Este documento presenta los conceptos básicos de fluidos, incluyendo definiciones de fluido, presión, densidad, viscosidad y tipos de flujo laminar y turbulento. Explica el modelo matemático para describir fluidos usando variables como velocidad y propiedades termodinámicas. También introduce conceptos clave como presión, densidad relativa, tensión superficial y tipos de flujo.

1. UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA
PRIMER SEMESTRE DEL 2014
TEXTO CIENTÍFICO
“FLUIDOS”
NOMBRE:
RONALD CAÑAR
PROFESOR:
BIOQ. CARLOS GARCIA M.S.C.
AREA:
CIENCIAS E INGENIERIA
PARALELO:
V02
MACHALA - EL ORO – ECUADOR

2. En el presente trabajo se explican los fundamentos básicos para el análisis y estudio de una
importante rama de la Ingeniería, y en particular, de la Dinámica de Cuerpos Flexibles. En
términos generales, abordará primero la cuestión "¿Qué es un Fluido?": luego definirá
Conceptos Claves para su interpretación; mostrará un breve pantallazo al Análisis
Matemático con el que se le brinda forma a los fluidos y su movimiento, también realizará
una introducción al complejo mundo del Análisis Dimensional y Semejanza y describirá el
Flujo Confinado en Tuberías, también llamado Flujo Interno.
Introducción
¿Qué es un Fluido?
La dinámica se puede dividir en 2 partes dinámica de cuerpos rígidos y Dinámica de Cuerpos
Flexibles. Esta última comprende 2 clasificaciones generales: elasticidad y Mecánica de
Fluidos. Dado que gran parte del planeta está en estado fluido, es evidente que no se puede
prescindir de conocimientos sobre fluidos. Pero antes se debe responder el siguiente
enigma: ¿Qué es un FLUIDO?
Un fluido es una sustancia incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte sin desplazarse,
mientras que un sólido si puede hacerlo. Los fluidos se clasifican generalmente en líquidos y
gases. Un líquido está sometido a fuerzas intermoleculares que lo mantienen unido de tal
manera que su volumen es definido, pero su forma no. Cuando se vierte líquido dentro de
un recipiente, ocupará dentro de este un volumen igual al suyo propio sin importar la forma
del recipiente. Son ligeramente compresibles y su densidad varía poco con la temperatura o
presión. Un gas, por otra parte, consta de partículas en movimiento que chocan unas con
otras y tratan de dispersarse, de modo que un gas no tiene forma ni volúmenes definidos y
llenará completamente cualquier recipiente en el cual se lo coloque. Para una masa dada o
sistema de un gas, la presión, la temperatura y el volumen que ocupa se relacionan por
medio de la ley de los gases, o sea. la ecuación de estado del gas ideal.
FLUIDOS

3. El Modelo Matemático
En la mecánica de cuerpos rígidos, a partir de la posición de una partícula del espacio en
función del tiempo se puede obtener otros datos como la velocidad y la aceleración
(descripción lagrangiana). Al contrario de la mecánica de cuerpos rígidos, en un fluido no se
trata con una sola partícula, sino que se considera un Continuum. Así, no se debe seguir el
rastro de partículas individuales: a medida que el tiempo transcurre, el fluido en ese punto
del espacto está siendo reemplazado constantemente por uno nuevo debido al paso del
flujo, de tal manera que no interesa seguir el rastro de cada partícula individua! del fluida,
sino la historia en algún punto del espacio sin mirar cuál de las partículas del fluido se
encuentra allí en un momento determinado (descripción euleriana). Continuum significa
que la distancia entre partículas fluidas (o moléculas), o más exactamente la trayectoria
libre media, es muy pequeña comparada con cualesquiera de las dimensiones físicas del
problema al cual se esté aplicando estos principios. Cualquier volumen de fluido se puede
dividir continuamente en volúmenes muy pequeños que mantengan su carácter de
Continuum.
Existen 5 variables básicas en mecánica de fluidos: 3 componentes de la velocidad y 2
propiedades termodinámicas: presión, temperatura, densidad, entropía, entalpia (siendo 2
suficientes para determinar el estado del fluido y todas las otras propiedades). El campo de
flujo de un fluido queda determinado una vez que el vector velocidad V y las 2 propiedades
termodinámicas se establezcan como funciones del espacio y tiempo. Esto significa que se
necesitan 5 ecuaciones independientes, las cuales son: las 3 componentes de la ecuación de
movimiento, una ecuación de continuidad y una de energía También se introduce una
ecuación de estado, para asegurar que la energía solo quede escrita por la temperatura,
densidad y presión, teniéndose S ecuaciones y 6 incógnitas. En flujo turbulento (término
que será explicado posteriormente) aparecen más incógnitas para el mismo número de
ecuaciones, impidiendo un desarrollo completamente teórico del problema.
Definiciones Claves
Presión
La presión de un fluido en reposo es la fuerza de compresión normal por unidad de área
(esfuerzo normal) que actúa sobre una superficie sumergida en el fluido. Es de carácter

4. isotrópico y se la denomina presión hidrostática. Si la presión cambia de un sitio a otro en el
fluido, existe una fuerza neta de presión sobre cualquier volumen fijo del fluido que puede
balancearse con una fuerza externa (ej.: gravedad), o, si el fluido se mueve, la fuerza de
presión genera una aceleración.
En una situación dinámica (fluido en movimiento) pueden existir, además de la presión,
fuerzas o esfuerzos de corte. No obstante, la presión continúa siendo isotrópica, pero ahora
debe medirse como el esfuerzo normal sobre un área que se mueve sobre el fluido.
Existen algunas dificultades en el movimiento de gases cuando los esfuerzos normales
sobre un cubo son diferentes en todas direcciones; aquí se puede definir una presión
hidrostática isotrópica, pero también actúan pequeñas fuerzas adicionales en diferentes
direcciones debido a los efectos de viscosidad.
Peso Específico
Peso Específico ɣ. es el peso de la unidad de volumen de cierta sustancia ➝ [ɣ] : N/m3
.
Para los gases vale ɣ= 1 /vesp = p/RT, donde p es la Presión del Gas, R es la Constante
Universal de los Gases y T la Temperatura Absoluta del mismo.
Densidad
Densidad ρ: es la masa de una sustancia por unidad de volumen ➝ *ρ+ : kg/m3. Equivale a
dividir el peso específico por la gravedad: ρ = ɣ /g ➝ *ρ+ = *N/m3
]/[m/seg2
] = [kg/m3
]
Densidad relativa
Densidad relativa de un cuerpo: número adimensional que viene dado por la relación del
peso del cuerpo al peso de un volumen igual de una sustancia tomada como referencia
(generalmente es agua). Los sólidos se refieren al agua a 4 °C, mientras que los gases se
refieren al aire libre de CO2 e H2 a 0 °C y 1 atm de presión como condiciones normales.
Viscosidad, fricción y flujo ideal
La viscosidad es una propiedad de los fluidos que causa fricción Se debe primordialmente a
las interacciones entre las moléculas del fluido Si es despreciable, se dice que el flujo es
ideal. En términos generales, la viscosidad es una medida de la resistencia del fluido al corte

5. cuando el fluido está en movimiento. La viscosidad absoluta se designa con p, y sus
unidades son kg .seg / cm2 en el sistema MKS (en el sistema CGS es Poise o Stokes). La
fricción se origina por viscosidad o turbulencia.
Flujo entre láminas paralelas para ilustrar la velocidad. La velocidad u es lineal a través del
canal, cero en el fondo y U en la superficie. Un elemento diferencial muestra el esfuerzo de
corte.
Se consideran 2 láminas paralelas de gran tamaño con movimiento relativo estable. El
fluido entre las láminas tiene un perfil lineal de velocidad (si no existe gradiente de presión
a lo largo de las láminas en la dirección del movimiento) No existe deslizamiento entre el
fluido y las láminas, o sea, que en la interfase entre el fluido y el sólido, la velocidad del
fluido tiene que ser igual a la del sólido. Si se considera un pequeño elemento de fluido
(como el de la figura), el esfuerzo cortante τ en la superficie es: τ = μ δu / δy, donde μ actúa
como una constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y el gradiente de
velocidad. La relación entre la viscosidad μ y la densidad ρ se llama viscosidad cinemática,
designada con v = μ / ρ ➝ [v] = m2
/seg. Otra unidad de la viscosidad cinemática,
obviamente compatible con la anterior, es S.S.U. (Segundos Saybolt Universal).
La viscosidad de un líquido decrece con el aumento de la temperatura, pero en los gases
crece, aunque también depende de la presión.
La relación existente entre esfuerzo cortante y gradiente de velocidad se conoce como
relación newtoniana y los fluidos que la obedecen, fluidos newtonlanos (ejemplo: agua, aire
y gases). Aun cuando la relación lineal newtoniana es sólo una aproximación se cumple en

6. una amplia variedad de fluidos En algunas sustancias, sin embargo, e¡ esfuerzo de corte
puede ser función también de la deformación ordinaria. Tales sustancias se conocen como
elástico-viscosas. Incluso para fluidos viscosos, en los cuales el esfuerzo cortante depende
solamente del gradiente de velocidad, el fluido puede ser no-newtoniano y, en efecto,
puede existir una relación no lineal complicada entre esfuerzo cortante y razón de
deformación. Si la relación esfuerzo-deformación depende de trabajos o deformaciones
anteriores, se dice que el fluido es tixotrópico, aumentando su consistencia aún después de
periodos de trabajo y parada (por ejemplo, la tinta de imprenta).
Otro tipo de fluido es aquel que tiene comportamiento plástico y se caracteriza por tener
un esfuerzo de fluencia aparente, es decir, se comporta como un sólido hasta que cede y
luego se comporta como un fluido viscoso (ejemplo: grasas y lodos). En el otro extremo se
encuentran los fluidos dilatables, que fluyen fácilmente con velocidad baja para razones de
deformación pequeñas y tratan de comportarse como sólido cuando la razón de
deformación aumenta (ejemplo: arena movediza). Las curvas de estos fluidos se pueden
observar en la siguiente figura:

7. Si un fluido no tiene viscosidad ni fluye de modo turbulento, se dice que es un flujo ideal.
Un flujo ideal, entonces, no tiene fricción interna ni disipación ni pérdidas internas (eje de
las abscisas), mientras que un sólido real no se deforma frente a ningún esfuerzo (se
ubicarla sobre el eje de las ordenadas).
Flujo laminar y flujo turbulento
Un flujo laminar (o puram ente viscoso) refiere a un fluido que fluye en láminas o capas, en
oposición al flujo turbulento, en el cual las componentes de la velocidad tienen
fluctuaciones turbulentas al azar que se imponen sobre sus valores medios. Cuando se
inserta una corriente de humo o tinta en un flujo laminar, trazará una linea delgada que
está compuesta siempre de las mismas partículas de fluido. En flujo turbulento, la linea se
confunde rápidamente y se mezcla con las partículas de fluido a medida que este fluye,
formando gran cantidad de nubes y filamentos que se van dispersando.
La velocidad y la configuración o tamaño del conducto determinan si un fluido dado se
encuentra en flujo laminar o turbulento. A medida que la velocidad aumenta, el flujo
cambiará de laminar a turbulento, pasando por un régimen de transición. Los efectos de
viscosidad son superados generalmente por los esfuerzos cortantes turbulentos.
Presión de vapor
Cuando sucede la evaporación dentro de un espacio cerrado, la presión parcial que originan
las moléculas de vapor se llama presión de vapor. Estas presiones dependen de la
temperatura de manera directa.

8. Tensión superficial
Es el esfuerzo aparente en la capa superficial de un líquido. Una molécula en el interior de
un líquido está sometida a la acción de fuerzas atractivas en todas las direcciones, siendo la
resultante nula. Pero si la molécula se encuentra en la superficie de líquido, sufre la acción
de un conjunto de fuerzas de cohesión, cuya resultante es perpendicular a ia superficie, por
lo que es necesario consumir cierto trabajo para mover las moléculas hacia la superficie
venciendo la resistencia de tales fuerzas, por lo que las moléculas superficiales tienen más
energía que las interiores. La tensión superficial de un líquido es el trabajo que debe
realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la
superficie para crear una nueva unidad de superficie [kgm/m2]. Esta capa actúa como una
membrana sometida a tracción y puede originar una diferencia de presiones a través de
una superficie liquida curva (o sea, una interfase aire-liquido).
Altura o carga de presión h
Altura de una columna de fluido homogéneo a la presión dada.
Flujo compresible e incompresible
El módulo volumétrico de elasticidad representa la compresibilidad de un fluido. Es la
relación de la variación de presión a la variación de volumen por unidad de volumen: β = dp
/ -dv /v ➝ *β+ = *kg/cm2
] / [m3
/m3
]= [kg/cm2
].
Los fluidos se dividen en líquidos y gases. Los gases son compresibles y su densidad cambia
con la temperatura y la presión. En cambio, los líquidos son difíciles de comprimir y pueden
ser considerados incompresibles {sólo en algunos casos se consideran compresibles). En un
gas, la ley de los gases relaciona la densidad con la temperatura y presión: p = ρ R T. En un
líquido, la densidad se relaciona con la temperatura por un coeficiente de expansión igual
que para un sólido, y la relación con la presión es: dp = β dρ / ρ (β= módulo de compresión
volumétrica). Para dar una idea de la compresibilidad, para el agua, β ≅ 2,1 x 104
kg/cm2
.
Perturbaciones de la presión

9. ¿Qué es el Sonido? Se entiende como sonido a la percepción en la membrana auditiva de la
propagación en forma de ondas elásticas de frecuencia audibles a través de un medio
material (aire), que esté generado por las vibraciones de un cuerpo. La velocidad del sonido
en el aire a CNPT es ≅ 330 m/s = 1300 km/h.
Cualquier perturbación en la presión de un fluido se propaga en forma de ondas, las cuales
se mueven a una velocidad a la velocidad del sonido teniendo como medio dicho fluido. La
velocidad de propagación se calcula como e = √ β / ρ. Para los gases, la velocidad del sonido
es e = √ kp / ρ = √ kgRT, expandiéndose el gas isoentrópicamente (asi, β = kp, donde k =
cp/cv).
Flujo subsónico y supersónico
En el flujo compresible, se distinguen el flujo con velocidades menores que la del sonido
(flujo subsónico) y el flujo con velocidades mayores que la del sonido (flujo supersónico).
El numero Mach, M, es una medida de esta velocidad relativa: es la relación entre la
velocidad del fluido y la velocidad local del sonido: M = V / a, donde V es la velocidad del
fluido y a la velocidad local del sonido. Si M > 1, el flujo es supersónico, mientras que si M <
1, el flujo es subsónico. Cuando se trata de flujo alrededor de objetos, puede considerarse
como incompresible si M < 0,3. El flujo transónico ocurre cuando parte de un cuerpo tiene
un fluido que fluye sobre él con M > 1, y otra parte del mismo cuerpo, tiene el fluido
fluyendo con M < 1 ➝ en algún punto del cuerpo, M = 1. ¿Cómo es posible tener M>1 y
M<1 en el mismo cuerpo simultáneamente? Dado que la velocidad por sobre el cuerpo es
diferente de la parte que se encuentra debajo del mismo. Como las velocidades son
diferentes, las presiones son diferentes, por lo que las velocidades del sonido en cada
región son diferentes, pudiéndose lograr que en alguna parte del cuerpo M = 1.
Flujo estable
Es aquel en el cual las componentes de la velocidad y las propiedades termodinámicas en
cualquier punto del espacio no cambian con el tiempo. De acuerdo al mismo sentido de
Continuum, flujo estable significa que nada cambia con el tiempo en cualquier punto del
espacio Una partícula fluida puede moverse, pero en un punto particular del espacio se
comporta exactamente Igual que la partícula que estaba ocupando ese sitio

10. Clasificaciones Físicas y Tipos de Flujo
Existen varias formas de clasificar el movimiento do fluidos, según la estructura del flujo
mencionada o según la configuración física que permite la clasificación en uno de estos
grupos. Existen 2 tipos básicos en la configuración de fluidos o regiones espaciales de flujo:
externo e interno Flujo Interno es el que se produce en tuberías y canales y aquel en el cual
el fluido fluye confinado dentro de una estructura Flujo externo es el de un fluido sobre un
objeto.
Flujo Externo
La región de flujo alrededor de un objeto se puede dividir en 3. Lejos del cuerpo, el fluido es
Ideal, casi sin fricción; cerca al cuerpo, el fluido desarrolla una capa sometida a esfuerzos de
corte (porque la velocidad relativa sobre la superficie del cuerpo debe ser cero), donde
cuentan la viscosidad y/o turbulencia Esta capa se llama capa limite, y puede ser laminar o
turbulenta. Detrás del cuerpo se desarrolla una estela (región de alta turbulencia y baja
presión que se presenta por la separación de la capa límite de la superficie del cuerpo) La
región de flujo ideal detrás del cuerpo fuera de la estela y la región de estela están
separadas por una capa de fricción.
La capa limite debida a la viscosidad en el fluido es la causa de la estela. Sin viscosidad ni
fricción en el fluido, no habría separación ni estela, y sin esta, el patrón de flujo (que sería
ideal) serla simétrico desde el comienzo hasta el final del cilindro, la presión serla la misma
alrededor de este y no se presentarla arrastre de un objeto colocado dentro del flujo, lo
cual contradice a la experiencia, indicando que todos los fluidos tienen alguna fricción
interna.
Si un cuerpo se diseña de manera que el perfil que recorre el flujo tenga un contorno suave
y gradual, no ocurrirá separación y la capa límite permanecerá cerrada alrededor del
cuerpo. Este concepto es el principal en aerodinámica: aquí el flujo alrededor del cuerpo es
ideal, a excepción de la capa límite y una delgada estela. La misma capa limite serla
bastante delgada y puede ser laminar o turbulenta, dependiendo de los parámetros que la
afectan. En muchos casos prácticos puede cambiar de laminar a turbulenta a lo largo del
cuerpo, y la transición a turbulencia retarda generalmente la separación. En cuerpos con

11. contornos parcialmente suaves, la separación no se puede distinguir y la capa limite
turbulenta se sumerge dentro de la región de estela.
Si la velocidad es pequeña, las variaciones de densidad también lo son y el flujo se puede
considerar compresible. Si la velocidad aumenta hasta que M > 0,3, las variaciones en
densidad pueden ser importantes, pero el esquema de flujo continúa siendo igual al
anterior, sin embargo, si M aumenta hasta ser > 1, ocurrirá una onda de choque. Si M > 6,
ocurre la ionización y disociación.
Flujo Interno
Es el fluido desarrollado dentro de tuberías, válvulas, canales y maquinarias, el cual se
encuentra confinado por las paredes. Este flujo en la parte principal de un conducto se
puede considerar como aproximadamente ideal para los gases y sin embargo, se desarrolla
una capa limite (generalmente turbulenta) sobre las paredes. Tanto en caso de flujo viscoso
como turbulento, el espesor de la capa limite crece a medida que el flujo se mueve aguas
abajo hasta que llena eventualmente la sección del conducto o tubería. Más adelante será
desarrollado.

12. FOTOGRAFIAS

13. EXPERIMENTO # 2
WEBGRAFIA
https://www.google.com.ec/search?q=texto+cientifico&tbm=isch&t
bo=u&source=univ&sa=X&ei=lgtyU832NMLJsQSC0IKYDQ&sqi=2&ve
d=0CCcQsAQ&biw=102
http://www.textoscientificos.com/fisica/fluidos