El documento trata sobre la mecánica de fluidos. Explica que estudia el comportamiento de los fluidos (líquidos y gases) en reposo o en movimiento. Luego menciona algunas aplicaciones como el flujo sanguíneo, la distribución de aire en una habitación, el movimiento de agua a través de un río, entre otras. Finalmente, define conceptos básicos como fluido, diferencias entre sólidos y fluidos, y propiedades de los fluidos como viscosidad.

1. MECANICA DE FLUIDOS
Ph. D. Ing. Edgar Paz Pérez

2. MECANICA DE FLUIDOS
INTRODUCCION :
La mecánica de fluidos es parte de la
mecánica aplicada, que se dedica al estudio
del comportamiento de los fluidos (líquidos y
gases) tanto en reposo como en movimiento.

3. APLICACIONES
• El flujo de la sangre
a través de las venas
y arterias.

4. APLICACIONES
• La distribución de aire que entra a una
habitación. O las corrientes de aire en todo el
planeta.

5. APLICACIONES
• La propagación de contaminantes que salen
de una chimenea.

6. APLICACIONES
• El movimiento de agua a través de un rio.

7. APLICACIONES
• El flujo a través de tuberías, conductos y sus
accesorios como válvulas codos, etc.

8. APLICACIONES
Flujo en maquinas como bombas, ventiladores
turbinas, etc.

9. APLICACIONES
• La filtración de agua a través del suelo.

10. APLICACIONES
• El movimiento de las olas del mar.

11. APLICACIONES
• Aire acondicionado y calefacción, Otros.

12. QUE ES UN FLUIDO
Un fluido puede ser un liquido a un gas.

13. DIFERENCIAS ENTRE UN SOLIDO Y UN FLUIDO
• De una forma vaga, simple decimos :
Que un solido es duro, no se deforma
fácilmente.
En cambio un fluido se deforma fácilmente,
no tiene forma definida.

14. DIFERENCIAS ENTRE UN SOLIDO Y UN FLUIDO
• De una forma mas precisa, decimos :
• SOLIDOS: Moléculas poco espaciadas con fuerzas
intermoleculares fuertes, por eso son poco
deformables.
• LIQUIDOS: Moléculas mas espaciadas con fuerzas
intermoleculares débiles, fácilmente deformables
pero no comprimibles.
• GASES: Moléculas muy espaciadas con fuerzas
intermoleculares despreciables, fácilmente
deformables y comprimibles.

15. DIFERENCIAS ENTRE UN SOLIDO Y UN FLUIDO

16. 21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 16
21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 20
FUERZAS Y ESFUERZOS QUE ACTUAN EN
UN FLUIDO
FUERZAS SUPERFICIALES
• Fuerzas normales Fn
• Fuerzas tangenciales Ft
FUERZAS DE CAMPO
Campos gravitatorio,
electromagnético, etc
ESFUERZOS SUPERFICIALES
• Esfuerzos normales
• Esfuerzos tangenciales
𝜎 =
𝐹𝑛
𝐴
𝞽=
𝐹𝑡
𝐴

17. 21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 17
21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 20
FUERZAS Y ESFUERZOS QUE ACTUAN
EN UN FLUIDO

18. QUE ES UN FLUIDO
Un fluido es una sustancia que se deforma
continuamente al estar sometido a un
esfuerzo cortantes (esfuerzo tangencial), no
importando cuan pequeño sea este.

19. QUE ES UN FLUIDO
• En cambio, a un solido cuando se le aplica un esfuerzo
cortante, se deforma hasta determinado grado, no continua
deformándose y se fractura o se rompe.

20. EL FLUIDO COMO UN CONTINUO
• Todos los fluidos están compuestos de moléculas con
espacios intermoleculares.
• Sin embargo en la mayor parte de las aplicaciones de
ingeniería nos interesa mas el efecto global o promedio
(macroscópico) de las moléculas del fluido.
• Son los efectos globales los que se pueden percibir y
medir.
• Por lo anterior se considera que el fluido es realmente
continuo e infinitamente divisible.

21. EL FLUIDO COMO UN CONTINUO
• El concepto de continuo es la base de mecánica de
fluidos clásica.
• El concepto de continuo deja de ser valido cuando la
trayectoria libre media de las moléculas es del mismo
orden de magnitud que la longitud significativa mas
pequeña del problema en cuestión.
• por ejemplo en el caso de gases enrarecidos, como el
de los vuelos en las capas superiores de la atmosfera,
se usa el punto de vista microscópico y estadístico.

22. EL FLUIDO COMO UN CONTINUO

23. ECUACIONES BASICAS
• Todos los problemas de mecánicas de fluidos
comienza con el enunciado de las leyes
básicas del movimiento de un fluido.
1. Conservación de la masa.
2. Segunda ley de Newton
3. Momento de la cantidad del movimiento.
4. Primera ley de la termodinámico
5. Segunda ley de la termodinámica

24. SISTEMA Y VOLUMEN DE CONTROL
• El primer paso para resolver un problema es definir el
elemento de estudio. En mecánica de fluidos este
elemento de estudio es un sistema o un volumen de
control.
• Un sistema es una cantidad de masa fija e identificable.
Las fronteras del sistema lo separan de sus
alrededores, dichas fronteras pueden ser fijas o
móviles (deformables).
• El trabajo puede atravesar las fronteras del sistema,
pero no la masa.

25. SISTEMA Y VOLUMEN DE CONTROL
• Un volumen de control es un volumen arbitrario del espacio
atreves del cual se mueve un fluido. El volumen de control es
limitado por una superficie de control . Esta puede ser real o
imaginaria, puede estar en reposo o en movimiento.

26. DIMENSIONES Y UNIDADES
• En el estudio de la mecánica de fluidos se utilizan
una diversidad de características como velocidad,
densidad, caudal, trabajo, etc. a estas
características se les llama dimensiones.
• Una dimensión es una propiedad susceptible de
medición.
• Para medir una dimensión necesitamos una
unidad de medida, por ejemplo:

27. DIMENSIONES Y UNIDADES

28. DIMENSIONES Y UNIDADES
SISTEMAS DE DIMENSIONES
Existen tres sistemas de dimensiones básicas
1. Masa (M) , Longitud (L) , Tiempo (t), Temperatura (T)
2. Fuerza (F) , Longitud (L) , Tiempo (t), Temperatura (T)
3. Fuerza (F) , Masa (M) , Longitud (L) , Tiempo (t), Temperatura (T)
En el sistema 1 la fuerza es una dimensión secundaria.
En el sistema 2 la masa es una dimensión secundaria.
La fuerza y la masa se pueden relacionar por la segunda ley de
Newton.

29. DIMENSIONES Y UNIDADES
• SISTEMAS DE UNIDADES
En cada sistema de dimensiones existen
sistemas de unidades ,
describimos los mas importantes utilizados en
mecánica de fluidos.

30. DIMENSIONES Y UNIDADES
• MLtT (Sistema internacional de unidades)
En este sistema la fuerza es una dimensión secundaria , su
unidad es el newton (N) y se define a partir de la segunda ley de
Newton.
1F = 𝑚 × 𝑎
1𝑁 = 1 Kg ×
𝑚
𝑠2

31. DIMENSIONES Y UNIDADES
• MLtT (Sistema métrico absoluto)
La fuerza es una dimensión secundaria , su unidad es la Dina y se
deriva de la segunda ley de Newton.
o 1 dina = 1 g ×
𝑐𝑚
𝑠2
DIMENSION UNIDAD SIMBOLO
Longitud centímetro cm
Masa gramo g
Tiempo Segundo s
Temperatura kelvin ºk

32. DIMENSIONES Y UNIDADES
• FLtT (Sistema británico gravitacional de unidades)
Como la masa es una dimensión secundaria se deriva de la
segunda ley de Newton . Su unidad es el SLUG y se define :
o 𝑚 =
𝐹
𝑎
o 1 𝑠𝑙𝑢𝑔 =
1 𝑙𝑏𝑓
ൗ
𝑝𝑖𝑒
𝑠2
=
1 𝑙𝑏𝑓 × 𝑠2
𝑝𝑖𝑒
DIMENSION UNIDAD SIMBOLO
Fuerza libra fuerza Lbf
Longitud pie pie
Tiempo segundo s
Temperatura rankine °R

33. DIMENSIONES Y UNIDADES
• FMLtT (Sistema ingles de unidades de ingeniería)
o Puesto que fuerza y masa son dimensiones primarias la
segunda ley de Newton debe llevar una constante de
proporcionalidad para que sea homogénea. 𝐹 =
𝑚×𝑎
𝑔𝑐
DIMENSION UNIDAD SIMBOLO
Longitud pie pie
Fuerza libra fuerza lbf
Masa libra masa lbm
Tiempo segundo s
Temperatura Rankine °R

34. DIMENSIONES Y UNIDADES
o 𝑔𝑐 =
𝑚×𝑎
𝐹
; 𝑔𝑐 esta definido en función de la 1lbm ,
1lbf y la aceleración estándar 32.17 Τ
𝑝𝑖𝑒 𝑠2
o 𝑔𝑐 =
(1 𝑙𝑏𝑚) (32.2 Τ
𝑝𝑖𝑒 𝑠2)
1𝑙𝑏𝑓
o 𝑔𝑐 = 32.2
𝑙𝑏𝑚 × 𝑝𝑖𝑒
𝑙𝑏𝑓 × 𝑠2
• Se puede demostrar que 1𝑠𝑙𝑢𝑔 = 32.2 𝑙𝑏𝑚

35. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• Masa especifica: (densidad) la masa especifica de una
sustancia designada 𝜌, es definida como la masa “m” por
unidad de volumen “v”. 𝜌 =
𝑚
V
• Los diversos fluidos pueden presentar masa especifica bien
diferentes.
FLUIDO MASA ESPECIFICA A (20ªC)
AIRE 1.2 kg/m3
GASOLINA 680 kg/m3
ALCOHOL ETILICO 789 kg/m3
AGUA 998 kg/m3
GLICERINA 1260 kg/m3
MERCURIO 13600 kg/m3

36. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• La masa especifica de los líquidos varia poco con la temperatura y
presión.
• La masa especifica de los gases es fuertemente influenciada por la
presión y temperatura. Para un gas ideal (presión cercana a la
atmosférica y altas temperaturas) la masa especifica se puede
determinar de la ley gases ideales.
𝜌 =
𝑃
𝑅 𝑇
𝜌 =
𝑃
𝑅𝑉
𝑀
𝑇
o P = Presión absoluta
o T = temperatura absoluta
o R = constante del gas
o Rv= constante universal de los gases ideales 8.314 Kj/Kmol°K
o M = Masa molecular del gas.

37. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• Volumen especifico 𝝂, es el volumen ocupado por unidad de masa .Así el
volumen especifico es el inverso de la masa especifica.
𝜈 =
1
𝜌
• Peso especifico 𝜸 es el peso por unidad de volumen. Así el peso
especifico se relaciona con la masa especifica
𝛾 = 𝜌 × 𝑔 𝑔 = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙.
• Gravedad especifica GS ( densidad relativa) es definido como la razón
entre la masa especifica de un fluido y la masa especifica del agua a una
cierta temperatura, usualmente a 4℃, a esta temperatura la densidad del
agua es 1000 kg/m3.
𝐺𝑆 =
𝜌
𝜌𝐻2𝑂 4℃

38. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• Viscosidad es fácilmente observable que algunas sustancias
liquidas y gaseosas fluyen con mayor facilidad que otras, por
ejemplo el agua fluye con mas facilidad que el aceite, pero con
mayor dificultad que el aire.
• Esto nos lleva a pensar que debe existir una propiedad que
describa la fluidez de los líquidos y gases. Para determinar esa
propiedad consideraremos el siguiente experimento hipotético

39. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
𝐹
𝑏
𝑦
𝑥
𝐴𝐺𝑈𝐴
𝑃𝐿𝐴𝐶𝐴 𝑀𝑂𝑉𝐼𝐿 𝛿 𝐿
𝐵´
𝐵
𝛿 𝛼
𝐴
𝑢
𝑃𝐿𝐴𝐶𝐴 𝐸𝑁 𝑅𝐸𝑃𝑂𝑆𝑂

40. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• La velocidad del fluido en contacto con la placa superior
𝑢 = 𝑈
• La velocidad del fluido en contacto con la placa inferior 𝑢 =0
• Gradiente de velocidad
𝑑𝑢
𝑑𝑦
=
𝑈
𝑏
……………..(1)
• La velocidad de deformación por el esfuerzo es γ°
𝛾° = lim
𝛿𝑡→0
𝛿𝛼
𝛿𝑡
……….(2)
• Para valores infinitesimales
𝛿𝛼 = tan 𝛿𝛼
• De la figura tan 𝛿𝛼 =
𝛿𝐿
𝑏
δα =
Uδt
b
𝛿𝛼
𝛿𝑡
=
𝑈
𝑏
……………………..(3)

41. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• Sustituyendo (3) en (2)
𝛾° =
𝑈
𝑏
• De la ecuación (1)
𝛾° =
𝑑𝑢
𝑑𝑦
……………….(4)
• La tensión cortante es 𝜏 =
𝐹
𝐴
es proporcional a la velocidad
de deformación 𝛾°
𝜏 = 𝜇 𝛾°
𝜏 = 𝜇
𝑑𝑢
𝑑𝑦
……..……...(5)
• Donde 𝜇 es llamada viscosidad dinámica del fluido

42. 21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 42
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• De la ecuación (5) se
observa que el esfuerzo
cortante es directamente
proporcioanl a la velocidad
de deformación.
• Todo fluido que tiene este
comportamiento se llama
fluido Newtoniano. la
mayoría de fluidos como el
agua, aire, alcohol,
gasolina caen dentro de
esta categoría.

43. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• Todo fluido donde el esfuerzo cortante no es directamente
proporcional a la velocidad de deformación, es llamado fluido
no Newtoniano.
• Tenemos como ejemplos:
•
• Plastico Bingham (crema dental, mayonesa).
• Fluidos Pseudoplasticos (sangre, suspensiones coloidales).
• Fluidos dilatantes (mezcla agua y miel / agua y arena)
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44. 21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 44
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
21/05/2022 Ph.D Ing. Edgar Paz 44
Unidades de la viscosidad dinámica o absoluta 𝜇

45. viscosidad cinemática 𝝂
Es el cociente entre la viscosidad dinámica y la masa específica
del fluido. Se calcula con la fórmula :
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
ν =
μ
ρ
Unidades de la viscosidad cinemática 𝝂

46. La viscosidad varia con la
temperatura
• En los líquidos disminuye
con la temperatura
• En los gases aumenta con
la temperatura.

47. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Modulo de elasticidad volumétrica Ev
Esta propiedad que indica cuan compresible es un fluidos.
Mide como cambia el volumen de un fluido con la variación de
la presión. Se expresa como:
𝐸𝑣 = −
𝑑𝑃
d Τ
V V 𝐸𝑣 = −
𝑑𝑃
d Τ
ρ ρ
DP : diferencial de presión
DV : diferencial de volumen
V : volumen del fluido
ρ : Densidad del fluido

48. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Ev alto : el fluido es menos compresible
Para gases en procesos isotérmicos 𝐸𝑣 = P
Para gases en procesos isoentropicos 𝐸𝑣 = k. P

49. Tensión Superficial
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• Las moléculas internas de un
fluido están en equilibrio, por que
la fuerza que ejercen sobre ella
todas las moléculas que la rodean
se equilibran.
• Las moléculas en la superficie
de un fluido no están en
equilibrio, por que del otro lado
de la superficie no hay
moléculas de liquido que la
atraigan. se genera así una
fuerza resultante hacia el
interior del fluido.

50. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Dicha fuerza se llama tensión superficial. La tensión superficial σ es la
fuerza de atracción molecular por unidad de longitud de una línea de la
superficie.
La tensión superficial hace que se forme como una piel del fluido la
cual permite que cuerpos pequeños como insectos o agujas floten en
la superficie de un liquido.
La tensión superficial es la que origina la formación de gotas.

51. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Capilaridad:
Es el ascenso o descenso de un liquido a través de un tubo
pequeño llamado capilar.
Capilaridad positiva: el liquido moja las paredes
del tubo y asciende por el tubo.
Capilaridad negativa: el liquido no moja las
paredes del tubo y desciende por el tubo.