Este documento presenta la asignatura de Dinámica para la carrera de Ingeniería Petrolera. La asignatura se compone de 6 unidades que cubren temas como la cinemática y cinética de partículas y cuerpos rígidos, así como vibraciones mecánicas. El objetivo es que los estudiantes aprendan a analizar y aplicar los principios de la dinámica para resolver problemas relacionados con el movimiento en el área petrolera. La asignatura busca desarrollar competencias específicas y genéricas en

1. 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura: DINÁMICA
Carrera: Ingeniería Petrolera.
Clave de la asignatura: PED-1008
SATCA1 2 - 3 - 5
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la Asignatura.
La dinámica es una parte de la mecánica que aporta al perfil del estudiante de Ingeniería
Petrolera los conocimientos, habilidades y destrezas para explicar los fenómenos
relacionados con el movimiento ya sea de las partículas o de un cuerpo rígido. Como parte
primordial de este curso es el de desarrollar en el estudiante de ingeniería la habilidad de
analizar cualquier problema de manera sencilla y lógica.
Al integrar la asignatura, se hace un análisis mecánico en el cual se identifican efectos
dinámicos importantes en el área petrolera, como lo son el análisis básico de mecanismos y
herramientas indispensables utilizadas en perforación, la dinámica de los hidrocarburos, así
como todos los sistemas dinámicos que intervienen en el área de perforación, refinerías o
en un simple taller, que el ingeniero asignado a estas áreas debe conocer e interpretar.
Intención Didáctica.
Esta asignatura está organizada en 6 unidades. Se propone abordar cada uno de los temas
de la dinámica, partiendo de la identificación de cada uno de los conceptos en el entorno
cotidiano o el de desempeño profesional del Ingeniero Petrolero.
La unidad uno inicia con el estudio de la cinemática básica de las partículas, se debe aclarar
que el concepto de partículas no se refiere a cuerpos pequeños, si no a cuerpos
relativamente grandes que se modelan como partículas para que su análisis sea más
simple, objetivos, conceptos y operaciones básicas de cinemática. Esta unidad es
fundamental debido a que las técnicas y ecuaciones para la solución de problemas también
son aplicables en el resto de las unidades.
La unidad dos es una unidad bastante interesante, ya que se aborda la cinemática de los
cuerpos rígidos desde un enfoque de movimiento de traslación, rotación y la combinación de
estos dos movimientos al que llamamos movimiento plano general.
El método para la solución de problemas por medio de centros instantáneos, es un toque
especial para esta unidad, debido a que es una solución grafica del movimiento plano
general. En esta unidad se sugiere crear prototipos físicos mecánicos donde pueda verse la
aplicación práctica de las ecuaciones del movimiento plano general.
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Sistema de asignación y transferencia de créditos académicos
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2. En la tercera unidad se introduce al tema de la cinética de la partícula, con esto se pretende
presentar la segunda ley del movimiento de newton no solo en su ordinario F= ma, sino
también como una ley que relaciona, respectivamente, la suma de las fuerzas que actúan
sobre una partícula.
Un método adicional para la solución de problemas de dinámica en esta unidad, son los
métodos de la energía: trabajo y energía y conservación de la energía. El ingeniero
petrolero debe conocer y ser capaz de distinguir las diferentes formas de solución de
problemas en que se involucre la dinámica de cuerpos rígidos, y así poder entender el
funcionamiento de los equipos, dispositivos o maquinas electromecánicas que operan
cotidianamente en su entorno.
Esto permite mostrar a la Dinámica como útil por sí misma en el desempeño profesional,
independientemente de la utilidad que representa en el tratamiento y entendimiento de
temas en materias posteriores.
La unidad cuatro retoma el tema del movimiento de varias partículas con el enfoque de la
cinética de partículas involucrando los métodos del impulso y la cantidad de movimiento
lineal. En esta unidad el ingeniero petrolero aprende un método adicional, para resolver
problemas de dinámica, utilizando la masa, la velocidad de los cuerpos y el tiempo. Este
método tiene un interés especial en la solución de problemas en los que participa un
movimiento impulsivo o uno de impacto.
Es recomendable darle una importancia especial al tema de impacto o colisiones entre
partículas, ya que, este fenómeno crea efectos físicos importantes que el ingeniero petrolero
debe comprender, analizar y solucionar.
La unidad cinco es una recapitulación de las unidades dos y tres, el enfoque de la unidad
dos es principalmente el análisis de velocidades lineales y angulares y la unidad tres se
limita al estudio de la segunda ley de newton y la energía de placas planas y cuerpos
simétricos con respecto al plano de referencia. Esta unidad combina la velocidad de los
cuerpos en términos angulares con la masa de de los mismos cuerpos.
La unidad seis permite al estudiante de Ingeniería Petrolera entrar al estudio de las
vibraciones mecánicas, esto le permite al ingeniero petrolero tener un conocimiento sólido
respecto a los sistemas mecánicos sometidos a vibraciones libres o sufrir vibraciones
forzadas. La mayoría de los equipos electromecánicos de perforación deben ser diseñados
en base a un análisis de vibraciones mecánicas a la que van a ser sometidos cuando estén
operando, esto permite una seguridad al mismo equipo y al operario.
Para lograr el mayor entendimiento de los estudiantes de ingeniería en petrolera en esta
difícil área es necesario que el profesor tenga conocimientos sólidos en esta rama, teórica y
experimentalmente, el dominio eficaz del modelado de sistemas mecánicos, de resortes,
amortiguadores, etc. La aplicación de las vibraciones mecánicas en el área de la ingeniería
petrolera son innumerables, debido a que todo sistema en movimiento, esta sometido a
altas o bajas vibraciones.
El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el
desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y
control de variables y datos experimentales. Esto permitirá la formulación de hipótesis,
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3. trabajo en equipo, análisis y deducción para generar una actividad intelectual compleja.
En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor tenga conocimientos
amplios de los temas a estudiar y busque únicamente guiar a los estudiantes para que ellos
hagan la elección de las variables a controlar y registrar. Para que aprendan a planificar,
diseñar experimentos y hacer el análisis de los datos experimentales obtenidos.
En las actividades de aprendizaje sugeridas, generalmente se propone la formalización de
los conceptos a partir de experiencias concretas; se busca que el alumno tenga el primer
contacto con el concepto en forma concreta y sea a través de la observación, la reflexión y
la discusión grupal que se dé la formalización; la resolución de problemas. La resolución de
problemas debe ser específica para Ingeniería Petrolera de forma que el estudiante se
ejercite en la obtención de datos relevantes relacionados con su área de desempeño
profesional.
En el transcurso de las actividades programadas es muy importante que el estudiante
aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su
hacer futuro y en consecuencia actúe de una manera profesional; para desarrollar su
curiosidad, capacidad e interés para aprender.
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4. 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias Específicas: Competencias Genéricas:
Analizar y aplicar los principios y las leyes Competencias Instrumentales
de la dinámica en la solución de problemas • Capacidad de análisis y síntesis
de partículas y cuerpos rígidos sujetos a la • Capacidad de organizar y planificar
acción de fuerzas. • Conocimientos básicos de la carrera
• Comunicación oral y escrita
• Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas
• Solución de problemas relacionados con
el movimiento de los sólidos.
• Toma de decisiones.
Competencias Interpersonales
• Capacidad crítica y autocrítica
• Trabajo en equipo
• Habilidades interpersonales
Competencias Sistémicas
• Capacidad de aplicar los conocimientos
teóricos adquiridos en los experimentos
realizados.
• Habilidades de investigación.
• Capacidad de aprender.
• Capacidad de generar nuevas proyectos
relacionados con su área de desempeño.
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5. 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
Participantes Evento
elaboración o revisión
Reunión Nacional de
Representantes de los Institutos Diseño e Innovación
Instituto Tecnológico Tecnológicos de: Curricular para el
Superior de Puerto Superior de Coatzacoalcos, Desarrollo y Formación de
Vallarta del 10 al 14 de Minatitlán, Superior de Poza Rica Competencias
agosto de 2009. y Superior de Venustiano Profesionales de la
Carranza. Carrera de Ingeniería
Petrolera.
Desarrollo de Programas Academias de Ingeniería
Elaboración del programa
en Competencias Petrolera de los Institutos
de estudio propuesto en la
Profesionales por los Tecnológicos de:
Reunión Nacional de
Institutos Tecnológicos Superior de Coatzacoalcos,
Diseño Curricular de la
del 17 de agosto de Minatitlán, Superior de Poza Rica,
Carrera de Ingeniería
2009 al 19 de febrero de Superior de Tantoyuca y Superior
Petrolera.
2010. de Venustiano Carranza.
Reunión Nacional de
Representantes de los Institutos
Consolidación de los
Instituto Tecnológico Tecnológicos de:
Programas en
Superior de Poza Rica Superior de Coatzacoalcos,
Competencias
del 22 al 26 de febrero Minatitlán, Superior de Poza Rica,
Profesionales de la
de 2010. Superior de Tantoyuca y Superior
Carrera de Ingeniería
de Venustiano Carranza.
Petrolera.
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6. 5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO
Analizar y aplicar los principios y las leyes de la dinámica en la solución de problemas de
partículas y cuerpos rígidos sujetos a la acción de fuerzas.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
• Notación científica.
• Sistemas de unidades (Sistema Inglés y Sistema Internacional).
• Concepto de vector y magnitud escalar.
• Componentes de un vector (Origen, magnitud, dirección y sentido).
• Operaciones básicas vectoriales (Suma, resta, producto punto y producto vectorial).
• Conocer los fundamentos de trigonometría
• Calculo diferencial e integral
7.- TEMARIO
Unidad Temas Subtemas
1.1Desplazamiento, velocidad y aceleración.
1.2 Movimiento rectilíneo uniforme.
1.3 Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.
1.4 Movimiento de varias partículas (dependientes
y relacionales).
1.5 Método por solución grafica.
1.6 Movimiento curvilíneo: Posición, velocidad y
aceleración.
1 Cinemática de partículas
1.7 Movimiento de rotación: Desplazamiento,
velocidad y aceleración angular.
1.8 Movimiento relativo a un sistema de referencia
en de traslación.
1.9 Componente tangencial y normal de la
aceleración.
1.10 Componente radial y transversal de la
velocidad.
2.1 Introducción
2.2 Traslación.
2.3 Rotación con respecto a un eje fijo.
2.4 Movimiento general en el plano.
Cinemática de cuerpos 2.41 Ecuaciones que rigen el movimiento general
2
rígidos. en el plano.
2.4.2 Solución de problemas en forma
trigonométrica y en forma vectorial.
2.4.3 Centros instantáneos.
2.4.4 Aceleración de Coriolis.
3.1 Leyes del movimiento de Newton.
3.1.1 Segunda ley de Newton.
3.1.2 Ecuaciones de movimiento.
3 Cinética de partículas.
3.1.3 Equilibrio dinámico.
3.2 Trabajo y energía.
3.2.1 Trabajo de una fuerza.
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7. 3.2.2 Energía cinética.
3.2.3 Principio del trabajo y la energía.
3.2.4 Potencia y eficiencia.
3.2.4 Energía potencial.
3.2.5 Fuerzas conservativas.
3.2.6 Principio de la conservación de la energía.
4.1. Impulso y Cantidad de movimiento para una
partícula y un sistema de partículas.
4.1.1 Principio del impulso y la cantidad de
Cinética de sistemas de
4 movimiento.
partículas
4.1.2 Impacto.
4.1.3 Cantidad de movimiento lineal y angular
para un sistema de partículas.
5 Cinética de los cuerpos 5.1 Ecuaciones del movimiento de un cuerpo rígido.
rígidos. 5.2 Momento angular de un cuerpo rígido en el
plano.
5.3 Movimiento de un cuerpo rígido.
5.3.1 Principio de D`alembert
5.3.2 Traslación, rotación centroidal y movimiento
general.
5.4 Trabajo y energía.
5.4.1 Trabajo de una fuerza.
5.4.2 Energía cinética.
5.4.3 Principio de la conservación de la energía.
5.4.4 Potencia.
5.4.5 Principio del impulso y de la cantidad de
movimiento.
6 Vibraciones Mecánicas 6.1 Vibraciones sin amortiguamiento.
6.2 Vibraciones con amortiguamiento.
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8. 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS (desarrollo de competencias genéricas)
El profesor debe:
Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su origen y
desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la
capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar
en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el
seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes. Tomar en
cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la
construcción de nuevos conocimientos.
• Estimar mediante un examen diagnóstico el nivel de aprendizaje y comprensión de
los conocimientos previos, con objeto de homogeneizarlos.
• Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas
fuentes.
• Inducir y propiciar el razonamiento matemático relacionado con las leyes de la
dinámica.
• Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la
asignatura.
• Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración entre los
estudiantes.
• Desarrollar la enseñanza problemática aplicada a la Ingeniería Petrolera.
• Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para
la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de
variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo.
• Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos,
modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.
• Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica.
• Organizar sesiones grupales de discusión y análisis de conceptos y temas
fundamentales.
• Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la
asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.
• Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así
como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable.
• Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional.
• Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para
desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.
• Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así
como con las prácticas de una Ingeniería Petrolera sustentable.
• Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor
comprensión del estudiante.
• Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (hoja de
cálculo, bases de datos, graficadores, simuladores, Internet, etc.).
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9. 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
La evaluación puede ser considerada, en sentido estricto, un conjunto de actividades
que se realizan, como parte del proceso de aprendizaje, para obtener información
confiable acerca del logro de los objetivos previstos en este programa de estudio. Desde
un punto de vista más amplio, la evaluación es un proceso integral, sistemático y gradual
que permite valorar:
• Revisión de problemas resueltos aplicados a la Ingeniería Petrolera.
• Revisión de resultados presentados en los reportes de las prácticas del laboratorio y
visitas industriales.
• Reportes de investigación.
• Aplicación de exámenes escritos.
• Participación y desempeño integral del estudiante.
10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Análisis Cinemática de la Partícula.
Competencia Específica a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Analizar y resolver problemas • Realizar y discutir una revisión bibliográfica
relacionados con la Ingeniería donde identifique la importancia del estudio de
Petrolera que impliquen análisis la Dinámica dentro de la Ingeniería Petrolera.
cinemática de una partícula o varias Con base en esta discusión formalizar el
partículas, según se requiera. concepto de cinemática y cinética a partir de
ello, definir el movimiento de partículas y
cuerpos rígidos.
• Investigar los métodos de análisis y solución de
problemas relacionados con el análisis
cinemática de una partícula bajo la acción de
fuerzas (en el caso de la unidad tres).
• Investigar y elaborar hojas de cálculo que
muestren el uso de los sistemas de unidades
(inglés e internacional) utilizados en diversos
cálculos de Ingeniería Petrolera.
• Analizar sistemas de su entorno desde un
punto de vista material. Concretar ese análisis
en describir el concepto del origen del
movimiento y sus características.
• Elaborar un diagrama y discutir sobre las
implicaciones a considerar en el análisis de una
partícula y un cuerpo rígido.
• Dibujar en el plano diagramas de velocidades
de los sistemas en movimiento, para que el
estudiante se familiarice con estos
resaltándoles su importancia.
• Resolver problemas aplicando las ecuaciones
del movimiento plano general y por medio de
centros instantáneos.
• Crear un prototipo físico mecánico simulando
los parámetros de posición y determinar sus
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10. velocidades aceleraciones en los puntos
deseados.
• Afinar los conocimientos adquiridos mediante la
resolución de problemas de cinemática y
cinética, discutirlos en grupos de trabajo según
se requiera.
• Analizar otros sistemas con el mismo
propósito.
Unidad 2: Análisis Cinemática del Cuerpo Rígido.
Competencia específica a
Actividades de Aprendizaje
desarrollar
Explicar mediante la aplicación de los • Investigar, discutir y formalizar en forma grupal
conceptos de Traslación, Rotación y las características que permiten diferenciar entre
del Movimiento Plano general, el movimiento de traslación, y rotación e
comportamiento de cuerpo rígido y los identificarlas.
fenómenos involucrados para la • Realizar experimentos que permitan la reflexión y
solución de problemas. comprensión del principio del movimiento de
traslación y rotación, después combinando estos
dos anteriores para obtener el movimiento plano.
• Realizar una revisión bibliográfica respecto al
concepto y función matemática que se ajusta
para calcular las velocidades (lineales y
angulares) y aceleraciones (lineales y angulares),
utilizando las ecuaciones del movimiento plano
general.
• A partir de lo anterior y utilizando los mismos
ejercicios, resolverlos por medio de centros
instantáneos (forma grafica o trigonométrica).
• Investigar, resolver y discutir problemas que se
pueden solucionar por ambos métodos.
• Elaborar y analizar diagramas de velocidades y
aceleraciones en los cuerpos rígidos o de un
mecanismo.
• Resaltar la importancia de la Aceleración de
Coriollis para un análisis completo de
aceleraciones en un cuerpo rígido.
• Investigar la aplicación práctica de este concepto
de coriollis.
Unidad 3: Cinética del Cuerpo Rígido.
Competencia Específica a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Aplicar los conocimientos sobre las • En grupo elaborar diagramas de fuerzas que
leyes de Newton del movimiento para permitan identificar los diferentes tipos de
el análisis y resolución de problemas sistemas para la aplicación de las leyes del
de diferentes tipos de cuerpos rigidos movimiento de Newton.
o mecanismos. Calcular las fuerzas, • Investigar, analizar y aplicar la segunda ley de
aceleraciones, velocidades, tomando newton al movimiento de las partículas o de
en cuenta la masa y la fuerza aplicada los cuerpos rígidos.
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11. a los cuerpos. • Investigar, analizar y aplicar el método del
trabajo y la energía para calcular velocidades y
aceleraciones de las partículas o de los
cuerpos rígidos.
• Aplicar los conceptos de potencia y eficiencia
mecánica.
• Investigar, analizar y aplicar el método de la
conservación de la energía, para calcular
velocidades y celebraciones de las partículas o
de los cuerpos rígidos
• En grupos de trabajo analizar y discutir la
eficiencia, la diferencia y la importancia de
estos métodos de solución.
Unidad 4: Cinética de Sistemas de Partículas.
Competencia específica a
Actividades de Aprendizaje
desarrollar
Analizar y resolver problemas que • Investigar, discutir y analizar los
involucren velocidades, aceleraciones, conceptos: impulso, cantidad de
energías de varias partículas, movimiento e impacto.
aplicando el método del impulso y la • Formalizar investigación mediante la
cantidad de movimiento. aplicación en la solución de problemas
Analizar y resolver problemas, donde se calcule:
relacionados con el impacto de - Velocidad, aceleraciones, masas y
partículas tiempos.
Unidad 5: Cinética de los Cuerpos Rígidos.
Competencia específica a
Actividades de Aprendizaje
desarrollar
Mediante el análisis de los • Investigar, discutir y analizar el concepto de
principios de las ecuaciones de cantidad de movimiento angular y el principio de
movimiento de un cuerpo rígido y D`alembert, su importancia en Ingeniería Petrolera
del momento angular plantear y y establecer su aplicación práctica en el ramo.
formular las funciones matemáticas
para la solución de problemas de
los cuerpos rígidos, fuerzas y
aceleraciones involucradas.
Unidad 6: Vibraciones Mecánicas.
Competencia específica a
Actividades de Aprendizaje
desarrollar
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12. Mediante el análisis de los • Investigar, discutir y analizar el concepto de
principios de la segunda ley de vibraciones mecánicas: como lo son, vibraciones sin
Newton, principio del resorte y la amortiguamiento (péndulo simple - solución
frecuencia, establecer las aproximada, péndulo simple - solución exacta).
ecuaciones que rigen las • Investigar, discutir y analizar el concepto de
vibraciones mecánicas vibraciones amortiguadas (forzadas).
• Analizar y resolver problemas relacionados con
vibraciones mecánicas sin amortiguamiento y
amortiguadas.
• Diseñar y crear un prototipo físico con estos principios,
para que el estudiante en ingeniería petrolera observe
y analice la aplicación.
• Emplear herramientas computacionales o simuladores,
para observar y analizar los sistemas físicos en que se
involucren resortes y amortiguadores.
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13. 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Hibbeler, R. C., Mecánica Vectorial para Ingenieros: Dinámica, 1a edición, Ed.
Pearson Educación.
2. Bedford A., Fowler W., Mecánica para Ingeniería Dinámica, 5a edición, Ed. Pearson
Educación.
3. Nelson, E.W, Mecánica Vectorial: Estática y Dinámica, 5a edición, Ed. McGraw- Hill.
4. Beer, F. P. y Johnston, E. R. Mecánica Vectorial para Ingenieros: Dinámica, 8a
edición, Ed. McGraw – Hill.
5. Soutas R W. / Inman D. J., Ingeniería Mecánica Dinámica Edición Computacional, 1a
edición, Ed. Cengage Learning.
6. Das Kassimali, Sami, Mecánica para Ingenieros: Dinámica, 1a edición, Ed. Limusa.
7. Meriam, J. L., Mecánica para Ingenieros. Vol. 02: Dinámica, 3a edición, Ed. Reverté.
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14. 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS.
1. Visitas a talleres y laboratorios donde se visualice la importancia de la aplicación de
la Dinámica y su relación con área ocupacional de la Ingeniería Petrolera.
2. Elaborar prototipos didácticos simples para demostrar las leyes del movimiento.
3. Resolver problemas mediante el uso de software.
4. Realizar experimento donde observe el cambio de parámetros de velocidad, y
aceleración en función del tiempo.
5. Determinación experimental de la constante de rigidez de resortes (K) para
vibraciones sin amortiguamiento.
6. Comprobar la segunda Ley de Newton mediante el uso de dinamómetros.
7. Análisis del principio de poleas en sistemas mecánicos, en la aplicación del equilibrio
dinámico.
8. Determinación experimental del momento angular en términos de la cantidad de
movimiento para cuerpos rígidos.
9. Comprobación experimental y teórica de la segunda Ley de Newton.
10. Estudio de diagramas de velocidades para diferentes sistemas dinámicos.
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