El documento resume la historia y conceptos fundamentales de la mecánica de fluidos. Comenzó con las primeras civilizaciones que desarrollaron sistemas de riego y navegación. Más tarde, científicos como Arquímedes establecieron los primeros principios científicos. En el siglo XX, Prandtl unificó la hidráulica práctica y la hidrodinámica teórica con la teoría de la capa límite. El documento también explica conceptos clave como flujo laminar, flujo turbulent

1. Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación
Superior
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Maracaibo, Edo- Zulia
Sharon Paz
23.738.375

3. La Historia de la Mecánica
de Fluidos es la historia de como el
ser humano ha aprendido a
comprender el comportamiento de los
fluidos y a crear aplicaciones
tecnológicas que involucren a estos.
Dicha disciplina nació con el
surgimiento de la agricultura en las
primeras civilizaciones, que implicó la
creación de sistemas de regadíos y
canales y la acumulación del primer
corpus de conocimientos sobre el
agua, además de favorecer un auge
de la navegación. Con la antigüedad
clásica vivió, como muchas otras
ciencias, una etapa de esplendor con
el asentamiento de los primeros
principios científicos modernos por
Arquímedes y el culmen técnico que
supusieron las grandes obras
hidráulicas romanas.
Científicos mas destacados en la
mecánica de fluidos:
 Isaac Newton
1642-1727
 Giovanni Poleni
1683-1761
 Pierre Louis
1734-1809
 Daniel Benoulli
1700-1782
 Leonhard Euler
1707-1783
 William Froude
1810-1879
 Giuseppe Venturoli
1768-1846
 Jean Charles Borda
1733-1799
 Charles Bossut
1730-1814
 Osborne Reynolds
1842-1912

4. Los fluidos nos da la importancia se saber ya sea para nuestra vida cotidiana o
para nuestro desarrollo como sociedad, también en la forma de utilizar un fluido para poderle
sacar el provecho posible. Cuando hablamos de un fluido podemos hablar de muchas cosas,
por ejemplo, de cómo poder hacer impulsar el barco en el mar, o como mover los molinos de
viento, como represar toda el agua que se necesita para una ciudad, también Es importante
el conocimiento de los movimientos internos que ocurren en los seres vivos, se basan en
principios físicos. Nuestro cuerpo está constituido por gran parte de líquido como la sangre y
la orina, estos ejercen pues presión en el interior de nuestro organismo y estos están
gobernados por las leyes de Bernoulli y de Poiseville. Por medio de las magnitudes físicas se
pueden medir: fuerza, velocidad, distancia, tiempo , aceleración, entre otras. Con estas
unidades y por medio de formulas físicas, hemos podido crear instrumentos de medición,
herramientas de todo tipo, entre otros, los cuales nos han facilitado la vida. Son muchos los
casos en los cuales necesitamos fluidos, por tanto estos son más comunes de lo que nos
imaginamos. Como por ejemplo En el tablero de un carro podemos encontrar medidores de
velocidad, medidores depresión del agua, medidor de gasolina. La asignatura Física Aplicada
a la Ingeniería aborda el conocimiento, compresión, de los principios y leyes generales de la
Física en Teoría de Campos y Operadores Diferenciales, Mecánica de Fluidos, Mecánica de
Hilos y Cables y Vibraciones Mecánicas, así como su aplicación para la resolución de
problemas propios de la ingeniería. El seguimiento presencial de la asignatura facilita el
aprendizaje. De mi parte como futuro ingeniero de sistema digo que la física en mi campo se
dice que Porque el universo se rige por las leyes de la física, pero más específicamente, las
redes de computadoras, no funcionan más que gracias a principios físicos aplicados.
(Ecuaciones de Maxwell, Leyes de Kepler).

6. La moderna mecánica de fluidos nace con Ludwing Prandtl,
quien en 1904 elaboró la síntesis entre la hidráulica práctica y la
hidrodinámica teórica al introducir la teoría de capa límite.
Varios matemáticos geniales del siglo XVIII; Bernouillí, Clairaut,
D'Alembert, Lagrange y Euler habían elaborado, con la ayuda del cálculo
diferencial e integral, una síntesis hidrodinámica perfecta; pero no habían
obtenido resultados prácticos ni explicado ciertos fenómenos observados
en la realidad. Por otro lado, los técnicos hidráulicos habían desarrollado
multitud de fórmulas empíricas y experimentos para la solución de los
problemas que las construcciones hidráulicas presentaban, sin
preocuparse de buscarles base teórica alguna.
El aporte de Prandtl fue justamente lograr
que ambas tendencias se unifiquen para marcar el inicio
de una nueva ciencia con base teórica y respaldo
experimental. El cuadro presentado es una síntesis
apretada de los científicos v técnicos que
contribuyeron al desarrollo de la mecánica de fluidos.

8.  Se llama flujo laminar o corriente laminar, al
movimiento de un fluido cuando éste es ordenado,
estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se
mueve en laminas paralelas sin entremezclarse y cada
partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada
línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo
de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se
puede presentar en las duchas eléctricas vemos que
tienen líneas paralelas
 En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o
corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se
da en forma caótica, en que las partículas se mueven
desordenadamente y las trayectorias de las partículas
se encuentran formando pequeños remolinos
periódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua
en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la
trayectoria de una partícula se puede predecir hasta
una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la
misma es impredecible, más precisamente caótica.

9.  La pérdida de carga en una tubería o canal
es la pérdida de presión que se produce en
un fluido debido a la fricción de las partículas
del fluido entre sí y contra las paredes de la
tubería que las conduce. Las pérdidas
pueden ser continuas, a lo largo de
conductos regulares, o accidentales o
localizadas, debido a circunstancias
particulares, como un estrechamiento, un
cambio de dirección, la presencia de una
válvula, etc.
 Línea piezométrica, es la línea que une los
puntos hasta los que el líquido podría
ascender si se insertan tubos piezométricos
en distintos lugares a lo largo de la tubería o
canal abierto. Es una medida de la altura de
presión hidrostática disponible en dichos
puntos.

10.  También es llamada línea de carga. La energía total del flujo en cualquier sección, con
respecto aun plano de referencia determinado, es la suma de la altura geométrica o de
elevación Z, la altura piezométrica o de carga, y, y la altura cinética o de presión
dinámica V2/2g. La variación de la energía total de una sección a otra se representa por
una línea denominada de carga o de energía y también gradiente de energía. En
ausencia de pérdidas de energía, la línea de carga se mantendrá horizontal, aún
cuando podría variar la distribución relativa de la energía entre las alturas geométrica,
piezométrica y cinética. Sin embargo, en todos los casos reales se producen pérdidas
de energía por rozamiento y la línea de carga resultante es inclinada.
 El flujo permanente se produce cuando la descarga o caudal en cualquier sección
transversal permanece constante.
 Se llama flujo uniforme aquel en que el calado, sección transversal y demás
elementos del flujo se mantienen sustancialmente constantes de una sección a otra.
Si la pendiente sección transversal y velocidad cambian de un punto a otro de la
conducción, el flujo se dice no uniforme. Un ejemplo de flujo permanente no uniforme
es aquel que atraviesa un tubo Venturi utilizado para medir caudales.

13. En mecánica de fluidos, una ecuación de continuidad es una ecuación de
conservación de la masa. Su forma diferencial es:
donde es la densidad, t el tiempo y la velocidad del fluido.
Es una de las tres ecuaciones de Euler.

14. Un fluido en movimiento puede tener cuatro clases de energía: energía estática o
de presión Ep, energía cinética Ev, energía potencial Eq y energía interna o térmica Ei. Si Em
representa la energía mecánica transferida al fluido (+) o desde él (-), por ejemplo mediante
una bomba, ventilador o turbina, y Eh representa la energía térmica transferida al fluido (+) o
desde él (-), por ejemplo mediante un intercambiador de calor, la aplicación de la ley de
conservación de energía entre los puntos 1 y 2 de la figura 3 da la siguiente ecuación:
Las pérdidas en la ecuación 1 representan la energía no recuperable, por tratarse
de formas de energía irreversibles causadas por rozamiento ( por ejemplo, energía disipada
en forma de calor o ruido).
Para un líquido incompresible, la
expresión general anterior puede escribirse en la
forma:

15. Donde P1, P2 =presión, kN/m2.
 = peso específico, kN/m3.
12= factores de corrección de la energía cinética.
g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).
Z1, Z2 = altura de elevación sobre el plano de referencia, m.
KL = pérdida de carga, m.
Para flujo laminar en tuberías el valor de  es 2.0. Para flujo turbulento en tuberías. El
valor de  varía entre 1.01 y 1.10. El flujo turbulento es, con mucho, el mas frecuente en la
práctica, y  se suele tomar igual a la unidad. El término pérdida de carga, hL, representa las
pérdidas y la variación de energía interna Ei. En el caso de un fluido ideal (sin rozamiento) y
si no hay transferencia de energía mecánica, ni térmica, la ecuación 2 se reduce a:

16. Es la expresión mas habitual de la ecuación de Bernoulli para un fluido
incompresible.
En la figura 4 se muestra la aplicación de la ecuación de la energía o ecuación de
Bernoulli al flujo en una tubería alimentada desde un depósito. La ecuación de la
energía entre los puntos 1 y 2 será:
Donde
H = carga total, m.
hen =pérdida de carga en la embocadura, m.
hf1-2 =pérdida de carga por rozamiento en la tubería, entre los puntos 1 y 2, m.

17. El término pérdida de carga hL está implícito en todas las
aplicaciones de la ecuación de la energía al flujo de fluidos. En el caso de la
ecuación 5, Ep representa la energía neta transferida por la bomba, una vez
deducidas las pérdidas de carga que se ocasionan dentro de la misma. Se
pueden utilizar varias ecuaciones para determinar hL en función de
consideraciones geométricas, características del fluido y caudal ( tanto para
flujo en canales abiertos como en tuberías).
El término pérdida de carga hL incluye la pérdida de carga por
rozamiento hf y otras pérdidas de carga que ocurren en las discontinuidades
geométricas del flujo.

19. Para proyectar instalaciones de transporte de fluidos, tanto si el flujo es a
presión como en lámina libre, es preciso conocer :
1) la relación existente entre la pérdida de carga o la pendiente de la línea de
energía y el caudal.
2) las características del fluido.
3) la rugosidad y configuración de la tubería o canal. En esta sección se discuten
algunas ecuaciones que relacionan dichos factores. Puesto que se supone que
el lector está familiarizado con los fundamentos del flujo de fluidos, no se
incluyen deducciones engorrosas y se presentan las ecuaciones sin discutir
todas las limitaciones concernientes a su aplicación .
Las ecuaciones del flujo de fluidos en conductos cerrados pueden
derivarse tanto de consideraciones teóricas como empíricamente. La ecuación de
Poiseuille para flujo laminar y la ecuación universal de Darcy-Weisbach son
ejemplos de ecuaciones deducidas teóricamente. Las fórmulas de Manning y
Hazen-Williams, utilizadas para proyectar alcantarillas y conducciones forzadas,
son ejemplos de ecuaciones obtenidas experimentalmente.

20. En el flujo laminar, las fuerzas de viscosidad predominan sobre las demás fuerzas ,
tales como la inercia. Un ejemplo de flujo laminar es el bombeo de fango a bajas
velocidades en una planta de tratamiento de aguas residuales. En condiciones de flujo
laminar, la ecuación de Poiseuille para la pérdida de carga hL puede expresarse como :
donde
hf = pérdida de carga, m.
 = viscosidad dinámica del fluido, N/m
2.
L = longitud de la tubería, m.
V = velocidad, m/s.
 = densidad del fluido, kg/m
3.
g = aceleración de la gravedad ( 9.81m/s
2 )
D = diámetro de la tubería, m.
 = viscosidad cinemática del fluido, m
2/s.
La expresión correspondiente para el caudal Q es:
donde Q = caudal ( m
3/s )

21. Alrededor de 1850, Darcy, Weisbach y otros dedujeron una fórmula para
determinar la pérdida de carga por rozamiento en conducciones a partir de los
resultados de experimentos efectuados con diversas tuberías. La fórmula ahora
conocida como ecuación de Darcy-Weisbach para tuberías circulares es:
Donde:
hf = pérdida de carga, m.
f = coeficiente de rozamiento ( en muchas partes del mundo se usa  para
este coeficiente ).
L = longitud de la tubería, m.
V = velocidad media, m/s.
D = diámetro de la tubería, m.
g = aceleración de la gravedad ( 9.81 m/s2 )
Q = caudal, m3/s

22. De los numerosos tipos de fórmulas exponenciales aplicables al flujo de
aguas tuberías, la de Hazen-Williams, que fue formulada en 1902, ha sido la mas
utilizada para conducciones de agua y tuberías de impulsión de aguas residuales.
La fórmula de Hazen-Williams es:
Donde:
V = velocidad, m/s.
C = coeficiente de rugosidad
S = pendiente de la carga, m/m
Valores del coeficiente C de la fórmula
de
Hazen-Williams
Tipo de tubo C
Tubos sumamente rectos y lisos 140
Tubos muy lisos 130
Madera lisa, mampostería lisa 120
Acero nuevo roblonado, arcilla
vitrificada
110
Hierro fundido viejo, ladrillo
ordinario
100
Acero roblonado viejo 95
Hierro viejo mal estado 60-80

23. La fórmula de Manning es una evolución de la fórmula de Chézy para el
cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos y tuberías, propuesta por el
ingeniero irlandés Robert Manning, en 1889:
Siendo S la pendiente en tanto por 1 del canal.
Para algunos, es una expresión del denominado coeficiente de Chézy
utilizado en la fórmula de Chézy

25. El factor de fricción o coeficiente de resistencia de Darcy-Weisbach
(f) es un parámetro adimensional que se utiliza en dinámica de fluidos para
calcular la pérdida de carga en una tubería debido a la fricción.
El cálculo del factor de fricción y la influencia de dos parámetros (número de
Reynods Re y rugosidad relativa εr) depende del régimen de flujo.
a) Para régimen laminar (Re < 2000) el factor de fricción se calcula como:
b) Para régimen turbulento liso, se utiliza la 1ª Ecuación de Karmann-Prandtl:
c) Para régimen turbulento intermedio se utiliza la Ecuación de Colebrook simplificad
d) Para régimen turbulento rugoso se utiliza la 2ª Ecuación de Karmann-Prandtl:

26. Régimen Coeficiente de fricción Dependencia
Laminar
Turbulento liso
Turbulento
intermedio
Turbulento rugoso

28.  Por una tubería horizontal de polietileno de 20 mm de diámetro, circula
agua con una velocidad de 3 m/s. Posteriormente, hay un angostamiento de 10
mm de diámetro.
a)Calcular el caudal en m3/s.
b)Calcular la velocidad en la sección de 10 mm, en m/s.
c)Calcular la diferencia de altura total (en m) entre los puntos 1 y 2 ubicados según
la figura.
¿Qué le llama la atención de resultado?.
Datos:
Angostamiento: k = 0,25
Fricción: C= 120

31.  Determine el nivel del agua que se debe mantener en el depósito para
producir un gasto volumétrico de 0.15 m3/s de agua. La tubería es de
hierro forjado con un diámetro interior de 100 mm.
El coeficiente de perdidas K para la entrada es 0.04. El agua se
descarga hacia la atmósfera. La densidad del agua es 1000 kg/m3 y la
viscosidad absoluta o dinámica es de 10-3 kg/m.s, Los codos son para
resistencia total.