Termodinámica y Mecánica de Fuidos

Objetivos de la materia:

Mecánica de los fluidos.
El objetivo general del curso consiste en que el estudiante conozca y pueda manejar los conceptos y ecuaciones fundamentales de la hidrostática y del escurrimiento de fluidos. En particular, al terminar el semestre, el estudiante manejará las diversas unidades relacionadas con los temas antedichos ( fuerza , presión, viscosidad, etc.) y podrán calcular las fuerzas y presiones en cualquier punto o superficie de un liquido en reposo. De esta forma logrará saber aplicar esto al calculo de tanques, presas, etc. En lo referente al escurrimiento de fluídos, el alumno podrá aplicar los conocimientos adquiridos al calculo de las características del flujo en el caso de un fluido ideal, y podrá efectuar, para fluidos reales, con perdida de potencia, el calculo de tuberías, tanto para flujo laminar como flujo turbulento. Finalmente se impartirán nociones acerca de la resistencia al flujo alrededor de objetos sólidos, estudiándose el concepto de coeficiente de arrastre (drag).
Termodinámica.
El objetivo general del curso es nutrir al estudiante de los conceptos básicos de la termodinámica, de manera de poder utilizar las leyes fundamentales en los casos reales relativos a su profesión. Lograr que el estudiante entienda y utilice el mismo lenguaje que usan los profesionales a los cuales estará ligado. Recalcar la necesidad de realizar los procesos termodinámicos en la forma mas eficiente, tema interrelacionado con un sinfín de actividades humanas. A tales efectos es necesario un gran numero de problemas y ejemplos de la realidad a los cuales se aplicará los nuevos conceptos termodinámicos adquiridos, tratando de pasar de los casos ideales a los reales. Merece un comentario aparte los conceptos de entropía y de energía disponible, pues los mismos por ser elementos nuevos para los estudiantes es necesario un especial énfasis para su comprensión.

Programa del curso:
Programa de mecánica de los fluidos.
  1. Fundamentos.
    Definición de fluido, viscosidad, hipótesis de Newton. Unidades de fuerza, masa y longitud.
    Densidad, volumen específico, peso específico, presión.
    El medio continuo, ejercicios.

  2. Hidrostática.
    Presión en un punto.
    Variación de la presión en un fluido en reposo.
    Unidades de presión.
    Fuerza sobre superficies planas.
    Fuerzas sobre superficies curvas.
    Componentes horizontal y vertical.
    Fuerza de flotación.

  3. Hidrodinámica.
    Conceptos y ecuaciones fundamentales para el escurrimiento de fluidos.
    Sistemas y volumen de control.
    Ecuación de continuidad y de la cantidad de movimiento lineal.
    Definiciones y características de del movimiento de los fluidos.
    Aplicaciones de la ecuación de continuidad.
    Ecuación de Bernoulli. Aplicaciones.
    Tubo de Venturi, sifón.
    Aplicaciones de la ecuación de la cantidad de movimiento lineal.
    Propulsión a chorro y por hélices.

  4. Tuberías.
    Viscosidad y resistencia al flujo.
    Flujo laminar, permanente e incompresible entre dos placas paralelas.
    Ecuación de Hagen-Poiseulle.
    Número de Reynolds.
    Distribución de velocidades.
    Capa límite.
    Coeficiente de arrastre.
    Flujo en tuberías. Ábaco de Moody.
    Problemas simples en tuberías.

  5. Bombas y turbinas, conceptos generales.
    Tipos de bombas y turbinas.

Programa de termodinámica.
  1. Fundamentos.
    Sistemas de unidades. Unidades SI.
    Definición de estado.
    Variables, equilibrio.
    Procesos y ciclos.
    Presión, masa, temperatura.
  2. Fases.
    Cambios de fases.
    Curvas de líquido y vapor.
    Tablas de gas.
    Tablas de líquido vapor.
  3. Primera ley.
    Primera ley de la termodinámica.
    Energía interna.
    Entalpía.
    Sistemas abiertos, cerrados, estacionarios y transitorios.
  4. Segunda ley.
    Segunda ley de la termodinámica.
    Desigualdad de Clausius.
    Concepto de entropía.
    Disponibilidad en un sistema cerrado y en un sistema a flujo constante.
    Irreversibilidad de los procesos.
    Funciones de Helmoltz y de Gibbs.
    Equilibrio.
  5. Gases.
    Gas ideal.
    Leyes de los gases.
    Experimento de Joule-Thomson.
    Mezcla de gases.
    Entropía de gases.
    Procesos con fluidos.
    Ciclos con gases.
    Ciclo Carnot.
    Nociones sobre gases reales y reacciones químicas.
  6. Transferencia de calor.
    Conducción térmica. Ley de Fourier.
    Radiación térmica. Ley de Stefan-Boltzmann.
    Convección.
    Teoría de los número adimensionados.
    Cálculo de coeficientes de transferencia de calor.
    Intercambiadores de calor.
    Temperatura DML.