Taller fluido y termodinamica

1. Física 1

2. FLUIDO Y TERMODINÁMICA
Prof: Fernando Olivares Caroca
Ing. Civil en Metalurgia, Porf. De Física,
Licenciado en Educación, Magister en
Docencia Universitaria
SEDES
Arica | Calama | Antofagasta
Coquimbo | Santiago
Rancagua | Talca | Ñuble
Concepción | Los Ángeles |
Temuco

3. Física 1 3
FLUIDO Y TERMODINAMICA
Prof: Fernando Olivares C.
Fluidos, densidad, presión atmosférica, variación de la presión con la
profundidad. Principio de Pascal. La prensa hidráulica. Presión
absoluta, manométrica y medidores de presión.

4. 4
DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA
Asignatura teórico – práctica orientada a proporcionar una formación básica y formal
sobre las propiedades de las sustancias que intervienen en las transformaciones
energéticas, aplicando los principios de conservación de la materia y energía, con el fin
de cuantificar las necesidades energéticas de las leyes de la termodinámica.
OBJETIVOS GENERALES.
Identificar los problemas de mecánica de fluidos y termodinámica y su relación con la
labor de un ingeniero.
CONTENIDOS.
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
•Definición de Fluido. El fluido como medio continuo. Sistemas de unidades.
Propiedades de los fluidos. Densidad absoluta. Densidad relativa. Peso específico.
Viscosidad, tensión superficial. Valores típicos de las propiedades de fluidos más
usados.

5. 5
ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS
•La presión y sus propiedades. Definición de presión. Propiedades de la presión. Ley
fundamental de la hidrostática. Medida de la presión. Fuerza sobre superficies. Fuerza
hidrostática sobre superficies planas y curvas. Fuerza sobre campos. Fuerza sobre cuerpo
sumergido (principio de Arquímedes)
COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE UN FLUIDO
•Teorema de trasporte de Reynols. Ecuación de continuidad. Cantidad de Movimiento.
Ecuaciones de la cantidad de movimiento y aplicaciones. Dinámica de fluido ideal. Ecuación de
Euler. Ecuación de Bernoulli
Elementos de flujo potencial.
FLUIDOS VISCOSO
•Comparación entre flujos laminares y turbulentos, numero de Reynolds. Flujo Laminar. Flujo
Turbulento.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA TERMODINÁMICA Y ECUACIONES
DE ESTADO
•Sistema termodinámico. Equilibrio termodinámico. Procesos. Ley cero de la termodinámica
•TRABAJO Y CALOR PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Trabajo cerrado para un sistema cerrado. Proceso cuasi estático. Trabajo realizado contra la
presión. Concepto de energía interna y calor: Formulación de la primera ley de la
termodinámica. Ecuaciones de estado. Propiedades termodinámicas en derivadas parciales

6. 26/08/2021 6
UNIDAD N°1: FLUIDO
Primera prueba día jueves 30 de septiembre y corresponde al 30% del
promedio final.
Talleres se realizaran los días jueves y corresponderán a un 30% de la
primera nota

7. 7
Estados de la materia
• La materia se compone de moléculas y
las diferencias de estado se deben a la
diferencia de las interacciones entre las
moléculas.
• Sólido: Tiene volumen definido y
forma definida. Las moléculas
mantienen posiciones especificas
debido a la acción de fuerzas eléctricas.
Debido a las fuerzas, las moléculas
vibran alrededor de las posiciones de
equilibrio.
• Líquido: Tiene un volumen definido
pero no tiene forma definida. Las
moléculas se mueven a través del
líquido en forma aleatoria.
Las fuerzas intermoleculares no son lo
suficientemente fuertes para mantener
las moléculas en una posición fija.
Modelo del estado sólido
Modelo del estado líquido

8. 8
Estados de la materia
• Gas: No tiene volumen definido y no tiene
forma definida. Las moléculas están en
constante movimiento aleatorio. Las
moléculas sólo ejercen fuerzas débiles unas
sobre las otras. La distancia promedio entre
las moléculas es mas grande comparada con
el tamaño de las moléculas.
Modelos de los estados de la materia
Modelo de gas

9. 9
Estados de la materia
Plasmático: El estado plasmático es un tipo de
estado de la materia que se caracteriza por poseer
una carga de energía alta que se genera, en gran
medida, en situaciones en las que la temperatura
está muy elevada.
El estado plasmático es el estado de la materia
más común en el universo, permite la
conducción de electricidad y se encuentra, por
ejemplo, en las estrellas, el Sol, los rayos, entre
otros. Este estado de la materia tiene la
particularidad de no poseer forma ni volumen
fijo.
https://youtu.be/e15fEWAs5yc
https://youtu.be/cux9sSjtsgw

10. 10
Fluidos
Un fluido es un conjunto de moléculas unidas por fuerzas cohesivas débiles y por las fuerzas
ejercidas por el recipiente que lo contiene.
Debido a la debilidad de las fuerzas de cohesión, existe movimiento relativo de las moléculas y
la propiedad de fluir.
https://youtu.be/zUAD9uixByA

11. Definiciones generales de mecánica de fluidos
Fluido ideal: es aquel que supuestamente posee viscosidad cero. En un
fluido ideal incompresible no existe conversión de energía mecánica en
energía térmica. Si un fluido ideal se encuentra inicialmente en reposo, es
posible demostrar que, todas las partículas continúan con la misma
energía mecánica total.
Fluido real: la viscosidad es inevitable en un fluido real. La circulación de
un fluido real implica la conversión de energía mecánica en energía
térmica.
Flujo laminar (viscoso): las partículas del fluido se mueven en capas o
láminas, con deslizamiento de una capa sobre otra adyacente. El flujo se
rige por la ley de la viscosidad de Newton (para flujo unidimensional). La
degradación de la energía mecánica varía aproximadamente como la
velocidad.

12. Flujo turbulento: ocurre cuando las partículas del fluido se mueven en
trayectorias muy irregulares, provocando un intercambio de cantidad de
movimiento, o momento, de una porción del fluido a otra. La degradación
de la energía mecánica varía aproximadamente como la velocidad.
El flujo laminar tiende a ocurrir cuando la velocidad del fluido es
pequeña, cuando su viscosidad es grande o al presentarse ambas
circunstancias. En los casos en que el flujo puede ser laminar o
turbulento provoca esfuerzos cortantes mayores y ocasiona que una
mayor cantidad de energía mecánica se convierta en energía térmica.

14. Flujo permanente: se caracteriza por una velocidad permanente del
flujo de masa y por el hecho de que a través de cualquier sección
transversal al flujo todas las propiedades son constantes con respecto al
tiempo. El flujo permanente real se encuentra únicamente en el flujo
laminar. Se dice que el flujo permanente turbulento existe cuando la
velocidad media del flujo en una sección permanece constante en el
tiempo.
Flujo no permanente: ocurre cuando las condiciones en cualquier punto
varían con el tiempo. Un ejemplo es el flujo de un líquido que se bombea
a la velocidad creciente a través de un sistema fijo.

15. Flujo uniforme: ocurre cuando, en todos los puntos, el vector de velocidad
es idéntico en magnitud y dirección, en cualquier instante. Un ejemplo es el
flujo de un líquido que se bombea por una tubería larga y recta (uniforme
en la dirección del flujo).
Flujo no uniforme: ocurre cuando el vector de velocidad varía de posición
en cualquier instante. Un ejemplo es el flujo de un líquido por una tubería
cónica o curva.

16. Flujo permanente uniforme: es el flujo de un líquido por una tubería recta
horizontal, a velocidad constante.
Flujo no permanente uniforme: es el flujo de un líquido por una tubería
recta horizontal, a velocidad variable.
Flujo permanente no uniforme: es el flujo de un líquido por una tubería
cónica, a velocidad constante.
Flujo no permanente no uniforme: es el flujo de un líquido por una
tubería cónica, a velocidad variable

17. DEFINICIONES DE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DE
LOS FLUIDOS
Densidad Absoluta (): es la razón de su masa por unidad de volumen.
De acuerdo al Sistema Internacional, la unidad de  es (kg/m3). Para el
agua pura a presión estándar y 4ºC,  = 1.000 (kg/m3) (equivalente a 1
(g/cm3)).
https://youtu.be/j7zODLFkGkA
Tabla 1. Densidades de algunas
sustancias comunes
Sustancia Densidad (kg/m3)
Aire 1,184
Helio 0,18
Hidrógeno 0,09
Agua dulce 1 000
Hielo 920
Agua salada 1027
Alcohol 780
Madera 700
Aluminio 2700
Cobre 8940
Hierro, Acero 7870
Plomo 11340
Oro 19300
Mercurio 13580

18. 26/08/2021 18
Yuri Milachay, Anthony Macedo

19. 19
Densidad Relativa: es una
comparación de la densidad de una
sustancia con la densidad de otra que se
toma como referencia. Ambas
densidades se expresan en las mismas
unidades y en iguales condiciones de
temperatura y presión. La densidad
relativa es adimensional (sin unidades),
ya que queda definida como el cociente
de dos densidades.
Peso Especifico: vínculo existente
entre el peso de una cierta sustancia y el
volumen correspondiente. Puede
expresarse en newtons sobre metro
cúbico (en el Sistema Internacional)

20. 20
Relación densidad y peso específico
Podemos obtener la relación entre la densidad y el peso específico de
un sustancia, tomando en consideración la aceleración de la gravedad
(g=9.81 m/s²):

21. Volumen
Este termino tiene que ver con un
concepto matemático y físico a la vez.
Físico: región del espacio que ocupa un
cuerpo.
Matemático: expresión matemática que
determina esa región. Se mide en m3 o en
cm3.
Para determinar el volumen de un cuerpo
se necesita conocer su forma física.
Para cuerpos especiales existen formulas
especificas

22. 26/08/2021 22
Volumen de un cuerpo irregular
Si un cuerpo es irregular, una roca por ejemplo,
no existe una formula matemática que permita
determinar su volumen, y si la hay de seguro
que es muy compleja.
Entonces, ¿como se determina su volumen?

23. 26/08/2021 23
Ejemplo Volumen de un cuerpo irregular
La densidad de un mineral corresponde al peso
que tiene un determinado volumen, y se
expresa en unidades como (gramos / cm3) o
(ton / m3). La densidad se puede determinar
por el desplazamiento de agua en un vaso
graduado cuando se agrega una cantidad
conocida de mineral. Supongamos el siguiente
caso:
Dado que al agregar 280 gramos de
mineral, el volumen ocupado dentro de
la probeta ha aumentado en 100 cm3, la
densidad del mineral es:

24. 26/08/2021 24

25. 25
Viscosidad
Viscosidad dinámica (): es la propiedad que requiere mayor consideración en el
estudio del escurrimiento de los fluidos. La viscosidad es la propiedad de un fluido
mediante la cual se ofrece resistencia al esfuerzo tangencial. Al aumentar la
temperatura, por lo general, la viscosidad de un líquido disminuye. Asimismo, para
presiones normales, la viscosidad es siempre independiente de la presión y depende
sólo de la temperatura. La unidad más usual de  es el Poise (p) que equivale a 1
(g/(cm*s)); comúnmente se usa el centipoise (cp) (0,01 poise). Para el agua a
20ºC,  = 1,002 (cp). En el Sistema Internacional,  = (kg/(m*s)).
https://youtu.be/vdI-7sC1nlE
https://youtu.be/X6cIqZ2GV4o

26. 26/08/2021 26
Yuri Milachay, Anthony Macedo

27. 26/08/2021 27
Yuri Milachay, Anthony Macedo

28. 26/08/2021 28
Yuri Milachay, Anthony Macedo

31. 26/08/2021 31
Viscosidad cinemática (ν): resulta ser igual al cociente del coeficiente de viscosidad
dinámica entre la densidad ν = μ/ρ , se mide en unidades del Sistema Internacional,
en metros cuadrados sobre segundo (m2·s-1). En el Sistema Cegesimal se utiliza
el stokes (St).

32. Longitud
1 pie 12 pulg 30,48 cm
1 pulg 2,54 cm 25,4 mm
1 m 3,28 pie 39,37 pulg
1 milla 1,609 km 1609 m
1 yd 3 pie 91,44 cm
1 m 1000 mm 10 dm
1 km 1000 m 100000 cm
Longitud

33. Volumen
1 m3 35,31 pie3 1.000 Lts
1 pie3 1728 pulg3 7,48 gal
1 pie3 28,32 Lts 0,02832 m3
1 gal 3,7854 Lts 231 pulg3
1 yd3 0,76455 m3 27 pie3
1 m3 1*106 cm3 61023,7 pulg3
1 Lts 1000 cm3 1000 ml
Volumen

34. Área
1 m2 10000 cm2 10,76 pie2
1 pie2 144 pulg2 929,03 cm2
1 pulg2 6,45 cm2 645,16 mm2
1 Ha 10.000 m2 1,55*107 pulg2
Velocidad
1 m/s 3,6 km/h 3,28 pie/s
1 pie/s 30,48 cm/s 18,288 m/min
1 milla/h 1,6093 km/h 5.280 pie/h
1 cm/s 1,9685 pie/min 0,6 m/min
Área
Velocidad

35. Fuerza, presión y masa
1 atm 760 mm Hg 1,01325 bar
1 atm 1,033 kg/cm2 101,325 kPa
1 atm 14,696 psi 1013,25 hPa
1 pulg Hg 0,03342 atm 13,6 pulg H2O
1 kg/cm2 28,959 pulg Hg 0,98 bar
1 ton 1000 kg 2204,62 Lb
1 ton 1,1023 ton corta 0,98421 ton larga
1 ton corta 2000 Lb 907,185 kg
1 ton larga 2240 Lb 1.016,05 kg
1 kg 1000 g 2,20462 Lb
1 slug 14,5939 kg 32,174 Lb
Fuerza, Presión y Masa

36. 1. Imagine que compra una pieza rectangular de metal de 0,787 pulg.  0,066 pie
 1,64 yarda y masa de 3,57 Lb . El vendedor le dice que es de Aluminio. Para
verificarlo, usted calcula la densidad media de la pieza. ¿Qué valor obtiene? ¿Fue
una estafa?
*
1 m
39,37 pulg
=
0,787 pulg * 1 m
39,37 pulg
=
39,37
0,787 m
=
0,787 pulg
0,02 m
1 m = 39,37 pulg
*
1 m
3,28 pie
=
0,066 pie * 1 m
3,28 pie
=
3,28
0,066 m
=
0,066 pie
0,02 m
1 m = 3,28 pie
Corrección ejercicios

37. *
91,44 cm
1 yarda
=
1,64 yarda * 91,44 cm
1 yarda
=
1
149,96 cm
=
1,64 yarda
149,96 cm
1 yarda = 91,44 cm
*
1 m
100 cm
=
149,96 cm * 1 m
100 cm
=
100
149,96 m
=
149,96 cm
1,5 m
1 m = 100 cm

38. Volumen de un paralelepípedo = Largo Ancho Alto
* *
V = 0,02 m 0,02 m 1,5 m
* *
V = 0,0006 m3
*
1 kg
2,20462 lb
=
3,57 lb * 1 kg
2,20462 lb
=
2,20462
3,57 kg
=
3,57 lb
1,62 kg
1 kg = 2,20462
lb
Masa

39. ρ =
V
m
=
1,62 kg
0,0006 m3
= 2700 kg/m3
¿Fue una estafa?
No, la densidad del Aluminio es de 2700 kg/m3

40. 1. ¿Cuál es la densidad en kg/m3 de un liquido que pasa por una tubería (cilindro) de
radio 5 cm y altura de 2 cm y cuya masa es de 0,01102 lb? ¿Cuál es su peso especifico?
V = π*R2*h
=
V =
* 157,08 cm3
π (5 cm)2
2 cm
*
Volumen de un cilindro
157,08 cm3
*
1x106 cm3
1 m3
=
157,08 cm3 * 1 m3
1x106 cm3
=
157,08 m3
1x106
= 1,57x10-4
m3
0,01102 lb *
2,20462
lb
1 kg
=
0,01102 lb * 1 kg
2,20462 lb
=
0,01102 kg
2,20462
= 5x10-3 kg
ρ =
V
m
=
5x10-3 kg
1,57x10-4 m3
= 31,85 kg/m3
Corrección ejercicios

41. Pe = * 9,8 m/s2
Pe = 312,13
kg
m3 *
m
s2
=
N
m3
Pe = 312,13 N/m3
31,85 kg/m3

42. 26/08/2021 42
2. En un laboratorio de muestras, un supervisor le pide traer a un trabajador del
almacén una esfera de hierro de 1 pulg. de radio, para realizar una cinética de molienda.
¿ Cual es la masa de la esfera?
Corrección ejercicios

43. Corrección ejercicios
3. Dos fluidos se mezclan en forma heterogénea quedando burbujas en la suspensión.
La mezcla con las burbujas ocupan un volumen total de 1.2 litros. Si las densidades y
masas de cada fluido son: ρ1 = 1gr/cm3, m1 = 600 gr, ρ2 = 0.8 gr/cm3 y m2 = 400
gr, considerando despreciable la masa del aire en las burbujas, calcule: a) El volumen
total de las burbujas, b) La densidad de la mezcla.

44. 44
Corrección ejercicios
4. Si un barril de aceite pesa 1.5 KN, calcúlese el peso especifico, la
densidad y la densidad relativa de este aceite. El barril contiene 0.159
m3 y el peso propio es de 110 N.

45. Ejercicios
5 El oro puede aplastarse hasta obtener
un grosos de 0,10 µm ¿Qué superficie
puede recubrir con una hoja de oro si
su masa es de 2,0 gr?
• Solución:
6 Una pieza de hierro fundido con
volumen exterior de 3,1 dm3 posee la
masa de 1,44 slug ¿existen en ellas
oquedades? Si existen ¿Qué volumen
ocupan?
• Solución:

46. 26/08/2021 46
7. Calcular la viscosidad cinemática del aceite, de espeso especifico de 800 kg/m3,
que se encuentra entre dos placas que se muestran en la figura. La placa superior se
mueve una velocidad de 180 m/s, un peso especifico de 1500 kg/m3 y un área de
225 cm2
α
α
10 cm
W1

47. 26/08/2021 49
9. Un cilindro macizo, de peso W, cae al interior de un cilindro hueco, según se
indica en la figura, a una velocidad constante de 4,00 cm/s. Determinar la
viscosidad del aceite que se encuentra entre ambos cilindros.