INACAP

ASIGNATURA:  Física de Fluidos 88 HORAS
 
DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA: 

Física de Fluidos es una asignatura lectiva del área de las disciplinas básicas, que entrega los fundamentos elementales relacionados con el comportamiento de los fluidos líquidos, tanto en reposo como en movimiento.  Esta asignatura contempla las principales aplicaciones de los postulados fundamentales de la física de fluidos: la ecuación de flotación, la ecuación de la hidrostática, la ecuación de continuidad, la ecuación de energía de Bernoulli y los modelos para cuantificar pérdidas de carga en tuberías lisas, validando empíricamente, a través de experiencias de laboratorio, algunos de estos postulados.

 

 
COMPETENCIAS:

Al aprobar la asignatura el estudiante estará en condiciones de:

 

1.   Explicar las principales propiedades de los fluidos, en el ámbito de la física de fluidos. 

2.   Resolver problemas asociados con la estática y dinámica de los fluidos, a partir de las ecuaciones fundamentales de la física de fluidos.

3.   Resolver problemas asociados con pérdidas de carga en tuberías lisas, a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach.

 

Esta asignatura contribuye al desarrollo de las siguientes competencias genéricas:

 

1.    Resolver problemas propuestos con criterio y de forma efectiva.

2.    Trabajar en forma colaborativa para lograr metas comunes al grupo.


 
UNIDADES DE APRENDIZAJE: HORAS
1 Densidad, principio de Arquímedes y sus aplicaciones 15
2 Presión, principio de Pascal y sus aplicaciones 15
3 Ecuación de continuidad y sus aplicaciones 15
4 Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones 20
5 Viscosidad, flujo laminar y turbulento 15
 
EVALUACIÓN: 8
 
 

  ESPECIALISTA TÉCNICO:  Alejandro León Zapata ESPECIALISTA PEDAGÓGICO:  Loreto Alvarado Carrasco  
 
UNIDADES DE APRENDIZAJE
1.- Densidad, principio de Arquímedes y sus aplicaciones
15 Horas
APRENDIZAJES ESPERADOS
CRITERIOS DE EVALUACION
CONTENIDOS
1.1.- Explica las principales características de los fluidos, en el ámbito de la física de los fluidos
1.1.1.- Describe los principales campos de aplicación de la física de fluidos, en el ámbito industrial
1.1.2.- Define el concepto de fluido, desde el punto de vista de la física de fluidos
1.1.3.- Clasifica los fluidos, en función de su estado de agregación
1.1.4.- Describe las propiedades de los fluidos líquidos y gaseosos, a partir de su comportamiento

·       Campos de aplicación de la física de los fluidos.

·       Definición de fluido y clasificación.

·       Descripción de las propiedades de los fluidos.

-          Estados de la materia.

-          Fuerza de cohesión.

-          Nivel de superficie libre.

-          Compresibilidad.

 

 

1.2.- Explica las principales características de las propiedades de los fluidos, en el ámbito de la física de los fluidos
1.2.1.- Define densidad absoluta de un fluido, a partir de su masa y volumen
1.2.2.- Relaciona el peso específico, el volumen específico y la densidad relativa de un fluido, con su densidad absoluta, a través de sus ecuaciones fundamentales
1.2.3.- Identifica las unidades de medida de las diferentes propiedades de los fluidos, coherentes con el sistema internacional y el sistema anglosajón
1.2.4.- Determina la densidad absoluta de un fluido líquido, a partir de un ensayo experimental
1.2.5.- Resuelve problemas simples asociados a las propiedades de los fluidos

·       Propiedades de los fluidos:

-         Densidad absoluta y relativa.

-         Peso específico y volumen específico.

-         Laboratorio experimental.

 

 

 

 

1.3.- Resuelve problemas para la determinación de variables físicas, en cuerpos parcial y totalmente sumergidos en un fluido líquido
1.3.1.- Describe las condiciones que permiten que un cuerpo flote en un fluido líquido
1.3.2.- Reconoce la ecuación de flotación, para la aplicación del principio de Arquímedes
1.3.3.- Determina la fuerza de empuje en cuerpos parcial y totalmente sumergidos en un fluido líquido
1.3.4.- Determina variables físicas asociadas con fenómenos de flotación de cuerpos en fluidos líquidos

·       Principio de Arquímedes:

-         Ley de flotación.

-         Cuerpos totalmente sumergidos.

-         Cuerpos parcialmente sumergidos.

 

 

 

ACTIVIDADES

Actividades del alumno:

 

1.      Determina la densidad absoluta de diferentes fluidos líquidos, a partir de un ensayo experimental, en una actividad grupal de laboratorio.

2.      Resuelve problemas simples asociados con las propiedades de los fluidos y el principio de flotación de Arquímedes, en sesiones de resolución de problemas grupal.

 

 

 

2.- Presión, principio de Pascal y sus aplicaciones
15 Horas
APRENDIZAJES ESPERADOS
CRITERIOS DE EVALUACION
CONTENIDOS
2.1.- Explica las principales características de la presión, en el ámbito de la física de los fluidos
2.1.1.- Define el concepto de presión y sus propiedades, según la física de fluidos
2.1.2.- Identifica las unidades de medida de la presión, coherente con el sistema internacional y el sistema anglosajón
2.1.3.- Describe las principales características de las presiones absolutas y relativas, en un gráfico de presiones
2.1.4.- Identifica los instrumentos para medir diferentes tipos de presiones, en el ámbito de la física de los fluidos
2.1.5.- Resuelve problemas simples asociados con la definición de presión

·       Presión:

-         Definición y propiedades.

-         Unidades.

-         Presión atmosférica.

-         Presiones absolutas y relativas.

-         Instrumentos.

-         Aplicaciones.

 

 

2.2.- Resuelve problemas para la determinación de variables físicas, por medio de la ley de Pascal
2.2.1.- Reconoce la ley de Pascal, de uso en aplicaciones de la hidráulica
2.2.2.- Describe el fenómeno de multiplicación de fuerza, en una palanca hidráulica de Pascal
2.2.3.- Establece la relación que existe entre fuerza y área, en una palanca hidráulica de Pasca
2.2.4.- Establece la relación que existe entre carrera y área, en una palanca hidráulica de Pascal
2.2.5.- Determina fuerzas, áreas y carreras en una palanca hidráulica de Pascal

·       Ley de Pascal:

-         Multiplicación de fuerza.

-         Palanca hidráulica.

-         Aplicaciones.

 

 

 

2.3.- Resuelve problemas para la determinación de variables físicas, por medio de la ecuación fundamental de la hidrostática
2.3.1.- Reconoce la ecuación fundamental de la hidrostática, para fluidos incompresibles, a partir de un volumen de fluido en reposo
2.3.2.- Determina la presión en un punto de un fluido contenido en un depósito abierto a la atmósfera, a partir de la ecuación fundamental de la hidrostática
2.3.3.- Determina la presión en un punto de un sistema de múltiples fluidos inmiscibles, contenidos en un depósito abierto a la atmósfera, a partir de la ecuación fundamental de la hidrostática
2.3.4.- Determina la presión en un punto de un fluido o múltiples fluidos inmiscibles, contenidos en un depósito presurizado, a partir de la ecuación fundamental de la hidrostática
2.3.5.- Determina densidades y alturas de un fluido o múltiples fluidos inmiscibles, contenidos en un depósito presurizado o abierto a la atmósfera, a partir de la ecuación fundamental de la hidrostática

·       Ecuación fundamental de la hidrostática para fluidos incompresibles:

-         Presión hidrostática.

×    Depósitos abiertos a la atmósfera.

×    Depósitos presurizados.

-         Aplicaciones.

 

 

2.4.- Explica los fenómenos de tensión superficial y capilaridad, en el ámbito de la física de los fluidos
2.4.1.- Describe el fenómeno de tensión superficial, en el ámbito de la física de fluidos
2.4.2.- Identifica las unidades de medida de la tensión superficial, coherente con el sistema internacional y el sistema anglosajón
2.4.3.- Describe los fenómenos de capilaridad y formación de meniscos, según la física de fluidos

·       Tensión superficial:

-         Definición y descripción.

-         Unidades.

-         Meniscos y capilaridad.

 

 

ACTIVIDADES

Actividades del alumno:

 

1.      Identifica diferentes instrumentos para medir la presión, de uso en el ámbito de la física de los fluidos.

2.      Determina variables físicas asociadas al comportamiento de la palanca hidráulica de Pascal, en sesiones de resolución de problemas grupal.

3.      Determina la presión en un punto en un depósito (abierto o presurizado) que contiene uno o múltiples líquidos inmiscibles, en sesiones de resolución de problemas grupal.

 

3.- Ecuación de continuidad y sus aplicaciones
15 Horas
APRENDIZAJES ESPERADOS
CRITERIOS DE EVALUACION
CONTENIDOS
3.1.- Explica las principales características del caudal, en el ámbito de la física de fluidos
3.1.1.- Describe el principio de conservación de la masa, en el ámbito de la física de fluidos
3.1.2.- Define el concepto de caudal másico y volumétrico, según la física de fluidos
3.1.3.- Identifica las unidades de medida del caudal másico y volumétrico, coherente con el sistema internacional y el sistema anglosajón
3.1.4.- Identifica los instrumentos para medir caudal volumétrico, en el ámbito de la física de fluidos

·       Concepto de hidrodinámica.

·       Caudal másico.

·       Caudal volumétrico:

-         Definición.

-         Unidades.

-         Instrumentos.

 

3.2.- Resuelve problemas para la determinación de caudal y velocidades, en sistemas de conducción de fluidos, a través de la ecuación de continuidad
3.2.1.- Reconoce la ecuación de continuidad, para un sistema hidráulico de conducción
3.2.2.- Determina el caudal volumétrico necesario para llenar un depósito, en un tiempo dado
3.2.3.- Determina velocidades, diámetros y caudal, en tuberías de diámetro constante, para diferentes aplicaciones
3.2.4.- Determina caudal, diámetros y velocidades, en sistemas hidráulicos con diferentes diámetros de tubería, por medio de la ecuación de continuidad
3.2.5.- Realiza un laboratorio experimental, para la validación de las ecuaciones de caudal

·       Ecuación de continuidad.

-         Definición y descripción.

-         Aplicaciones.

-         Laboratorio experimental de caudal.

 

 

 

ACTIVIDADES

Actividades del alumno:

 

1.      Identifica diferentes instrumentos para medir el caudal, de uso en el ámbito de la física de los fluidos.

2.      Determina variables hidráulicas, en sistemas de conducción de fluidos, utilizando la ecuación de continuidad, en sesiones de resolución de problemas grupal.

1.      Determina el caudal de un flujo de líquido, a partir de un ensayo experimental, en una actividad grupal de laboratorio.

 

 

4.- Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones
20 Horas
APRENDIZAJES ESPERADOS
CRITERIOS DE EVALUACION
CONTENIDOS
4.1.- Explica las principales características de la ecuación de energía de Bernoulli, según la física de los fluidos
4.1.1.- Describe el principio de conservación de la energía, según la física de los fluidos
4.1.2.- Identifica las unidades que se utilizan para medir la energía, coherentes con el sistema internacional y el sistema anglosajón
4.1.3.- Clasifica los diferentes tipos de energía de un fluido, según la física de fluidos
4.1.4.- Reconoce la ecuación de energía de Bernoulli, para fluidos incompresibles

·       Ecuación de energía de Bernoulli.

-          Principio de conservación de la energía.

-          Unidades de energía.

-          Tipos de energía.

-          Descripción y planteamiento.

 

 

4.2.- Resuelve problemas de salida de flujos por orificios, por medio de la ecuación de Torricelli
4.2.1.- Establece la ecuación de Torricelli para la salida de flujos por orificios, a partir de la ecuación de energía de Bernoulli
4.2.2.- Determina la velocidad de salida de flujos por orificios, en depósitos abiertos a la atmósfera, por medio de la ecuación de Torricelli
4.2.3.- Determina la velocidad de salida de flujos por orificios, en depósitos presurizados, por medio de la ecuación de Torricelli

·       Ecuación de Torricelli.

-          Salida de flujos por orificios.

 

 

4.3.- Resuelve problemas para la determinación de variables hidráulicas, en sistemas de conducción de fluidos, a través de la ecuación de energía de Bernoulli
4.3.1.- Determina variables hidráulicas, en sistemas de conducción de fluidos, por medio de la ecuación de energía de Bernoulli
4.3.2.- Describe el funcionamiento de un tubo de Venturi, en el ámbito de la física de fluidos
4.3.3.- Determina variables hidráulicas en un tubo de Venturi, por medio de la ecuación de energía de Bernoulli

·       Aplicaciones de la ecuación de energía de Bernoulli:

-          Sistemas de conducción de fluidos.

-          Tubo de Venturi.

 

 

ACTIVIDADES

Actividades del alumno:

 

1.       Determina variables hidráulicas, en sistemas de conducción de líquidos, utilizando la ecuación de energía de Bernoulli, en sesiones de resolución de problemas grupal.

2.       Desarrolla una maqueta experimental, validando alguna de las ecuaciones de la física de fluidos, en un trabajo colaborativo grupal.

 

 

5.- Viscosidad, flujo laminar y turbulento
15 Horas
APRENDIZAJES ESPERADOS
CRITERIOS DE EVALUACION
CONTENIDOS
5.1.- Explica las principales características de la viscosidad de un fluido, en el ámbito de la física de los fluidos
5.1.1.- Define el concepto de viscosidad, en el ámbito de la física de fluidos
5.1.2.- Relaciona la viscosidad cinemática de un fluido, con la viscosidad dinámica y la densidad absoluta, a través de sus ecuaciones fundamentales
5.1.3.- Identifica las unidades de medida de la viscosidad dinámica y cinemática de un fluido,  coherente con el sistema internacional
5.1.4.- Identifica las unidades de medidas no coherentes de la viscosidad dinámica y cinemática de un fluido,  de uso en el ámbito de la física de los fluidos
5.1.5.- Identifica los instrumentos para medir la viscosidad de un líquido, en el ámbito de la física de fluidos
5.1.6.- Describe los efectos de la temperatura en la modificación de la viscosidad de un líquido

·       Viscosidad:

-         Descripción y definición.

-         Viscosidad cinemática.

-         Unidades no coherentes de la viscosidad.

-         Instrumentos.

-         Relación entre temperatura y viscosidad.

 

 

5.2.- Explica el comportamiento de un líquido cuando se desplaza al interior de una tubería
5.2.1.- Describe el movimiento de un fluido al interior de una tubería
5.2.2.- Describe las características de los regímenes de flujo laminar y turbulento, en tuberías hidráulicas de conducción
5.2.3.- Reconoce la ecuación de Reynolds, para la determinación del régimen de flujo en tuberías
5.2.4.- Determina el régimen de flujo al interior de una tubería, a partir del número de Reynolds

·       Regímenes de flujo.

·       Número de Reynolds.

-         Aplicaciones.

 

 

 

5.3.- Resuelve problemas simples, para la determinación de pérdidas de carga primarias en tuberías lisas, por medio de la ecuación de Darcy-Weisbach
5.3.1.- Define el concepto de pérdida de carga, en el ámbito de la física de  fluidos
5.3.2.- Clasifica las pérdidas de carga de un sistema hidráulico de conducción, según la física de fluidos
5.3.3.- Describe las principales características de las pérdidas primarias y secundarias, en sistemas hidráulicos de conducción
5.3.4.- Reconoce la ecuación de Darcy-Weisbach, para pérdidas de carga primarias en tuberías
5.3.5.- Determina el coeficiente de fricción viscosa, a partir del régimen de flujo, en una tubería lisa
5.3.6.- Determina pérdidas de carga primarias en tuberías lisas, por medio de la ecuación de Darcy-Weisbach

·       Definición pérdida de carga.

·       Clasificación de las pérdidas de carga.

-         Pérdidas primarias.

-         Pérdidas secundarias.

·       Ecuación de Darcy-Weisbach, para pérdidas primarias:

-         Coeficiente de fricción.

-         Aplicaciones.

 

 

ACTIVIDADES

Actividades del alumno:

 

1.       Determina pérdidas de cargas primarias, en sistemas de conducción de líquidos, utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach, en sesiones de resolución de problemas grupal.

 

 

 

 

 
ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS
 

 Estrategias aplicables para todas las unidades:

  

1.      Sesiones expositivas del profesor:

-   Exposición y discusión de contenidos conceptuales con los alumnos.

 

2.      Sesiones demostrativas por parte del docente:

-   Establece las orientaciones y directrices para la resolución de problemas propuestos.

-   Resolución de un problema tipo, para cada aplicación específica considerada en la asignatura.

 

3.      Sesiones de resolución de problemas propuestos (grupal):

-   Aplicaciones de las propiedades de los fluidos, para la determinación de variables físicas.

-   Cálculo de variables hidráulicas asociadas al fenómeno de flotación.

-   Cálculo de presiones en depósitos abiertos y presurizados, con uno o múltiples líquidos inmiscibles.

-   Aplicaciones de la ecuación de continuidad y la ecuación de energía de Bernoulli, en sistemas de conducción de líquidos.

-   Aplicaciones de la ecuación de Darcy-Weisbach, en sistemas de conducción de líquidos en tuberías.

 

4.      Sesiones prácticas de laboratorio (grupal).

-   Ensayo experimental de propiedades de los fluidos (obtención empírica de la densidad de fluidos).

-   Ensayo experimental asociado al caudal de un líquido en una tubería (obtención empírica del caudal de un líquido).

 

5.      Desarrollo de un proyecto (grupal).

-   Realización de una maqueta experimental didáctica, para validar algún principio de la física de fluidos.

 
 
 
BIBLIOGRAFÍA DE LA ASIGNATURA
 
 
Bibliografia Obligatoria
Título
Autor
Año
ISBN/ISSN
Editorial
Fuente
Nombre Recurso Digital
Tipo de Material
Apuntes de Física IIKöhler, Arnold2007 9781449224325 Instituto Politécnico Nacional  e-Libroebook
Problemas de física.Burbano García2006  9788473604116Editorial Tébar e-Libroebook
Microfluidos: ¿cuánto hay de nuevo?Rivas Fernández, D.2008 2539268 Revista Cubana de Fisica. 2008, vol.25, n°2B, p.142-149.Academic Search CompleteArtículo
Introducción a la física: una física para todosFalco, Alfredo2012 9781449287887 Editorial Brujas  e-Libroebook
Ecuaciones fundamentales de la dinámica de fluídosRodríguez Núñez, Yoisell 2006 El Cid Editor | apuntes  e-LibroApuntes
Física : conceptos y aplicacionesTippens, Paul E.2007 9786071504715McGraw Hill Interamericana  Libro
Física universitaria v.1Young, Hugh D.2009 9786074422887Addison Wesley  Libro
Bibliografia Sugerida:
Título
Autor
Año
ISBN/ISSN
Editorial
Fuente
Nombre Recurso Digital
Tipo de Material
Física v.1Serway, Raymond A.2003 9788497321686Thomson Learning  Libro
Fundamentos de física v.1Serway, Raymond A.2006 9706863753Thomson  Libro
Mecánica de fluidosMott, Robert L.2006 9702608058Pearson Educación  Libro
Mecánica de fluidosWhite, Frank M.2008 9788448166038McGraw Hill  Libro