Pontificia Universidad Javeriana
Facultad de Ciencias
Fluidos y termodinámica
PROGRAMA DE ASIGNATURA
Semestre 2220
Número de Créditos: 3
HORARIO Y SALÓN:
Miércoles y Viernes 9:00 a.m. a 11:00 a.m. – Miércoles: 51 – 503, Viernes 51 - 505
Laboratorios: Martes o Jueves 9:00 a.m. a 11:00 a.m. – Tercer Piso Ed. 52
PROFESOR
Sergio Bravo Medina
Celular: 310 7851565
Correo: sergiobravom@javeriana.edu.co
Horario de atención
A convenir.
JUSTIFICACIÓN
La formación de estudiantes desde una visión integral de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJ) se enfatiza
en la apropiación de todo el conocimiento necesario por parte de sus estudiantes de ingeniería, en particular
los temas de las ciencias básicas y por ello de la física. La formación científica de los estudiantes en los
diferentes programas de ingeniería, requieren sólidos conocimientos en física básica, ya que, en sus niveles
de acción y profesional, interactúan constantemente con aspectos relacionados con esta área. La física que
involucra los fluidos y la termodinámica aporta fundamentalmente elementos teóricos y experimentales que
permite a los estudiantes desarrollar operaciones mentales como observación, análisis y síntesis de los
diferentes componentes en la solución de un problema para represéntalos por medio de un diagrama, gráfica
o relación matemática, que utilizará para modelar e interpretar situaciones cotidianas. Teniendo en cuenta
lo anterior el curso de fluidos y termodinámica será enfocado de acuerdo a las características de los grupos
a partir de situaciones problema con el propósito de generar interés y motivación frente a la asignatura y
fomentar el desarrollo de habilidades y actitudes para la indagación y generación de nuevo conocimiento.
1
DESCRIPCIÓN
La asignatura de Fluidos y Termodinámica es fundamental para estudiantes de ingeniería, ya que en la
práctica gran número de procesos industriales requieren la aplicación de los principios de fluidos, como de
termodinámica. El conocimiento de estos principios es básico en la ingeniería, por ejemplo, estos se aplican
para el estudio de flujo a presión (tuberías) tanto en acueductos como alcantarillados. También es básica en
el estudio de canales (flujo libre) para conocer su comportamiento (caudales, velocidad, profundidad) que
ayudaran a diseñar dichos canales (dimensiones y material). Si consideramos el viento, estudiar fluidos nos
ayuda a determinar su accionar en algunos tipos de estructuras: edificios, torres, puentes, cubiertas
metálicas. En ciclos de refrigeración, sistemas de potencia para la generación de electricidad
(Termoeléctricas), etc.
¿Por qué el aire se enfría al incrementarse la altura, por qué el calor pasa de los cuerpos más caliente a los
más fríos y no viceversa?, ¿Por qué sentimos una moneda más fría que un pedazo de madera a pesar de que
ambos se encuentran a la misma temperatura?, ¿Por qué el aire caliente asciende?, ¿Qué es mejor al hacer
una sopa, agregar el recado antes o después de que el agua hierve?
OBJETIVOS DE FORMACIÓN
1. Interpretar los aspectos conceptuales de la formulación de teorías en mecánica de fluidos y
termodinámica.
2. Predecir y resolver modelos matemáticos mediante el análisis de variables físicas y químicas en
la aplicación de la mecánica de fluidos y termodinámica.
3. Identificar los diferentes procesos que hay en una termoeléctrica, hidroeléctrica basados en
los principios de la termodinámica y fluidos aprehendidos en clase.
Resultados de Aprendizaje Esperado (RAE)
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Predecir a partir de las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales sus características
aplicándolas en la solución de problemas, basados en los modelos físicos vistos en clase.
Resolver problemas de hidrostática empleando los teoremas de conservación de la masa, Pascal
y Bernoulli.
Evaluar los diferentes tipos de flujo (turbulento, laminar, de calor, de energía, por conducción,
etc.) Aplicándolos en la solución de ejercicios reales de la física.
Relacionar los conceptos de calor, trabajo, energía interna y temperatura a partir de los
conceptos de energía y estado de un sistema por medio de ejemplos de la vida real y su
aplicación en la solución de problemas.
Aplicar las leyes de la termodinámica en la resolución de problemas relacionados con máquinas
térmicas.
Crear hábitos de trabajo individual y colectivo que generen un clima de pensamiento y
autocritica en cada uno de los estudiantes.
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ESTRUCTURA TEMÁTICA
ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS
Desarrollo de talleres de ejercicios en el aula de clase, como trabajo por parejas o grupos, como
reforzamiento de los conceptos estudiados y como oportunidad de realización de retroalimentación de los
conceptos estudiados.
3
Desarrollo de problemas experimentales de verificación que le permitan al estudiante poner en práctica el
trabajo en grupo, comprender la fundamentación teórica de los diversos equipos y aplicar apropiadamente
el uso y manejo adecuado de ellos.
Desarrollo de talleres de trabajo autónomo dirigido, a través de los cuales el estudiante tiene la posibilidad
de reforzar el proceso de apropiación de los conceptos y desarrollar actividades de análisis y solución de las
situaciones cotidianas.
Aplicación de evaluaciones cortas, quices, donde el estudiante tiene la posibilidad de poner en práctica la
apropiación conceptual de la fundamentación teórica estudiada.
Presentación de trabajos asignados sobre diversas temáticas donde el estudiante tiene la posibilidad de
profundizar sus conocimientos mediante la búsqueda, selección y análisis de la información y se entrene en
obtener, analizar y procesar información por su propia cuenta.
Aplicación de evaluaciones, presenciales y virtuales, donde el estudiante tiene la posibilidad de poner en
práctica la apropiación conceptual de la fundamentación teórica estudiada.
CRONOGRAMA
Semana
Fecha
1
22 de julio
2
27 y 29 de
julio
3
3 y 5 de
agosto
4
10 y 12 de
agosto
5
17 y 19 de
agosto
Actividad en clase o
acompañamiento del
profesor
Presentación del curso.
Naturaleza atómica de la
materia.
Modelo de cuerpo
elástico. Ley de Hooke,
módulo de Young,
módulo de Poisson.
S&Z: 11.4 – 11.7
Medina: Cap. 1
Laboratorio: Elasticidad
Propiedades y definición
de Fluido. Ecuación de la
hidrostática, aplicaciones
en manómetros.
S&Z: 12.1 – 12.3
Laboratorio: Densidades
Aplicación de la
hidrostática: Flotación y
Fuerzas sobre paredes.
S&Z: 12.3
Çengel: 3.5 – 3.7
Laboratorio: Manometría
Fluidos en movimiento:
Introducción. Ecuación de
Bernoulli.
S&Z: 12.4 – 12.5
Çengel: 5.2 – 5.5
Laboratorio: Flotación
Actividad de trabajo autónomo
que debe realizar el estudiante
Evaluación de la actividad
Asignación taller.
Evaluación Primer Taller
Asignación taller.
Evaluación Segundo Taller
4
6
24 y 26 de
agosto
7
31 de agosto
y 2 de
septiembre
8
7 y 9 de
septiembre
9
21 y 23 de
septiembre
10
28 y 30 de
septiembre
11
5 y 7 de
octubre
12
12 y 14 de
octubre
13
19 y 21 de
octubre
PRIMERA PRUEBA
PARCIAL (20%)
26 de agosto
Aplicaciones de Bernoulli.
Çengel: 5.5
Laboratorio: Torricelli I
Fluidos Reales y
Viscosidad. Tensión
Superficial.
S&Z: 12-6
Çengel: 2.6 -2.7
Laboratorio: Torricelli II.
Tiempo vaciado
Temperatura.
Temperatura de un gas
ideal. Energía molecular.
Dilatación
Conducción. Calorimetría.
Fases de la materia. Calor
latente
S&Z: 17.1 – 17.7
Laboratorio: Stokes
Energía interna del gas
ideal. Ecuación
de estado del gas ideal.
Gases Reales, fuerzas
intermoleculares.
S&Z: 18.1 – 18.5
Laboratorio: Dilatación
Lineal
Trabajo y energía interna.
Calor.
Primer principio de la
Termodinámica.
S&Z: 19.1 – 19.4
Laboratorio: Calor
Específico
Segunda prueba parcial
(20%)
14 de octubre
Primer Parcial: Temas
Semanas 1-5.
Lectura complementaria fluidos
reales y viscosidad.
Asignación Taller
Evaluación Tercer Taller.
Asignación Taller
Evaluación Cuarto Taller
Segundo Parcial: Temas
Semanas 6-11
Máquinas térmicas.
Procesos
reversibles e irreversibles.
S&Z: 19.5 – 19.8
5
Laboratorio: Equivalente
Mecánico
Procesos reversibles e
irreversibles y entropía.
S&Z: 20.1 – 20.4
Laboratorio: Ley de los
Gases
Segunda Ley de la
Termodinámica.
S&Z: 20.5
Laboratorio: Examen de
Laboratorio
Ciclo de Carnot. Entropía
y la Segunda Ley.
S&Z: 20.6 – 20.8
Laboratorio: Entrega de
notas
14
26 y 28 de
octubre
15
2 y 4 de
noviembre
16
9 y 11 de
noviembre
17
15 al 18 de
noviembre
Entrega 70% notas
18
Martes 22 de
noviembre
Examen final (30%)
–
9:00 a 11:00 a.m.
Asignación Taller
Lectura complementaria
máquinas térmicas.
Evaluación Quinto Taller
Taller Final
Examen conjunto de la
asignatura
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
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Pruebas escritas individuales:
Primera evaluación parcial, 6a semana (20%).
Segunda evaluación parcial, 12a Semana. (20%).
Examen final, 18 a semana. (30%).
Nota: Los exámenes parciales se realizan los viernes de la semana programada.
Práctica e informes de laboratorio (20%).
Dividido de la siguiente manera: 80% Informes de laboratorio, 20% Examen de laboratorio.
Nota: Para la nota de trabajo experimental o informes de laboratorio se sigue el método de
verificación a partir de "El experimento problema"; inicialmente, se le plantea al estudiante una
situación problema que deberá desarrollar aplicando los modelos estudiados para elaborar una
predicción de comportamiento de una variable o de un fenómeno en estudio para, posteriormente,
determinar experimentalmente el valor buscado y luego compararlos.
Quices, talleres y trabajos (10%)
Nota: En la nota de quices y talleres se pueden incluir también trabajos de investigación escritos,
solución escrita de problemas, talleres en clase o fuera de ella, solución numérica de ejercicios con PC,
exposiciones y proyectos escritos.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
•
Sears, Zemansky, Young, Freedman, Física Universitaria, Volumen 1, decimosegunda edición, Pearson
educacion, México, 2009.
6
•
•
H. Medina Guzmán, Física 2 - https://repositorio.pucp.edu.pe/index/handle/123456789/7140
Yunus A. Çengel y John M. Cimbala, Mecánica de Fluidos – Fundamentos y Aplicaciones, McGraw Hill
2006.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
•
•
•
•
•
Tipler, Paul y Gene Mosca, Física para la ciencia y la tecnología, Volumen 1. 6ta edición. Reverté, S.A.,
Barcelona, 2010.
R. Resnick, D. Halliday, Krane. Física Vol. 1. 5ª Edición. C.E.C.S.A, México, 2002
Alonso, Finn, Física, ADDISON-WESLEY IBEROAMERICANA, U.S.A., 1995
Serway, Jewet. Física I Texto basado en cálculo, 3ª edición. Editorial Thomson, México, 2004.
Wolfgang Bauer, Gary d. Westfall. Física para Ingeniería y Ciencias. Mc Graw Hill ISBN 978 607 15 0545
3. 2011.
REGLAS DE JUEGO:
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La asistencia a clase es responsabilidad del alumno. Los anuncios que se den en estos espacios se
considerarán siempre de máxima importancia.
Será de gran importancia la asistencia a tiempo a la clase y la participación en la misma.
Los exámenes deben ser realizados de manera individual, sin ayudas externas ni colaboraciones.
Cualquier evidencia de plagio se llevará a las máximas instancias posibles.
Las actividades para ser entregadas tendrán un plazo considerable para ser entregadas. Por esto
mismo no se recibirán trabajos por fuera de la fecha máxima estipulada.
Los informes de laboratorio deben ser entregados por Brightspace la semana siguiente a la clase
del laboratorio. Estos de igual forma deben ser hechos en su totalidad por el grupo de trabajo, no
de forma colaborativa entre los grupos (a menos de que el profesor lo sugiera así).
Los estudiantes deben revisar la práctica de laboratorio a realizar con anterioridad al día de la
práctica.
La asistencia a los laboratorio es obligatoria, los estudiantes deben estar en el salón de laboratorio
a más tardar a las 11:15 a.m. de lo contrario no podrán presentar su informe de laboratorio.
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