presión, esfuerzos globales, densidad y gravedad específica. Compresibilidad en los fluidos.

Esfuerzos viscosos y viscosos normales: teorema trabajo y energía.

Viscosidad.

Superficies de frontera.

Flujo laminar y turbulento: tensión superficial. La ecuación de la hidrostática: gradientes de presión, manómetros y barómetros.

Fuerzas hidrostáticas sobre diversas superficies.

Fluido bidimensional. Principio de Arquímedes.

Fluidos en movimiento de un cuerpo rígido.

0.5 0.5

0.5 0.5

0.5 0.5 0.5 0.5

0.5

0.5

1.0 1.0

1.0 1.0

1.0 1.0 1.0 1.0

1.0

1.0 10

1B, 2B, 4B, 5C

Subtotales: 5.0 10.0 10

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE ESTRATEGIA DIDÁCTICA

Integración de equipos de trabajo.

Búsqueda de conceptos y elaboración de mapas conceptuales por parte de los alumnos. Presentaciones grupales.

Análisis y resolución de ejercicios por parte de los alumnos de manera grupal con la guía del profesor. Resolución del problema río por parte de los alumnos.

Definición de conceptos por el profesor.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

(4)

No. CONTENIDOS CLAVE BIBLIOGRÁFICA

con Docente

(a)

Aprendizaje Autónomo

(b)

T P T,P

2.1 2.2

2.3 2.4

2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

2.10

2.11

2.12 2.13

2.14

2.15

Partículas y volúmenes de control.

Sistemas lagrangianos, euleriano y elementos de fluido

Líneas de corriente, trayectoria, emisión y tiempo. Volúmenes de control, principio de la conservación de la masa y cantidad de movimiento.

Fuerzas viscosas y perdidas de energía mecánica. Ecuación de Bernoulli.

Presión de estancamiento y presión dinámica Variación de la presión y de la velocidad.

Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli: Tubo de Pitot, Tubo de Ventouri y drenado de tanques. Ecuación de energía primera ley de la Termodinámica.

Flujo, ecuación de continuidad y cantidad de movimiento.

Teorema de transporte de Reynolds

Rapidez de cambio siguiendo una partícula de fluido (aceleración en coordenadas cartesianas y cilíndricas).

Ecuación de Euler (en coordenadas cartesianas y cilíndricas).

Ecuaciones de Naviaer-Stokes

0.5 0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

1.0 1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0 1.0

1.0 10

2B, 3C, 4B , 5C

1B, 2B, 3C, 4B

Subtotales: 5.0 11.0 10

Integración de equipos de trabajo.

Búsqueda de conceptos por parte de los alumnos Elaboración de mapas conceptuales

Presentaciones grupales

Resolución del problemario por parte de los alumnos.

Deducción de las ecuaciones de Euler y Navier-Stokes por parte de los alumnos con la guía del profesor. Técnicas grupales para la solución y análisis de problemas por parte de los alumnos.

Comprobación y aplicación del teorema de Reynolds por los alumnos con la ayuda del profesor.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos. HOJA: 5 DE 10 N° UNIDAD TEMÁTICA: III NOMBRE: Fluidos Incompresibles Rotacionales y Fluidos

Compresibles.

UNIDAD DE COMPETENCIA

Identifica los tipos de fluidos de acuerdo a los sistemas de fuerzas a que se someten a partir de las deformaciones descritas por el tensor de deformación y describe la propagación acústica en fluidos y las propiedades termodinámicas de los mismos.

No. CONTENIDOS

HORAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

con Docente AprendizajeAutónomo

T P T,P

3.1

3.2

3.3.

3.4.

3.5.

3.6

3.7

Vorticidad y rotación.

Función potencial y corriente.

Flujo potencial.

Ecuación de Laplace y efectos viscosos.

Propagación de la presión en un fluido en Movimiento.

Termodinámica de fluido incompresible: (velocidad del sonido).

Flujo compresible, onda de choque normales y ondas oblicuas.

1.0 1.0 1.0 0.5 0.5

0.5

0.5

2.0 2.0 2.0 2.0 1.0

1.0

1.0

10

1B, 2B, 3C, 4B

Subtotales: 5.0 11.0 10

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Integración de equipos de trabajo.

Revisión bibliográfica por parte de los alumnos de los temas de esta unidad. Presentación por parte de los alumnos de los temas investigados.

Exposición individual o en equipos de los temas y ejemplos. Resolución del problemario por parte de los alumnos.

Definición de conceptos por parte del profesor junto con los alumnos.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

La unidad será evaluada en el segundo examen departamental junto con la unidad III, este examen tendrá un valor

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N° UNIDAD TEMÁTICA: IV NOMBRE:Flujos Viscosos

UNIDAD DE COMPETENCIA

Describe la relación entre esfuerzos y movimiento turbulento a partir de las ecuaciones de movimiento de los fluidos, establecidas en la unidad anterior.

No. CONTENIDOS

HORAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

con Docente

Aprendizaje Autónomo

T P T,P

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

4.6 4.7

4.8

Esfuerzos viscosos y número de Reynolds. Ecuaciones de Lagrange y Euler

Transición y turbulencia. Flujo de poiseuille.

Flujos turbulentos y ecuación de , Navier- Stokes

Capa límite laminar

Espesores de desplazamiento y de cantidad de movimiento.

Capas límite turbulentas

1.0 1.0 1.0 1.0 0.5

0.5 0.5

0.5

2.0 2.0 2.0 1.0 1.0

1.0 1.0

1.0 10

1B, 3C, 4B

Subtotales: 6.0 11.0 10

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Integración de equipos de trabajo.

Revisión bibliográfica por parte de los alumnos de los temas de la unidad. Exposición individual o en equipos de los temas

Técnicas grupales para la solución de ejercicios. Resolución del problemario por parte de los alumnos.

Exposición de problemas prácticos por parte del alumno, con la guía de su profesor.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos. HOJA: 7 DE 10 N° UNIDAD TEMÁTICA: V NOMBRE:Mecánica de Fluidos y Medio Ambiente

UNIDAD DE COMPETENCIA

Resuelve problemas del medio ambiente con base a la mecánica de fluidos.

No. CONTENIDOS

HORAS

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

con Docente

Aprendizaje Autónomo

T P T,P

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

Flujos atmosféricos.

Equilibrio de la atmósfera.

Patrones circulatorios y efecto coriolis.

Capa límite planetaria.

Intensidad y dirección prevaleciente del viento.

Contaminación atmosférica.

Dispersión de contaminantes.

Difusión y mezclado.

1.0

1.0

1.0

1.0

0.5

0.5

0.5

0.5

2.0

2.0

2.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0 10

1B, 2B, 3C, 4B

Subtotales: 6.0 11.0 10

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Revisión bibliográfica por parte de los alumnos de los temas de la unidad. Exposición individual o en equipos de los temas

Resolución de ejercicios por parte de los alumnos con la guía del profesor.

Exposición de los ejemplos por parte del alumno de problemas relacionados con el medio ambiente.

Aplicación de la mecánica de fluidos para modelar matemáticamente estos problemas por parte del profesor.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

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UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos. HOJA: 8 DE 10

RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRÁCTICA No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDADES

TEMÁTICAS

DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN

1

2

3

4

5

Estática de Fluidos.

Dinámica de Fluidos

Fluidos Incompresibles Rotacionales y Fluidos

Flujos Viscosos

Mecánica de Fluidos

I

II

III

IV

V

10.0

11.0

11.0

11.0

11.0

Aulas

Aulas

Aulas

Aulas

Aulas

TOTAL DE

HORAS 54.0 EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Antecedentes y marco conceptual.

Representación del problema.

Solución creativa de problemas.

32.0%

34.0%

34.0%

A fin de determinar la evaluación y acreditación de las prácticas deberán entregar un informe detallado con los resultados obtenidos; considerando dentro del porcentaje del portafolio de evidencia de acuerdo a su unidad correspondiente.

Esta unidad de aprendizaje puede acreditarse por:

 Competencia demostrada durante las primeras tres semanas a partir del inicio del curso y se evaluará a través de la resolución de un ejercicio práctico donde se observe que posee como mínimo el 80% del dominio de las competencias.

 Cursarse en otras instituciones de educación superior nacionales e internacionales que tengan convenio con el IPN.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos. HOJA: 9 DE 10

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1.- La primera evaluación constará del examen departamental (70%), problemario resuelto (10%), exposiciones 10% y participaciones individuales o grupales (10%)

2.- La segunda evaluación constará del examen departamental (70%), problemario resuelto (10%), exposiciones 10% y participaciones individuales o grupales (10%)

3.- La tercera evaluación constará del examen departamental (70%), problemario resuelto (10%), exposiciones 10% y participaciones individuales o grupales (10%)

La evaluación final del curso es le promedio de las tres calificaciones anteriores siempre y cuando el alumno cumpla con los requisitos establecidos en el reglamento de estudios Escolarizados para el nivel superior.

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA

1

2

3

4

5

X

X

X

X

X

Smits J. Mecánica de Fluidos, Edit. Alfaomega; México, 2003, página 568.

Streeter Victor L.., Mecánica de los fluidos, Edit. McGraw Hill; Estados Unidos, 1980, página 594.

Giles R., Mecánica de Fluidos , Edit. McGraw Hill Serie Shaum; México, 2000, página 432.

Shames I. H., Mecánica del Medio Continuo , McGraw Hill Serie Shaum ; México, 2000, página 592.

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1. DATOS GENERALES

UNIDAD ACADÉMICA: ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD TICOMÁN.

PROGRAMA

ACADÉMICO: Ingeniería Petrolera NIVEL II ÁREA DE FORMACIÓN: Institucional Científica

Básica Profesional Terminal y deIntegración ACADEMIA: Física UNIDAD DE APRENDIZAJE: Mecánica de Fluidos.

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura o posgrado en Física o áreas afines

2. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE: Aplicar los conceptos y modelos matemáticos de la mecánica de fluidos para caracterizar un medio físico continuo como un fluido.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA

PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES

Métodos de enseñanza.

Uso y aplicaciones de técnicas grupales.

Paquetería de cómputo.

Haber impartido clases.

Formación pedagógica.

Dominio de la asignatura.

Dominio de grupos.

Capacidad de análisis y síntesis.

Técnicas de motivación.

Manejo de materiales didácticos.

Creatividad.

Compromiso social.

Tener vocación por la docencia.

Honestidad.

Respeto, (maestro alumno)

Ejercicio de la crítica fundamentada. Tolerancia. Ética.

Responsabilidad científica. Espíritu de colaboración. Superación docente y profesional.

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

M en C. Ezequiel Rojas Hernández M en C. Eduardo Pérez Flores Ing. Julio E. Morales de la Garza

Presidente de Academia Subdirector Académico Director de la Unidad Académica

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