Presupuesto regional institución educativa

educación vocacional secundaria

"Colegio de la Asamblea de Kursk"

PROGRAMA DE TRABAJO DE LA DISCIPLINA EDUCATIVA

OP 06.

programa educativo profesional básico de educación secundaria vocacional en la especialidad

140102 Equipos de suministro de calor y calefacción.

(entrenamiento básico)

kursk

REVISADO Y APROBADO

en una reunión del Comité Central del OPD

Protocolo No._____

"____"_____________2012

Presidente del Comité Central Stanar A.M.

ACORDADO

__________________

Diputado Director de SD O.B. Gruneva

"____"______________2012

Programa de trabajo de la disciplina académica. « Bases teóricas ingeniería térmica e hidráulica" desarrollado en base a:

Estándar educativo estatal federal para la especialidad de educación secundaria vocacional.(formación básica), que forma parte del grupo ampliado de especialidades 140000 Energía, ingeniería eléctrica e ingeniería eléctrica, aprobado por orden del Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia de 15 de febrero de 2010, No. 114.

Desarrollador:

AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Katalnikova, profesora del Kursk Assembly College.

CONTENIDO

pag.

1. PASAPORTE DEL PROGRAMA DE TRABAJO DE LA DISCIPLINA EDUCATIVA

1. ESTRUCTURA y CONTENIDO DE LA DISCIPLINA ACADÉMICA

1. términos de implementación programa de trabajo disciplina académica

1. Seguimiento y evaluación de los resultados del dominio de la disciplina académica.

1. pasaporte del PROGRAMA DE DISCIPLINA EDUCATIVA en funcionamiento

Fundamentos teóricos de la ingeniería térmica y la hidráulica.

1.1. Ámbito de aplicación del programa de trabajo

El programa de trabajo de la disciplina académica forma parte del principal programa educativo profesional de acuerdo con el Estándar Educativo del Estado Federal para la especialidad de educación secundaria vocacional.140102 “Suministro de calor y equipos de calefacción” (formación básica), que forma parte del grupo ampliado de especialidades 140.000 Energía, ingeniería eléctrica e ingeniería eléctrica.

Se puede utilizar el programa de trabajo de la disciplina académica. En adicional educación vocacional y formación profesional de los trabajadores en el ámbito del suministro de calor y equipos de calefacción.con educación general secundaria (completa). No se requiere experiencia laboral.

1.2. El lugar de la disciplina académica en la estructura del principal programa educativo profesional: La disciplina está incluida en ciclo profesional, se refiere a disciplinas profesionales generales.

1.3. Las metas y objetivos de la disciplina académica son los requisitos para los resultados de dominar la disciplina académica.

ser capaz de :

realizar cálculos de ingeniería térmica:

Ciclos termodinámicos de motores térmicos y centrales térmicas;

El consumo de combustible; calor y vapor para la producción de energía;

Eficiencias de los ciclos termodinámicos de motores térmicos y centrales térmicas;

Pérdida de calor a través de envolventes de edificios, aislamiento de tuberías y equipos de calefacción;

Balances de calor y materiales, superficie de calentamiento de intercambiadores de calor;

Determinar parámetros para cálculos hidráulicos de tuberías y conductos de aire;

Características constructivas de bombas y ventiladores.

Como resultado del dominio de la disciplina académica, el estudiante debesaber :

Parámetros del estado de un sistema termodinámico, unidades de medida y relación entre ellas;

Leyes básicas de la termodinámica, procesos de cambio de estado de gases ideales, vapor de agua y agua;

Ciclos de motores térmicos y centrales térmicas;

Leyes básicas de transferencia de calor;

Propiedades físicas de líquidos y gases;

Leyes de hidrostática e hidrodinámica;

Principales tareas y procedimiento para el cálculo hidráulico de tuberías;

Tipos, dispositivos y características de bombas y ventiladores.

1.4. Número de horas para dominar el programa de trabajo de la disciplina académica:

La carga lectiva máxima para un estudiante es de 180 horas, incluyendo:

la carga lectiva presencial obligatoria del estudiante es de 120 horas;

Trabajo independiente del alumno 60 horas.

2. ESTRUCTURA Y CONTENIDO DE LA DISCIPLINA ESCOLAR

2.1. Alcance de la disciplina académica y tipos de trabajo académico.

incluido:

trabajo educativo e individual de los estudiantes;

preparación de resúmenes;

registro de trabajos de laboratorio;

estudio sistemático de notas de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas para párrafos, capítulos material didáctico;

resolver problemas, hacer ejercicios

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4

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6

Certificación final en el formulario examen

2.2. Plan temático y contenidos de la disciplina académica.

Fundamentos teóricos de la ingeniería térmica y la hidráulica.

Una breve reseña histórica y el nivel actual de desarrollo de la ingeniería hidráulica y de calefacción.

El papel de los científicos nacionales en el desarrollo de estas ciencias.

Sección 1.Propiedades físicas de líquidos y gases.

Tema 1.1.

Propiedades físicas de líquidos y gases.

Propiedades físicas de los líquidos: densidad, gravedad específica, volumen específico, relación entre ellos, compresibilidad, viscosidad, dependencia de la temperatura y presión.

Trabajo independiente

Sección 2. Conceptos básicos de la hidrostática.

Tema 2.1

Presion hidrostatica. Ecuación básica de la hidrostática.

Fuerzas que actúan dentro de un líquido. Presión hidrostática en un punto, sus propiedades, unidades de medida. Presión absoluta y exceso.

Ecuación básica de la hidrostática. Esencia física y representación gráfica de la ecuación hidrostática. Presiones. Instrumentos de medición de presión.

Trabajos de laboratorio

Medición de presión con piezómetro y manómetro. Conversión de unidades de presión.

lecciones practicas

Resolver problemas sobre la composición de la ecuación de equilibrio de un fluido.

Trabajo independiente:

Tema 2.2. Fuerzas de presión de líquidos y gases sobre paredes planas y curvas.

La ley de Pascal. Prensa hidráulica, gato hidráulico.

La fuerza de la presión hidrostática sobre superficies planas. Centro de presión. Paradoja hidrostática. Método gráfico para determinar la fuerza de la presión hidrostática.

La fuerza de la presión hidrostática sobre una superficie cilíndrica. Fórmula para calcular la resistencia de la tubería. Ley de Arquímedes. Fusión de cuerpos y su estabilidad.

lecciones practicas

Resolver problemas de determinación de la fuerza de presión sobre varias superficies, determinación del espesor de pared de tuberías.

Trabajo independiente de los estudiantes:

Preparación de trabajos prácticos.

Sección 3. Fundamentos de la hidrodinámica.

Tema 3.1. Leyes básicas del movimiento de fluidos.

Tipos de movimiento de fluidos: constante, inestable, uniforme, desigual. El concepto de movimiento de corriente de líquido. Flujo de fluidos, elementos de flujo. Velocidad y flujo de fluidos. Ecuación de continuidad del flujo.

La ecuación de Bernoulli, su significado geométrico y energético.

Trabajos de laboratorio

Estudio de la ecuación de Bernoulli. Construcción de líneas de presión y piezométricas.

Trabajo independiente:

Registro de trabajos de laboratorio;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Tema 3.2. Resistencia hidráulica

Resistencias hidráulicas y sus tipos. Modos de movimiento de fluidos.

Criterio de Reynolds. Características del movimiento de fluidos laminar y turbulento. Pérdida de presión a lo largo del flujo y en las resistencias locales (válvulas de cierre, durante la expansión y contracción del flujo, cambio de dirección del flujo). Cálculo de pérdidas de presión por expansión brusca del caudal. Coeficiente de fricción hidráulica, su determinación en modos laminares y turbulentos de movimiento de fluidos.

Trabajos de laboratorio

Determinación de dos modos de movimiento de fluidos. Determinación del número de Reynolds.

Determinación de la pérdida de carga a lo largo, coeficiente de fricción hidráulica.

Determinación de pérdidas de presión locales, coeficiente de resistencia local.

Trabajo independiente

Registro de trabajos de laboratorio;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos y capítulos de libros de texto;

Tema 3.3. Cálculo hidráulico de tuberías.

Tuberías y sus tipos. Cálculo hidráulico de tuberías simples y complejas. Golpe de ariete en tuberías (directo e indirecto).

Cálculo de free-flow y ductos cortos.

lecciones practicas

- Cálculo de una tubería simple.

Trabajo independiente:

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Preparación de resúmenes

Temas aproximados de resúmenes:

Métodos modernos para proteger las tuberías del golpe de ariete.

El fenómeno de la cavitación cuando el líquido fluye por las tuberías.

Medidas tomadas para prevenir la cavitación.

Tema 3.4. Fuga de líquido a través de orificios y boquillas.

Flujo de líquido desde agujeros bajo presión constante. Los conceptos de “agujero en una pared delgada” y “pequeño agujero”. Tipos de boquillas. Flujo de líquido a través de boquillas a presión constante.

lecciones practicas

Determinación del flujo de fluido cuando sale del orificio y a través de boquillas.

Trabajo independiente:

- inscripción de trabajos prácticos

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos y capítulos de libros de texto;

Prueba del apartado 3. Fundamentos de hidrodinámica.

Sección 4 Bombas y ventiladores

Tema 4.1. Tipos y principio de funcionamiento de bombas.

Bombas centrífugas, sus tipos, principios de funcionamiento. Cabeza completa, máxima elevación de succión. Caudal, presión, potencia y eficiencia de una bomba centrífuga, su definición. La dependencia de estos parámetros de la velocidad del motor.

Fórmulas de proporcionalidad. Características de las bombas centrífugas y tuberías de presión. Funcionamiento paralelo y secuencial de bombas centrífugas. Bombas de pistón, sus tipos, principio de funcionamiento. Bombas de chorro.

Trabajo practico

Construcción de las características de una bomba centrífuga.

Trabajo independiente:

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos y capítulos de libros de texto;

Trabajo educativo e individual del estudiante.

Tema 4.2. Tipos y principio de funcionamiento de los ventiladores.

Ventiladores centrífugos y axiales, sus tipos y principios de funcionamiento. Rendimiento, presión, consumo de energía y eficiencia de los ventiladores. Dependencia de los parámetros del ventilador de la velocidad del motor.

Trabajo practico

Construcción de características de un ventilador centrífugo.

Trabajo independiente:

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos y capítulos de libros de texto;

Sección 5. Fundamentos de la termodinámica técnica.

Tema 5.1. Principios básicos de la termodinámica técnica. Leyes de los gases. Mezclas de gases.

Energía térmica y mecánica. Parámetros termodinámicos básicos del estado del fluido de trabajo. Gas ideal y real. Teoría cinética molecular de los gases.

Mezcla de gases, su composición. Presión parcial y volumen reducido de los componentes de una mezcla de gases. La ley de Dalton. La relación entre las composiciones de masa y volumen de la mezcla.

Trabajo independiente:

estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto

Tema 5.2. Capacidad calorífica

Capacidad calorífica y cantidad de calor. Capacidad calorífica constante y variable. Capacidad calorífica media y real. Capacidad calorífica de la mezcla de gases.

Lecciones prácticas:

Determinación de la capacidad calorífica volumétrica del aire a presión constante.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Tema 5.3. Leyes de la termodinámica. Procesos termodinámicos.

La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación y transformación de la energía térmica y mecánica. Unidades de calor y trabajo. Entalpía del gas. Análisis de los principales procesos termodinámicos de cambio de estado de los gases ideales: isocórico, isobárico, isotérmico, adiabático, politrópico. Ecuación de estado de procesos termodinámicos, su representación en el diagrama pv. Definición de trabajo, cambio. energía interna y cantidad de calor.

Segunda ley de la termodinámica. Procesos o ciclos circulares. Eficiencia térmica del ciclo. Estado de equilibrio y no equilibrio del fluido de trabajo. Procesos y ciclos reversibles e irreversibles. Ciclo ideal de Carnot, su imagen en el diagrama pv. La segunda ley de la termodinámica para procesos reversibles e irreversibles. La entropía es su significado físico. Diagrama Ts. Tercera ley de la termodinámica.

Lecciones prácticas:

El cálculo termodinámico de los ciclos y la determinación de sus coeficientes térmicos de eficiencia (eficiencia), representan los ciclos en diagramas pv y Ts.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Resolver problemas, hacer ejercicios.

Tema 5.4. Ciclos de gas

Motores de combustión interna. Ciclos ICE con diferentes caminos suministro de calor. Sus imágenes se muestran en diagramas pv y Ts. Eficiencia térmica de los ciclos de los motores de combustión interna. Unidades de turbina de gas. Ciclos GTU con varios métodos de suministro de calor. Sus imágenes se muestran en diagramas pv y Ts. Eficiencia térmica de los ciclos de turbinas de gas. Principios termodinámicos del funcionamiento del compresor. Ilustración del ciclo del compresor en diagramas pv y Ts.

Lecciones prácticas:

Comparación de eficiencias térmicas de ciclos de motores de combustión interna y turbinas de gas con varios métodos de suministro de calor.

Trabajo independiente

registro de trabajos prácticos;

Resolver problemas, hacer ejercicios.

Tema 5.5. Gases reales. El vapor de agua y sus propiedades.

Propiedades de los gases reales. Ecuación característica de los gases reales de van der Waals. El vapor de agua es como un gas real. Vaporización, evaporación, ebullición, condensación, sublimación, desublimación.

Vapor de agua saturado. Vapor saturado seco y húmedo. Vapor supercalentado. Grado de sequedad. Humedad y sobrecalentamiento. Curvas de contorno y punto crítico. Tablas de las propiedades termodinámicas del agua y del vapor de agua.

Lecciones prácticas:

Determinación de parámetros de vapor de agua mediante tablas.

Cálculo de parámetros de vapor saturado húmedo mediante tablas de vapor de agua y dependencias matemáticas.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos y capítulos de libros de texto;

Tema 5.6. Procesos termodinámicos del vapor de agua.

Los principales procesos de cambio de estado del vapor de agua: isobárico, isocórico, isotérmico y adiabático. Imagen de los principales procesos termodinámicos del vapor de agua en pv y Ts - diagramas.

Determinación de la cantidad de calor, cambios de energía interna, entalpía, entropía y volumen específico de vapor de agua en cada proceso termodinámico.

Lecciones prácticas:

Cálculo de procesos de cambio de estado del vapor de agua mediante tablas y diagramas.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos y capítulos de libros de texto;

Resolver problemas, hacer ejercicios.

Tema 5.7. Salida y estrangulamiento de gases y vapores.

Conceptos generales de caducidad. Trabajo de empuje y trabajo desechable.

Velocidad y velocidad crítica de espiración, segundo caudal másico de gas. Dependencia del flujo de salida de la relación de presión. Aplicación práctica de la caducidad. Boquilla Laval combinada.

El proceso de estrangulamiento y sus características. Aplicación técnica de la estrangulación.

Lecciones prácticas:

Determinación de parámetros y características del vapor de agua durante el flujo y estrangulamiento.

Trabajo independiente

registro de trabajos prácticos;

Elaboración de un resumen.

Temas aproximados de resúmenes:

Boquilla combinada Laval;

Aplicación práctica del proceso de estrangulamiento;

Aplicación técnica del proceso de caducidad.

Tema 5.8. Ciclos de plantas de turbinas de vapor.

Esquema de instalación de turbina de vapor. El ciclo de Rankine es un ciclo ideal de vapor-agua de una central térmica, representación del ciclo en diagramas pv y Ts. Ciclo regenerativo de una planta de turbinas de vapor. Ciclo con sobrecalentamiento intermedio de vapor. Ciclos binarios y vapor-gas de centrales térmicas.

Lecciones prácticas:

Representación de los ciclos de plantas de turbinas de vapor en diagramas pv y Ts.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Sección 6. Fundamentos de la transferencia de calor

Tema 6.1. Disposiciones básicas de la teoría de la transferencia de calor.

El proceso de transferencia de calor por conducción, convección y radiación. El concepto de transferencia de calor. Transferencia de calor a través de una pared plana monocapa. ley de fourier

Transferencia de calor por conducción térmica a través de una pared plana multicapa. Transferencia de calor por conducción térmica a través de una pared cilíndrica multicapa.

Lecciones prácticas:

Determinación del coeficiente de conductividad térmica y cálculo de la cantidad de calor transferido por conductividad térmica a través de las paredes. varias formas.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Tema 6.2. Transferencia de calor por convección. Disipación de calor y transferencia de calor.

Principios básicos de la transferencia de calor por convección. Transferencia de calor entre una pared plana y un líquido. Coeficiente de transferencia de calor, su significado físico Transferencia de calor a través de una pared multicapa y paredes cilíndricas. Coeficiente de transferencia de calor, su significado físico.

Lecciones prácticas:

Cálculo de la cantidad de calor transferido desde el refrigerante a paredes de diversas formas.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Tema 6.3 Transferencia de calor durante la libre circulación de un fluido, flujo longitudinal y transversal forzado alrededor de las tuberías, cambios en el estado de agregación de la materia.

Factores que determinan la libre circulación del fluido. Distribución de temperaturas y velocidades en la capa límite. La naturaleza del movimiento de fluidos a lo largo de una pared vertical, cerca de placas y tuberías horizontales. Ecuación para determinar el coeficiente de transferencia de calor, condiciones para su aplicación.

Transferencia de calor durante el flujo longitudinal alrededor de tuberías lisas en modo turbulento. Coeficiente de transferencia de calor. El proceso de transferencia de calor durante el flujo transversal alrededor de tuberías. Disposición en tablero de ajedrez y pasillo de tuberías en haces. Ecuación de criterio.

Condiciones para que se produzca la condensación. Resistencia térmica durante la condensación de vapor. Determinación del coeficiente de transferencia de calor durante la condensación. Condición para hervir. Coeficiente de transferencia de calor durante la ebullición y su dependencia de varios factores.

Lecciones prácticas:

Cálculo del coeficiente de transferencia de calor mediante ecuaciones criterio en varios casos de transferencia de calor por convección.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Resolución de problemas, hacer ejercicios;

Tema 6.4. Conceptos básicos y leyes de la radiación térmica. Intercambio de calor por radiación entre cuerpos.

Propiedades de la radiación térmica. Capacidad absorbente, reflectante y transmisora ​​de los cuerpos. Leyes básicas de la radiación térmica: leyes de Planck, Stefan-Boltzmann, Lambert, Kirchhoff. Varios casos de transferencia de calor por radiación.

Lecciones prácticas:

Cálculo de la cantidad de calor radiante, el grado de negrura de la superficie de los cuerpos. Emisividad y capacidad de absorción de los cuerpos.

Trabajo independiente

Preparación de trabajos prácticos;

Estudio sistemático de apuntes de lecciones, literatura educativa y especial sobre preguntas de párrafos, capítulos de libros de texto.

Tema 6.5. Intercambiadores de calor.

Finalidad y clasificación de los intercambiadores de calor. Principio de funcionamiento de los intercambiadores de calor de superficie y de mezcla. Patrones de flujo básicos de refrigerantes. Ecuación de balance de calor y transferencia de calor en un intercambiador de calor. Coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor. Determinación de la superficie de calentamiento del intercambiador de calor.

Lecciones prácticas:

Elaboración de la ecuación de balance térmico y transferencia de calor en intercambiadores de calor.

Trabajo independiente

registro de trabajos prácticos;

Individual Trabajo académico estudiantes

Prueba para la sección 6. Fundamentos de la transferencia de calor.

Para caracterizar el nivel de dominio del material educativo, se utilizan las siguientes designaciones:

1. – familiarización (reconocimiento de objetos, propiedades previamente estudiados);

2.- reproductiva (realizar actividades según un modelo, instrucciones o bajo guía);

3. – productivo (planificación y ejecución independiente de actividades, resolución de problemas problemáticos).

3. condiciones para implementar el programa de disciplina

3.1. Requisitos mínimos de logística

La implementación de una disciplina académica requiere un laboratorio.hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica.

Equipamiento del aula:

asientos según el número de estudiantes;

lugar de trabajo del profesor equipado con una computadora personal con licencia o gratuita software, correspondientes a secciones del programa y conectados a Internet y medios de salida de información de audio;

un conjunto de ayudas didácticas y visuales “Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica”;

modelos volumétricos de bombas y ventiladores;

laboratorio virtual “Hidráulica”;

escáner;

Impresora.

Ayudas técnicas para la formación:

proyector multimedia o tablero multimedia;

cámara de fotografía y/o vídeo;

cámara web.

3.2. Soporte informativo para la formación.

Fuentes principales:

1. O.N.Bryukhanov, V.A.Zhila. Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica. - M.: Infra-M, 2010.

2. I.A. Pribytkov, I.A. Levitski. Fundamentos teóricos de la ingeniería térmica.- M.: Centro Editorial "Academia", 2004.

Fuentes adicionales:

Y EN. Kalitsun. Hidráulica, abastecimiento de agua y alcantarillado. – M.: Stroyizdat, 2000.

V. I. Kalitsun, E. V. , K.I. . Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica. – M.: Stroyizdat, 2005.

V.N. Lukanin. Ingeniería térmica. – M.: Escuela Superior, 1999.

Recursos de Internet:

http://twt.mpei.ru/GDHB/OGTA.html

4. Seguimiento y evaluación de los resultados del dominio de la Disciplina

Control y evaluación Los resultados del dominio de la disciplina académica son llevados a cabo por el docente en el proceso de realización de clases prácticas y trabajos de laboratorio, pruebas, así como la realización de tareas y proyectos individuales por parte de los estudiantes.

Los resultados del aprendizaje

(habilidades dominadas, conocimientos adquiridos)

Formas y métodos de seguimiento y evaluación de los resultados del aprendizaje.

debe ser capaz de:

realizar cálculos de ingeniería térmica:

Ciclos termodinámicos de motores térmicos y centrales térmicas;

Defensa del trabajo práctico.

El consumo de combustible; calor y vapor para la producción de energía;

Trabajo de prueba sobre el tema.

Eficiencias de los ciclos termodinámicos de motores térmicos y centrales térmicas;

Defensa del trabajo práctico.

Pérdida de calor a través de envolventes de edificios, aislamiento de tuberías y equipos de calefacción;

Defensa del trabajo práctico.

Balances de calor y materiales, superficie de calentamiento de intercambiadores de calor;

Defensa del trabajo práctico.

Determinar parámetros para cálculos hidráulicos de tuberías y conductos de aire;

Trabajo de prueba sobre el tema.

Características constructivas de bombas y ventiladores.

Autochequeo tarea

Encuesta sobre asignaciones individuales.

Como resultado del dominio de la disciplina académica, el estudiante debe saber:

Parámetros del estado de un sistema termodinámico, unidades de medida y relación entre ellas;

Leyes básicas de la termodinámica, procesos de cambio de estado de gases ideales, vapor de agua y agua;

Ciclos de motores térmicos y centrales térmicas;

Evaluación de ejercicios orales y escritos.

Prueba

Propiedades físicas de líquidos y gases;

Cuestionamiento frontal e individual durante las sesiones presenciales.

Leyes de hidrostática e hidrodinámica;

Evaluación del interrogatorio frontal e individual durante la formación presencial.

Análisis de resultados de pruebas escritas.

Prueba

Principales tareas y procedimiento para el cálculo hidráulico de tuberías;

verificación de trabajo propio

Tipos, dispositivos y características de bombas y ventiladores.

Análisis de los resultados de las pruebas escritas.

Desarrollador:

OBOU SPO "KMT" _________ __ maestro _____ __ AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Katálnikova

Expertos:

OBOU SPO "KMT" ________ _ metodista ___ ____ M. G. Denisova _____

____________________ _______ ___________________ _________________________

(lugar de trabajo) firma (cargo) (iniciales, apellido)

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y ALIMENTACIÓN DE LA REPÚBLICA DE BIELORRUSIA

EE "COLEGIO TÉCNICO AGRÍCOLA DEL ESTADO DEL PUEBLO"

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA DE CALEFACCIÓN E HIDRÁULICA

manual para estudiantes por correspondencia

en preguntas y respuestas

ParteI

Ciudad

"Consideró"

en una reunión de la comisión metodológica

disciplinas profesionales generales

Protocolo No._____ de fecha________________

Presidente: ________

El manual está destinado a estudiantes por correspondencia de las especialidades 2-74 06 01 "Soporte técnico para los procesos de producción agrícola" y 2-74 06 31 "Suministro de energía para la producción agrícola" para el autoaprendizaje de la disciplina "Fundamentos de ingeniería térmica e hidráulica". .

Introducción. 5

Complejo de combustible y energía de la República de Bielorrusia. 6

Fluido de trabajo y sus parámetros. 11

Leyes básicas de los gases... 12

Ecuaciones básicas de la termodinámica. 14

Mezclas de gases. La ley de Dalton. dieciséis

Capacidad calorífica: sus tipos, cálculo del consumo de calor para calefacción. 18

Capacidad calorífica en procesos a presión constante y volumen constante 19

La primera ley de la termodinámica y su expresión analítica. 21

El concepto de proceso termodinámico, sus tipos. 22

Proceso isocórico. Su gráfica en - coordenadas y ecuaciones básicas 23

Proceso isobárico. Su gráfica en - coordenadas y ecuaciones básicas 24

Proceso isotérmico. Su gráfica en - coordenadas y ecuaciones básicas 26

Proceso adiabático. Su gráfica en - coordenadas y ecuaciones básicas 28

Proceso circular. Su cronograma y eficiencia.. 30

Ciclo de Carnot y su eficiencia. 31

Vapor de agua Definiciones basicas. 33

El proceso de vaporización en - coordenadas. 35

Ciclo ideal de una central eléctrica de vapor y su eficiencia. 37

C. Su clasificación. 40

Ciclos ideales para D.V.S. Su eficiencia... 42

Ciclos reales de motores de combustión interna, determinación de potencia. 45

Balance térmico y consumo específico de combustible en motores de combustión interna. 48

Diagrama de funcionamiento y diagrama de indicadores de un compresor de una etapa 49

Diagrama de indicadores de un compresor real. 51

Compresores de pistón multietapa. 53

El concepto de funcionamiento de compresores centrífugos, axiales y rotativos 56.

Métodos de transferencia de calor. 58

Transferencia de calor por conducción a través de una pared plana monocapa 60

Conducción térmica a través de una pared multicapa. 62

Conducción térmica a través de paredes cilíndricas. 64

Transferencia de calor por convección. 66

Transferencia de calor por radiación.. 67

Intercambiadores de calor. Sus tipos... 70

Conceptos básicos de cálculo de intercambiadores de calor. 72

Transferencia de calor compleja a través de una pared plana. 75

Transferencia de calor a través de una pared cilíndrica. 78

Introducción

La disciplina "Fundamentos de ingeniería térmica e hidráulica" involucra a los estudiantes que estudian los fundamentos de la termodinámica y la hidráulica, los principios de funcionamiento de calderas y plantas de secado, motores de combustión interna, compresores, máquinas de refrigeración, calentadores de agua solares y bombas. El principal problema energético al que se enfrenta la ciencia es la mejora del rendimiento técnico y económico de los equipos de calefacción y energía, lo que sin duda conducirá a una reducción del consumo de combustible y un aumento de la eficiencia.

Ingeniería de energía térmica - la principal rama de la industria y la agricultura, que se dedica a la transformación de los recursos térmicos naturales en energía térmica, mecánica y eléctrica. Una parte integral de la ingeniería de energía térmica es termodinamica tecnica, que estudia los fenómenos físicos relacionados con la conversión de calor en trabajo. Con base en las leyes de la termodinámica, se realizan cálculos de motores térmicos e intercambiadores de calor. Se determinan las condiciones para la mayor eficiencia de las centrales eléctricas. Los autores de trabajos clásicos sobre termodinámica hicieron una gran contribución al desarrollo de la ingeniería térmica.

Se sistematizaron las leyes de la transferencia de calor por convección y radiación.

Sentaron las bases para el diseño y construcción de calderas y motores de vapor.

El conocimiento de las leyes de la termodinámica técnica y la capacidad de aplicarlas en la práctica permite mejorar el funcionamiento de los motores térmicos y reducir el consumo de combustible, lo cual es muy importante en la actualidad, cuando los precios de las materias primas de hidrocarburos están aumentando y los volúmenes de consumo. están aumentando.

Pregunta 1

Complejo de combustible y energía de la República de Bielorrusia

La máxima prioridad de la política energética de la República de Bielorrusia, junto con el suministro sostenible de recursos energéticos al país, es la creación de condiciones para el funcionamiento y desarrollo de la economía con el uso más eficiente de combustibles y recursos energéticos.

Las reservas propias de combustible y energía de la República de Bielorrusia son insuficientes y representan aproximadamente entre el 15 y el 20% de la cantidad consumida. Hay suficiente cantidad de turba y madera, lignito y esquisto bastante bajo en calorías.

En la República de Bielorrusia se produce alrededor de 2 millones de toneladas de petróleo al año. El gas equivale aproximadamente a 320-330 mil toneladas de combustible. El resto del suministro energético se compra en el extranjero, principalmente en Rusia.

Los precios de la energía han aumentado significativamente. Entonces por 1000m3 de gas 115u. e, petróleo – por tonelada 230 USD. e) La República de Bielorrusia compra anualmente alrededor de 22 mil millones de gas natural y alrededor de 18 millones de petróleo. Para garantizar que la seguridad energética del país no dependa de un solo proveedor, se están llevando a cabo negociaciones con Azerbaiyán, Oriente Medio y Venezuela, que en el futuro venderán hidrocarburos en forma de petróleo.

Actualmente, el gobierno y el Comité de Conservación de Energía están haciendo gran hincapié en el uso de combustibles locales y para 2010 deberían reducir el consumo de recursos energéticos adquiridos entre un 20 y un 25%.

Turba.

En la república se han explorado más de 9.000 yacimientos de turba, con una superficie total dentro de los límites de la profundidad industrial del yacimiento de 2,54 millones de hectáreas y reservas iniciales de turba de 5,65 mil millones de toneladas. Hasta la fecha, las reservas geológicas restantes se estiman en 4,3 mil millones. toneladas, lo que supone un 75% de las originales.

Las principales reservas de turba se encuentran en yacimientos utilizados con fines agrícolas (1.700 millones de toneladas y el 39% de las reservas restantes) o clasificados como sitios medioambientales (1.600 millones de toneladas o el 37%).

Los recursos de turba asignados al fondo desarrollado se estiman en 260 millones de toneladas, lo que representa el 6% de las reservas restantes. Las reservas recuperables durante el desarrollo del campo se estiman en 110-140 millones de toneladas.

Esquisto bituminoso.

Las reservas previstas de esquisto bituminoso (depósitos de Lyubanskoye y Turovskoye) se estiman en 11 mil millones de toneladas, las reservas industriales, en 3 mil millones. T.

El más estudiado es el yacimiento de Turov, en el que ya se ha explorado el primer yacimiento minero con reservas de entre 475 y 697 millones de toneladas; 1 millón de toneladas de este tipo de esquisto equivalen aproximadamente a 220 mil. aquí. Calor de combustión – 1000-1500 kcal/kg, contenido de cenizas -75%, rendimiento de resina 6 – 9,2%, contenido de azufre 2,6%

En cuanto a sus indicadores de calidad, el esquisto bituminoso bielorruso no es un combustible eficaz debido a su alto contenido de cenizas y su bajo poder calorífico. Requieren un procesamiento térmico preliminar para producir combustible líquido y gaseoso. Teniendo en cuenta que el coste de los productos resultantes es superior a los precios mundiales y al petróleo, además de tener en cuenta los daños medioambientales debidos a la aparición de enormes vertederos de cenizas y el contenido de sustancias cancerígenas en las cenizas. La producción de esquisto bituminoso no es práctica durante el período previsto.

Carbones marrones.

Las reservas totales de lignito ascienden a 151,6 millones de toneladas.

Se han desarrollado detalladamente y preparado para el desarrollo industrial dos yacimientos del campo Zhitkovichi: Severnaya (23,5 millones de toneladas) y Naydinskaya (23,1 millones de toneladas), otros dos yacimientos (Yuzhnaya - 13,8 millones de toneladas y Kolmenskaya - 8,6 millones de toneladas) explorados anteriormente.

El uso de lignito es posible en combinación con turba en forma de briquetas.

El coste estimado de las reservas de carbón se estima en 2 t.e. en el año.

Leña.

En toda la república, el volumen anual de adquisición centralizada de leña y desechos de aserraderos es de aproximadamente 0,94 a 1,00 millones de toneladas de equivalente de combustible. t. Parte de la leña llega a la población mediante autocompra, cuyo volumen se estima en

0,3-0,4 millones de te

Las capacidades máximas de la república para el uso de leña como combustible se pueden determinar en base al crecimiento natural anual de la madera, que se estima aproximadamente en 25 millones de metros cúbicos. m o 6,6 millones de te.e. toneladas por año (si se quema todo lo que crece), incluso en áreas contaminadas. Región de Gomel: 20 mil metros cúbicos. mo 5,3 mil te.e. Para utilizar la madera de estas zonas como combustible, es necesario desarrollar e implementar tecnologías y equipos de gasificación. Teniendo en cuenta que para 2015 está previsto duplicar la extracción de madera para la producción de energía térmica, el volumen anual previsto de leña para 2010 puede aumentar a 1,8 millones de toneladas de equivalente de combustible.

Fuentes de energía renovable.

La capacidad potencial de todos los cursos de agua en Bielorrusia es de 850 MW, incluidos los técnicamente accesibles (520 MW) y los económicamente viables (250 MW). Gracias a los recursos hidráulicos, hasta 2010 se podrán generar 40 millones de kWh y, en consecuencia, desplazar 16 mil tec.

En el territorio de la República de Bielorrusia se han identificado 1.840 emplazamientos para la instalación de turbinas eólicas con un potencial teórico de 1.600 MW y una generación anual de electricidad de 16.000 toneladas de combustible equivalente.

Sin embargo, hasta 2015, el aprovechamiento técnicamente posible y económicamente viable del potencial eólico no superará el 5% de la potencia instalada y ascenderá a entre 720 y 840 millones de kWh.

Reservas mundiales de energía.

El manual metodológico “Leyes Básicas de la Hidráulica” es un breve curso teórico que describe los términos y disposiciones básicos.

Se recomienda el manual para ayudar a los estudiantes de la especialidad “Instalación y operación de sistemas y equipos de suministro de gas” para uso presencial o extraescolar. Trabajo independiente y docente de las disciplinas “Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica”, “Hidráulica”.

Al final del manual hay una lista de preguntas para el autoestudio y una lista de literatura recomendada para estudiar.

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Desarrollo metodológico

en la disciplina “Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica”:

"Leyes básicas de la hidráulica"

anotación

El manual metodológico “Leyes Básicas de la Hidráulica” es un breve curso teórico que describe los términos y disposiciones básicos.

El manual está recomendado para ayudar a los estudiantes de la especialidad "Instalación y operación de sistemas y equipos de suministro de gas" durante el trabajo independiente en el aula o extracurricular y a los profesores de las disciplinas "Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica", "Hidráulica".

Al final del manual hay una lista de preguntas para el autoestudio y una lista de literatura recomendada para estudiar.

Introducción………………………………………………………………………………....4

1. Hidrostática, conceptos básicos……………………………………....5
2. Ecuación básica de hidrostática……………………………………7
3. Tipos de presión hidrostática................................................ ................................. ........8
4. Ley de Pascal, aplicación en la práctica………………………………...9
5. Ley de Arquímedes. Condiciones para los cuerpos flotantes………………………………..11
6. Paradoja hidrostática………………………………………………..13
7. Hidrodinámica, conceptos básicos……………………………………..14
8. Ecuación de continuidad (continuidad)………………………………16
9. Ecuación de Bernoulli para un fluido ideal……………………....17
10. Ecuación de Bernoulli para un fluido real………………………….20
11. Preguntas para autoestudio estudiantes………………..22

Conclusión…………………………………………………………...23

Referencias……………………………………………………………………...24

Introducción

Este manual metodológico cubre las secciones “Hidrostática” e “Hidrodinámica” de la disciplina “Fundamentos de Hidráulica, Ingeniería Térmica y Aerodinámica”. El manual describe las leyes básicas de la hidráulica y analiza los términos y disposiciones básicos.

El material se presenta de acuerdo con los requisitos del plan de estudios de esta disciplina y el complejo educativo y metodológico de la especialidad "Instalación y operación de sistemas y equipos de suministro de gas".

El manual es un curso teórico, se puede utilizar para estudiar temas individuales de una disciplina académica, así como para trabajos extracurriculares independientes.

Tenga en cuenta que la etapa final de esta guía didáctica es una lista de preguntas para el autoestudio de los estudiantes sobre todos los temas presentados.

1. Hidrostática, conceptos básicos

La hidrostática es una rama de la hidráulica que estudia las leyes del equilibrio de los fluidos y su interacción con las superficies limitantes.

Consideremos un líquido en estado de equilibrio absoluto, es decir en reposo. Seleccionemos un volumen infinitesimal dentro del líquido.Δ V y considere las fuerzas que actúan sobre él desde el exterior.

Hay dos tipos de fuerzas externas: superficiales y volumétricas (masas).

Fuerzas superficiales - son fuerzas que actúan directamente sobre la superficie exterior de un volumen seleccionado de líquido. Son proporcionales al área de esta superficie. Estas fuerzas son causadas por la influencia de volúmenes de líquido vecinos sobre un volumen dado o por la influencia de otros cuerpos.

Fuerzas volumétricas (de masa)son proporcionales a la masa del volumen de líquido asignado y actúan sobre todas las partículas dentro de este volumen. Ejemplos de fuerzas corporales son la gravedad, la fuerza centrífuga, la fuerza de inercia, etc.

Para caracterizar las fuerzas internas que actúan sobre un volumen seleccionado de líquido, introducimos un término especial. Para hacer esto, considere un volumen arbitrario de líquido que está en equilibrio bajo la acción de fuerzas externas.

Dentro de este volumen de líquido seleccionamos un área muy pequeña. La fuerza que actúa sobre esta área es normal (perpendicular) a ella, entonces la relación es:

representa la presión hidrostática promedio que ocurre en el sitioΔω . De lo contrario, se puede caracterizar que bajo la influencia de fuerzas externas se produce un estado estresado del líquido, caracterizado por la aparición de presión hidrostática.

Para determinar el valor exacto de p en un punto dado, es necesario determinar el límite de esta relación en. lo que determinará la verdadera presión hidrostática en un punto dado:

La dimensión [p] es igual a la dimensión de la tensión, es decir

[p]= [Pa] o [kgf/m 2 ]

Propiedades de la presión hidrostática

En la superficie exterior de un líquido, la presión hidrostática siempre se dirige a lo largo de la normal interna, y en cualquier punto del interior del líquido su valor no depende del ángulo de inclinación de la plataforma sobre la que actúa.

Una superficie en la que la presión hidrostática es la misma en todos sus puntos se llamasuperficie de igual presión. Tales superficies incluyensuperficie libre, es decir, la interfaz entre un medio líquido y gaseoso.

La presión se mide con el fin de monitorear continuamente y regular oportunamente todos los parámetros del proceso. Para cada proceso tecnológico se desarrolla un mapa de régimen especial. Se conocen casos en los que, con un aumento incontrolado de presión, un tambor de una caldera de energía de varias toneladas voló, como un balón de fútbol, ​​varias decenas de metros, destruyendo todo a su paso. Una disminución de la presión no causa destrucción, pero conduce a:

• defectos del producto;
• consumo excesivo de combustible.

1. Ecuación básica de hidrostática.

Figura 1 - Demostración de la ecuación básica de la hidrostática

Para cualquier punto del líquido que esté en estado de equilibrio (ver Fig. 1), la igualdad es verdadera.

z+p/γ = z 0 +p 0 /γ = ... = H,

donde p es la presión en un punto A dado (ver figura); pag 0 - presión sobre la superficie libre del líquido; pag/γ y pag 0 /γ es la altura de las columnas de líquido (con gravedad específica γ), correspondiente a las presiones en el punto considerado y en la superficie libre; z y z 0 - coordenadas del punto A y la superficie libre del líquido con respecto a un plano de comparación horizontal arbitrario (x0y); h - cabeza hidrostática. De la fórmula anterior se deduce:

p = p 0 +γ(z 0 -z) o p = p 0 +γ h

donde h es la profundidad de inmersión del punto en cuestión. Las expresiones anteriores se llamanecuación básica de hidrostática. La cantidad γ h representapeso de la columna de líquido altura h.

Conclusión: Presion hidrostatica pag en un punto dado es igual a la suma de las presiones sobre la superficie libre del líquido p 0 y la presión producida por una columna de líquido con una altura igual a la profundidad de inmersión del punto.

3. Tipos de presión hidrostática

La presión hidrostática se mide en el sistema SI - Pa. Además, la presión hidrostática se mide en kgf/cm 2 , altura de la columna de líquido (en m de columna de agua, mm Hg, etc.) y en atmósferas física (atm) y técnica (at).

Absoluto es la presión creada sobre un cuerpo por un solo gas sin tener en cuenta otros gases atmosféricos. Se mide en Pa (pascales). La presión absoluta es la suma de la presión atmosférica y la presión excesiva.

Barométrico(atmosférica) es la presión de la gravedad sobre todos los objetos de la atmósfera. La presión atmosférica normal se crea mediante una columna de mercurio de 760 mm a una temperatura de 0°C.

Vacío Se llama diferencia negativa entre la presión medida y la atmosférica.

Diferencia entre la presión absoluta p y la presión atmosférica p A llamado exceso de presión y denotado p cabaña:

p fuera = p - p a

o

r fuera /γ = (p - p a )/γ = h p

hp en este caso se llamaaltura piezométrica, que es una medida de exceso de presión.

En la Fig. 2 a) muestra un depósito cerrado con líquido, en cuya superficie la presión p 0 . Piezómetro conectado al tanque. PAG (ver figura a continuación) determina el exceso de presión en el punto A .

La presión absoluta y la sobrepresión, expresadas en atmósferas, se denominan ata y ati, respectivamente.

Presión de vacío o vacío., - falta de presión a la atmosférica (déficit de presión), es decir, la diferencia entre la presión atmosférica o barométrica y la absoluta:

pvac = p a - p

o

rvac /γ = (p a - p)/γ = hvac

donde h vac - altura de vacío, es decir, lectura del vacuómetro EN , conectado al tanque que se muestra en la Fig. 2b). El vacío se expresa en las mismas unidades que la presión, y también en fracciones o porcentajes de la atmósfera.

Figura 2 a - Lecturas del piezómetro Figura 2 b - Lecturas del vacuómetro"

De las dos últimas expresiones se deduce que el vacío puede variar desde cero hasta la presión atmosférica; valor h máximo estrafalario bajo condiciones normales presión atmosférica(760 mm Hg) equivale a 10,33 m de agua. Arte.

4. La ley de Pascal, su aplicación en la práctica.

Según la ecuación básica de la hidrostática, la presión sobre la superficie del líquido p 0 se transmite a todos los puntos del volumen líquido y en todas direcciones por igual. Esto es de lo que se trata La ley de Pascal.

Esta ley fue descubierta por el científico francés B. Pascal en 1653. A veces se la llama la ley fundamental de la hidrostática.

La ley de Pascal se puede explicar en términos de la estructura molecular de la materia. En los sólidos, las moléculas forman una red cristalina y vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio. En líquidos y gases, las moléculas tienen relativa libertad; pueden moverse entre sí. Es esta característica la que permite que la presión ejercida sobre un líquido (o gas) se transmita no sólo en la dirección de la fuerza, sino en todas las direcciones.

La ley de Pascal ha encontrado una amplia aplicación en la tecnología moderna. El funcionamiento de las superprensas modernas, que permiten crear presiones de unos 800 MPa, se basa en la ley de Pascal. Asimismo, esta ley se utiliza para fundamentar el funcionamiento de los sistemas de automatización hidráulica que controlan naves espaciales, aviones a reacción, máquinas de control numérico, excavadoras, volquetes, etc.

La ley de Pascal no es aplicable en el caso de un líquido (gas) en movimiento, ni tampoco en el caso de que el líquido (gas) se encuentre en un campo gravitacional; por ejemplo, se sabe que la presión atmosférica e hidrostática disminuye con la altitud.

Figura 3 - Demostración de la ley de Pascal

Consideremos el dispositivo más famoso que utiliza la ley de Pascal como principio de funcionamiento. Esta es una prensa hidráulica.

La base de cualquier prensa hidráulica son los vasos comunicantes en forma de dos cilindros. El diámetro de un cilindro es mucho menor que el diámetro del otro cilindro. Los cilindros están llenos de líquido, como por ejemplo aceite. Están bien cerrados con pistones en la parte superior. Como se puede ver en la Fig. 4 abajo, área de un pistón S 1 muchas veces más pequeño que el área del otro pistón S 2 .

Figura 4 - Vasos comunicantes

Supongamos que se aplica una fuerza a un pistón pequeño. F 1 . Esta fuerza actuará sobre el líquido, distribuida sobre el área S 1 . La presión que ejerce un pequeño pistón sobre el líquido se puede calcular mediante la fórmula:

Según la ley de Pascal, esta presión se transmitirá sin cambios a cualquier punto del líquido. Esto significa que la presión ejercida sobre el pistón grande p 2 será el mismo:

Esto implica:

De este modo , la fuerza que actúa sobre el pistón grande será tantas veces mayor que la fuerza aplicada al pistón pequeño como el área del pistón grande es mayor que el área del pistón pequeño.

Como resultado, la máquina hidráulica le permite obtener ganar fuerza igual a la relación entre el área del pistón más grande y el área del pistón más pequeño.

5. Ley de Arquímedes. Estado de los cuerpos flotantes.

Un cuerpo sumergido en un líquido, además de la gravedad, está sujeto a una fuerza de flotación: la fuerza de Arquímedes. El líquido presiona en todos los lados del cuerpo, pero la presión no es la misma. Después de todo, el borde inferior del cuerpo está más sumergido en líquido que el superior y la presión aumenta con la profundidad. Es decir, la fuerza que actúa sobre la cara inferior del cuerpo será mayor que la fuerza que actúa sobre la cara superior. Por tanto, surge una fuerza que intenta empujar el cuerpo fuera del líquido.

El valor de la fuerza de Arquímedes depende de la densidad del líquido y del volumen de la parte del cuerpo que se encuentra directamente en el líquido. La fuerza de Arquímedes actúa no sólo en líquidos, sino también en gases.

Ley de Arquímedes : un cuerpo sumergido en un líquido o gas está sujeto a una fuerza de flotación igual al peso del líquido o gas en el volumen del cuerpo.

La fuerza de Arquímedes que actúa sobre un cuerpo sumergido en un líquido se puede calcular mediante la fórmula:

donde ρ – densidad del líquido, V Vie – el volumen de la parte del cuerpo sumergida en el líquido.

Sobre un cuerpo que se encuentra dentro de un líquido actúan dos fuerzas: la gravedad y la fuerza de Arquímedes. Bajo la influencia de estas fuerzas el cuerpo puede moverse. Hay tres condiciones para los cuerpos flotantes (Fig. 5):

• si la fuerza de gravedad es mayor que la fuerza de Arquímedes, el cuerpo se hundirá y se hundirá hasta el fondo;
• si la fuerza de gravedad es igual a la fuerza de Arquímedes, entonces el cuerpo puede estar en equilibrio en cualquier punto del líquido, el cuerpo flota dentro del líquido;
• Si la fuerza de gravedad es menor que la fuerza de Arquímedes, el cuerpo flotará elevándose hacia arriba.

Figura 5 - Condiciones para cuerpos flotantes

El principio de Arquímedes también se utiliza en aeronáutica. Los hermanos Montgolfier crearon el primer globo aerostático en 1783. En 1852, el francés Giffard creó un dirigible: un globo controlado con un timón de aire y una hélice.

6. Paradoja hidrostática

Si se vierte el mismo líquido a la misma altura en recipientes de diferentes formas, pero con la misma área de fondo, entonces, a pesar del diferente peso del líquido vertido, la fuerza de presión en el fondo es la misma para todos los recipientes y es igual a el peso del líquido en un recipiente cilíndrico.

Este fenómeno se llamaparadoja hidrostáticay se explica por la propiedad de un líquido de transmitir la presión ejercida sobre él en todas direcciones.

En recipientes de diferentes formas (Fig.6), pero con la misma superficie de fondo y el mismo nivel de líquido en ellos, la presión del líquido en el fondo será la misma. Se puede calcular:

PAG = pag ⋅ S = gramo ⋅ ρ ⋅ h ⋅ S

S – área inferior

h – altura de la columna de líquido

Figura 6 - Vasijas de diferentes formas.

La fuerza con la que el líquido presiona el fondo del recipiente no depende de la forma del recipiente y es igual al peso de una columna vertical, cuya base es el fondo del recipiente y la altura es la altura. de la columna de líquido.

En 1618, Pascal sorprendió a sus contemporáneos al reventar un barril con sólo una taza de agua vertida en un tubo alto y delgado insertado en el barril.

7. Hidrodinámica, conceptos básicos

La hidrodinámica es la rama de la hidráulica que estudia las leyes del movimiento de los fluidos bajo la influencia de fuerzas externas aplicadas y su interacción con las superficies.

El estado de un fluido en movimiento en cada punto se caracteriza no sólo por la densidad y la viscosidad, sino también, lo más importante, por la velocidad de las partículas del fluido y la presión hidrodinámica.

El principal objeto de estudio es el flujo de fluidos, entendido como el movimiento de una masa de fluido limitada total o parcialmente por cualquier superficie. La superficie limitante puede ser sólida (por ejemplo, las orillas de un río), líquida (la interfaz entre estados de agregación) o gaseoso.

El flujo de fluido puede ser estable o inestable. El movimiento estacionario es el movimiento de un fluido en el que en un punto determinado del canal la presión y la velocidad no cambian con el tiempo.

υ = f(x, y, z) y р = f(x, y, z)

El movimiento en el que la velocidad y la presión cambian no solo desde las coordenadas espaciales, sino también desde el tiempo, se llama inestable o no estacionario υ = f(x, y, z, t) y р = f(x, y, z, t)

Un ejemplo de movimiento en estado estacionario es el flujo de líquido desde un recipiente con un nivel mantenido constantemente a través de un tubo cónico. La velocidad del movimiento del líquido en diferentes secciones del tubo variará, pero en cada sección esta velocidad será constante y no cambiará con el tiempo.

Si en tal experimento el nivel de líquido en el recipiente no se mantiene constante, entonces el movimiento del líquido a través del mismo tubo cónico tendrá un carácter inestable (inestable), ya que en las secciones del tubo la velocidad no será constante en tiempo (disminuirá con una disminución en el nivel de líquido en el recipiente).

Hay presión y no presión. movimiento fluido. Si las paredes restringen completamente el flujo de líquido, entonces el movimiento del líquido se llama presión (por ejemplo, el movimiento de líquido a través de tuberías completamente llenas). Si la restricción del flujo por las paredes es parcial (por ejemplo, el movimiento del agua en ríos, canales), entonces dicho movimiento se llama flujo libre.

La dirección de las velocidades en un flujo se caracteriza por una línea de corriente.
Línea actual – una curva imaginaria dibujada dentro de un flujo de fluido de tal manera que las velocidades de todas las partículas ubicadas en él en un momento dado son tangentes a esta curva.

Figura 7 – Línea de corriente

Una línea de corriente se diferencia de una trayectoria en que esta última refleja la trayectoria de cualquier partícula durante un cierto período de tiempo, mientras que una línea de corriente caracteriza la dirección del movimiento de un conjunto de partículas líquidas en un momento dado. Cuando el movimiento de la línea de corriente es constante, coincide con las trayectorias de las partículas del fluido.

Si seleccionamos un área elemental en la sección transversal del flujo de fluidoΔS y dibuja líneas de corriente a través de los puntos de su contorno, se obtiene el llamado tubo actual . El líquido dentro del tubo actual se formagoteo elemental. Un flujo de fluido puede considerarse como un conjunto de todas las corrientes elementales en movimiento.

Figura 8 – Tubo actual

La sección transversal viva ω (m²) es el área de la sección transversal del flujo perpendicular a la dirección del flujo. Por ejemplo, la sección viva de una tubería es un círculo.

El perímetro mojado χ (“chi”) es parte del perímetro de la sección habitable, limitado por paredes sólidas (en la figura está resaltado con una línea gruesa).

Figura 9 – Sección en vivo

Radio de flujo hidráulico R: la relación entre la sección viva y el perímetro mojado

El caudal Q es el volumen de líquido V que fluye por unidad de tiempo t a través de la sección abierta ω.

Velocidad de flujo promedio υ: la velocidad de movimiento del fluido, determinada por la relación entre el flujo de fluido Q y el área de la sección transversal abierta ω

Dado que la velocidad de movimiento de diferentes partículas de un líquido difiere entre sí, la velocidad de movimiento se promedia. En un tubo redondo, por ejemplo, la velocidad en el eje del tubo es máxima, mientras que en las paredes del tubo es cero.

1. Ecuación de continuidad

La ecuación de continuidad de los flujos se deriva de la ley de conservación de la materia y la constancia del flujo de fluido a lo largo de todo el flujo. Imaginemos una tubería de sección variable.

Figura 10 – Demostración de la ecuación de continuidad del chorro

El flujo de fluido a través de la tubería en cualquier sección es constante, porque se cumple la ley de conservación de la energía. También supondremos que el fluido es incompresible. entonces q 1 = Q 2 = constante, de donde

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

O es posible otra forma de esta ecuación:

Aquellos. velocidades promedio v 1 y v 2 son inversamente proporcionales a las áreas correspondientes de las secciones habitables w 1 y w 2 flujo de fluido.

Entonces, la ecuación de continuidad expresa la constancia del flujo volumétrico. q , y la condición de continuidad de la corriente de líquido a lo largo del flujo constante de líquido.

9. Ecuación de Bernoulli para un fluido ideal

La ecuación de Daniel Bernoulli, obtenida en 1738, muestra la relación entre la presión p, la velocidad media υ y la altura piezométrica z en varias secciones del flujo y expresa la ley de conservación de la energía de un fluido en movimiento.

Consideremos una tubería de diámetro variable ubicada en el espacio en un ángulo β (ver Fig. 10)

Figura 11 – Demostración de la ecuación de Bernoulli para un fluido ideal

Seleccionemos arbitrariamente dos secciones del tramo de tubería considerado: la sección 1-1 y la sección 2-2. El líquido sube por la tubería desde la primera sección a la segunda con un caudal Q.

Para medir la presión del líquido, se utilizan piezómetros: tubos de vidrio de paredes delgadas en los que el líquido se eleva a una altura.. En cada sección se instalan piezómetros, en los que el nivel del líquido se eleva a diferentes alturas.

Además de los piezómetros, en cada sección 1-1 y 2-2 hay un tubo cuyo extremo curvado está dirigido hacia el flujo de líquido, llamado tubo de Pitot. El líquido en los tubos Pitot también aumenta a diferentes niveles cuando se mide desde la línea piezométrica.

Una línea piezométrica se puede construir de la siguiente manera. Si colocamos varios piezómetros similares entre los tramos 1-1 y 2-2 y trazamos una curva a través de las lecturas de los niveles de líquido en ellos, obtendremos una línea discontinua (como se muestra en la figura).

Pero la altura de los niveles en los tubos de Pitot con respecto a una línea recta horizontal arbitraria 0-0 (plano de referencia de coordenadas), llamada plano de comparación, será la misma.

Si se traza una línea a través de las lecturas de los niveles de líquido en los tubos Pitot, será horizontal y reflejará el nivel de energía total de la tubería.

Para dos secciones arbitrarias 1-1 y 2-2 de un flujo de fluido ideal, la ecuación de Bernoulli tiene la siguiente forma:

Dado que las secciones 1-1 y 2-2 se toman arbitrariamente, la ecuación resultante se puede reescribir de otra manera:

La ecuación se formula de la siguiente manera:

La suma de los tres términos de la ecuación de Bernoulli para cualquier sección transversal de un flujo de fluido ideal es un valor constante.

Desde un punto de vista energético, cada término de la ecuación representa ciertos tipos de energía:

z 1 y z 2 - energías de posición específicas, que caracterizan la energía potencial en las secciones 1-1 y 2-2;- energías de presión específicas, que caracterizan la energía de presión potencial en las mismas secciones;- energías cinéticas específicas en las mismas secciones.

Resulta que la energía específica total de un fluido ideal en cualquier sección es constante.

También existe una formulación de la ecuación de Bernoulli desde un punto de vista geométrico. Cada término de la ecuación tiene dimensión lineal. z 1 y z 2 - alturas geométricas de las secciones 1-1 y 2-2 por encima del plano de comparación;- alturas piezométricas;- cotas de velocidad en los tramos indicados.

En este caso, la ecuación de Bernoulli se puede leer de la siguiente manera: la suma de las alturas geométrica, piezométrica y de velocidad de un fluido ideal es un valor constante.

10. Ecuación de Bernoulli para fluido real

La ecuación de Bernoulli para el flujo de un fluido real difiere de la ecuación de Bernoulli para un fluido ideal.

Cuando un fluido viscoso real se mueve, surgen fuerzas de fricción, por ejemplo, debido a que la superficie de la tubería tiene cierta rugosidad, para superar la cual el fluido gasta energía. Como resultado, la energía específica total del fluido en la sección 1-1 será mayor que la energía específica total en la sección 2-2 por la cantidad de energía perdida.

Figura 12 – Demostración de la ecuación de Bernoulli para un fluido real

La energía perdida (presión perdida) se indica mediantetiene dimensión lineal.

La ecuación de Bernoulli para un fluido real será:

A medida que el fluido se mueve de la sección 1-1 a la sección 2-2, la presión perdida aumenta todo el tiempo (la presión perdida se resalta mediante sombreado vertical).

Así, el nivel de energía inicial que posee el fluido en la primera sección para la segunda sección será la suma de cuatro componentes: altura geométrica, altura piezométrica, altura de velocidad y pérdida de presión entre las secciones 1-1 y 2-2.

Además, aparecieron dos coeficientes más α en la ecuación 1 y α2 , que se denominan coeficientes de Coriolis y dependen del modo de flujo del fluido (α = 2 para el modo laminar, α = 1 para el modo turbulento).

Altitud perdidaConsiste en pérdidas de presión a lo largo de la tubería, causadas por la fuerza de fricción entre capas de líquido, y pérdidas causadas por resistencias locales (cambios en la configuración del flujo, por ejemplo, una válvula, girar una tubería).

H longitudes + h lugares

Utilizando la ecuación de Bernoulli se resuelven la mayoría de los problemas de la hidráulica práctica. Para ello se seleccionan dos tramos a lo largo del flujo, de modo que para uno de ellos se conozcan los valores p, ρ y para el otro tramo se determinen uno o los valores. Con dos incógnitas para la segunda sección, use la ecuación de flujo de fluido constante υ 1 ω 1 = υ 2 ω 2 .

11. Preguntas para la autopreparación de los estudiantes

1. ¿Por qué fuerzas flota un cuerpo en el agua? Explica las condiciones bajo las cuales un cuerpo comienza a hundirse.
2. ¿Cuál es, en tu opinión, la diferencia entre un líquido ideal y uno real? ¿Existe un líquido ideal en la naturaleza?
3. ¿Qué tipos de presión hidrostática conoces?
4. Si determinamos la presión hidrostática en un punto de fluido en la profundidad h Entonces ¿qué fuerzas actuarán sobre este punto? Enuncie y explique su respuesta.
5. ¿Qué ley física subyace a la ecuación de continuidad y a la ecuación de Bernoulli? Explica tu respuesta.
6. Nombrar y describir brevemente los dispositivos cuyo principio de funcionamiento se basa en la ley de Pascal.
7. ¿Cuál es el fenómeno físico llamado paradoja hidrostática?
8. Coeficiente de Coriolis, velocidad promedio del flujo, presión, pérdida de presión a lo largo de la tubería... Explique qué ecuación conecta todas estas cantidades y qué aún no se indica en este listado.
9. Dé la fórmula que relaciona la gravedad específica y la densidad.
10. La ecuación de continuidad del chorro de fluido juega un papel bastante importante en hidráulica. ¿Para qué tipo de líquido esto es cierto? Explica tu respuesta.
11. Nombra los nombres de todos los científicos nombrados en este manual metodológico y explica brevemente sus descubrimientos.
12. ¿Existen fluidos, líneas de corriente o vacíos ideales en el mundo que nos rodea? Explica tu respuesta.
13. Nombra los dispositivos para medir diferentes tipos de presión según el esquema: “Tipo de presión..... - dispositivo...”.
14. Dé ejemplos de la vida cotidiana de tipos de movimiento de fluidos a presión y sin presión, estacionarios e inestables.
15. ¿Para qué se utilizan en la práctica el piezómetro, el barómetro y el tubo de Pitot?
16. ¿Qué pasa si al medir la presión arterial se descubre que es mucho más alta que los valores estándar? ¿Y si es menos? Explica tu respuesta.
17. ¿Cuál es la diferencia entre los objetos de estudio de las secciones “hidrostática” e “hidrodinámica”?
18. ¿Explica el significado geométrico y energético de la ecuación de Bernoulli?
19. Perímetro mojado, sección viva... Continúe con esta lista y explique qué caracterizan los términos enumerados.
20. Enumere las leyes de la hidráulica que aprendió en este manual y qué significado físico tienen.

Conclusión

Espero que este material didáctico ayude a los estudiantes a comprender mejor el material educativo de las disciplinas "Hidráulica", "Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica" y, lo más importante, a tener una idea de los momentos más "brillantes" del disciplina que se estudia, es decir sobre las leyes básicas de la hidráulica. Estas leyes son la base del funcionamiento de muchos dispositivos que utilizamos en el trabajo y en la vida cotidiana, a menudo sin siquiera darnos cuenta.

Atentamente, Markova N.V.

Bibliografía

1. Brujánov O.N. Fundamentos de hidráulica y ingeniería térmica: libro de texto para estudiantes. establecimiento promedio profe. educación / Bryukhanov O.N., Melik-Arakelyan A.T., Korobko V.I. - M.: IC Academy, 2008. - 240 p.
2. Brujánov O.N. Fundamentos de hidráulica, ingeniería térmica y aerodinámica: libro de texto para estudiantes. establecimiento promedio profe. educación / Bryukhanov O.N., Melik-Arakelyan A.T., Korobko V.I. - M.: Infra-M, 2014, 253 p.
3. Gusev A. A. Fundamentos de hidráulica: un libro de texto para estudiantes. establecimiento promedio profe. educación / A. A. Gusev. - M.: Editorial Yurayt, 2016. - 285 p.
4. Ukhin B.V. Hidráulica: Libro de texto para estudiantes. establecimiento promedio profe. educación / Ukhin B.V., Gusev A.A. - M.: Infra-M, 2013, 432 p.

La hidráulica es una ciencia que estudia las leyes de equilibrio y movimiento de fluidos, así como los métodos. aplicación práctica estas leyes. Las leyes de la hidráulica se utilizan en el diseño y construcción de estructuras hidráulicas, máquinas hidráulicas, cálculos de tuberías, etc.

Los primeros resultados muy importantes de la investigación en el campo de la hidráulica están asociados con el nombre del antiguo científico griego Arquímedes (287-212 a. C.), quien descubrió la ley del equilibrio de un cuerpo sumergido en un líquido. Sin embargo, después del post de Arquímedes, la hidráulica no recibió un desarrollo notable durante casi 1700 años.

Durante el Renacimiento comenzó una nueva etapa en el desarrollo de la hidráulica. Aquí vale la pena señalar el trabajo del científico holandés Stevin (1548-1620), quien dio reglas para determinar la fuerza de presión sobre el fondo y las paredes de los vasos sanguíneos; el científico italiano Torricelli (1608-1647), que estudió las propiedades de un líquido que fluye y descubrió la ley del flujo de líquido desde un agujero en un recipiente; Pascal (1623-1662), matemático y físico francés, quien formuló la ley sobre la transmisión de la presión ejercida sobre su superficie por un líquido.

B Siglos XVII-XVIII. se establecieron las leyes más importantes
hidromecánica. El descubrimiento de las leyes de la mecánica por parte de Newton (1643-1727) creó la base necesaria para el estudio de las leyes del movimiento de los fluidos. Newton desarrolló los fundamentos de la teoría de la fricción interna de los líquidos, que luego fue desarrollada por sus seguidores, incluido el científico ruso N.P. Petrov (1836 - 1920). La teoría que desarrolló se llamó teoría hidrodinámica de la lubricación.