La mecánica de fluidos estudia el comportamiento mecánico de los fluidos como su movimiento y las presiones que ejercen. Un fluido es un medio capaz de fluir y cambiar su forma libremente, incluyendo líquidos, gases y plasmas. La mecánica de fluidos incluye el estudio de fluidos en reposo (estática de fluidos) y en movimiento (dinámica de fluidos), y tiene aplicaciones importantes en ingeniería como en sistemas de combustible de vehículos.

1. Mecánica de fluidos

2. HISTORIA
para conocer la mecánica de fluidos. En este artículo pretendo explicar en qué
consiste esta parte de la Física, cuál ha sido el camino que hemos seguido para
desentrañar sus secretos a lo largo de la historia y cuáles son las características
fundamentales de su objeto de estudio, los fluidos.
¿Qué es la mecánica de fluidos?
No hace falta una larga explicación sobre esto, pero quiero detenerme en ello
porque hay un par de aspectos interesantes. La mecánica de fluidos, como indica
su nombre, estudia los fluidos. Sin embargo, no trata de describir todo lo
relacionado con ellos: se centra en aspectos mecánicos del comportamiento de
los fluidos, como su movimiento, la presión que ejercen, cómo alteran el
movimiento de objetos introducidos en ellos, etc. Otras facetas del
comportamiento de los fluidos, como sus cambios de temperatura y cosas así, son
estudiados por la termodinámica.

3. ¿Qué es la mecánica de fluidos?
La mecánica de fluidos es, por tanto, una aplicación de la mecánica, que estudia
el movimiento de partículas puntuales y establece principios generales sobre su
comportamiento, a un tipo especial de cuerpos: los fluidos. En cierto sentido,
esto hace de esta disciplina algo derivado y no fundamental. Con esto me refiero
a que sería posible describir el comportamiento de los fluidos utilizando los
principios de la mecánica clásica; en otras palabras, si nos sumergimos de verdad
en la mecánica de fluidos y preguntamos “¿por qué?” una y otra vez ante cada
afirmación que realiza, al final llegamos a los principios básicos de la mecánica.
Sin embargo, el hecho de que la mecánica de fluidos sea teóricamente derivable
a partir de la mecánica clásica no quiere decir que, en la realidad, la hayamos
derivado de ella. Esta parte de la Física fue desarrollada en paralelo a la
mecánica newtoniana, y contiene muchos principios físicos obtenidos de manera
empírica, en varios casos siglos antes de que su explicación teórica a partir de las
leyes de la dinámica fuera posible, porque esas leyes no eran aún conocidas.

4. ¿Qué es la mecánica de fluidos?
Incluso ahora que nuestra mecánica está bien
madura, sigue teniendo sentido utilizar una
mecánica específica para los fluidos. Al fin y
al cabo, estudiar el movimiento de una
partícula utilizando los principios de la
mecánica es bastante simple; hacerlo con dos
partículas es más complicado, y hacerlo con
cien algo más difícil. Pero piensa lo siguiente:
un litro de agua contiene unas
3,35·1025moléculas, treinta y tres
cuatrillones de moléculas en cada litro.
¿Tiene sentido determinar el movimiento de
cada molécula con sus propias ecuaciones
para describir el comportamiento de un litro
de agua? Desde luego que no, sobre todo
porque es posible hacerlo con principios que
se aplican al conjunto de todas las moléculas
– de ahí la existencia, incluso hoy, de
la mecánica de fluidos.
Ondas formadas por gotas sobre el agua (Brocken Inaglory)

5. ¿Qué es la mecánica de fluidos?
En ella, en vez de tratar los fluidos como conjuntos de moléculas, se tratan como
un continuo. Para comprender el concepto lo mejor, en mi opinión, es alcanzarlo
llevando un proceso al límite. Imagina 1 kg de arena de playa, formada por un grano
de arena de 1 kg de masa. Ahora imagina que lo partimos en dos, de modo que la
arena está formada por dos granos de 0,5 kg cada uno. Si seguimos haciendo esto
hasta tener granos de 1 gramo, la arena estará formada por mil granos de 1 g cada
uno.
Ahora imagina que los volvemos a partir un millón de veces, y luego un millón de
veces más. Tendríamos un número gigantesco de granos tan pequeños que serían
invisibles, individualmente, al ojo humano. Bien, ahora imagina que repetimos el
proceso hasta el infinito: la “granularidad” de la arena se haría infinitamente fina,
como si triturásemos la masa con una trituradora infinitamente poderosa. El resultado
es un continuo, en el que no tiene sentido hablar de las partes, sino del conjunto
formado por ellas. Evidentemente la materia no es continua y los fluidos, por tanto,
tampoco lo son, pero recuerda el número de moléculas de agua en un litro del
líquido; la mecánica de fluidos parte de esta premisa para simplificar enormemente
las cosas sin perder apenas rigor y precisión en el resultado.

6. ¿Qué es un fluido?
Como sucede tantas otras veces, es muy fácil tener una idea intuitiva bastante
razonable sobre qué es un fluido, pero dar una definición rigurosa no lo es tanto
porque se trata de una “etiqueta” más o menos arbitraria que damos a ciertos
medios. Dicho mal y pronto,
Un fluido es un medio capaz de fluir, es decir, de cambiar de forma y
adaptarse al recipiente que lo contiene.
Esta propiedad la cumplen, en su definición ideal, los líquidos, los gases y
los plasmas. Es lo que tienen en común, por mucho que se diferencien en
otras cosas, y esta propiedad determina gran parte de su comportamiento en
contraposición al de los sólidos.
 La mecánica de fluidos estudia los fluidos en cuanto a su comportamiento
mecánico(movimientos, fuerzas, presiones, etc.).
 Un fluido es un medio capaz de fluir, es decir, cambiar su forma libremente.
 Existen tres tipos de fluidos: líquidos, gases y plasmas.

7. 1. INTRODUCCION
En esta sesión se presentan los conceptos básicos de la mecánica de fluidos,
como la presión y la fuerza ejercida por los líquidos y los gases. Asimismo, se
describen las principales aplicaciones de esta rama de la física, entre las que se
encuentran la ingeniería mecánica, la ingeniería química y la ingeniería civil,
entre otras. Los sistemas de unidades son de vital importancia en mecánica de
fluidos, al igual que la conversión de unidades entre diferentes sistemas
utilizados en la investigación y en la industria; de igual modo se abordan las
propiedades fundamentales de los fluidos, como la presión, la densidad o el peso
especifico, y se incluyen temas como la tensión superficial y capilaridad, así
como la viscosidad, los instrumentos para medir esta, el índice de viscosidad y
los grados SAE de los aceites.

8. 2. Conceptos elementales de mecánica
de fluidos
La mecánica se clasifica en mecánica de solidos, mecánica del medio continuo y
mecánica de fluidos; esta ultima estudia el comportamiento de los fluidos en reposo,
también llamado estática de fluidos, así como los fluidos en movimiento, por lo que
también es llamada dinámica de fluidos.
Un fluido puede ser liquido, como el agua, el aceite, la gasolina, etc, o puede ser
un gas, como el aire, el vapor o los gases de combustión. Los fluidos son llamados
fluidos newtonianos.
pero existen fluidos a los cuales afecta en gran medida la viscosidad en función
de la temperatura y el tiempo; estos fluidos son estudiados por un área conocida
como reología.
Es importante aclarar que el comportamiento de los fluidos se analiza
considerando el tipo de flujo dentro o fuera de los conductos, los cuales pueden ser
circulares o tener una diferente sección transversal. Por ello, para el estudio de la
mecánica de fluidos es necesario entender con claridad la relación existente entre la
fuerza en un área determinada y la presión.

9. Presión
La presión se define como la fuerza que actúa en una unidad de área y se calcula
mediante la ecuación (1).
𝑃 =
𝐹
𝐴
(1)
Donde:
F: fuerza aplicada sobre una superficie, N, lb.
A: área superficial, 𝑚2, 𝑝𝑖𝑒2

10. Compresibilidad
Se denomina compresibilidad al cambio de volumen que experimenta una
sustancia cuando se le aplica un cambio de presión. Por lo general el cambio de
volumen que sufre un liquido suele ser menor a 1% cuando se le aplica un cambio
de presión superior a 3 000 lb/𝑝𝑢𝑙𝑔2
se le considera fluidos incompresibles todos
aquellos fluidos a los que se le aplica presiones por debajo de este valor . La
compresibilidad se calcula con el modulo volumétrico definido por:
𝐸 =
−∆𝑝
∆𝑉
𝑉
Donde:
∆𝑉
𝑉
, es el cambio de volumen sufrido con un cambio de presión, ∆𝑝.
Algunos valores del modulo volumétrico se muestra en la tabla 1.
(2)

11. Tabla 1 Modulo volumétrico de algunos
fluidos a 20 °C (68 °F).
LIQUIDO
Modulo volumétrico, E
psi MPa
Alcohol etílico 130 000 896
Benceno 154 000 1 062
Queroseno 188 000 1 296
Aceite para maquinaria 189 000 1 303
Agua 316 000 2 178
Glicerina 654 000 4 508
Mercurio 3 590 000 24 745
EJEMPLO:
Determinar el porcentaje del
cambio de volumen que ha
sufrido el aceite de una
maquinaria si se ha aplicado un
cambio en la presión de 567
psi.
Solución:

12.  ESTATICA DE UN FLUIDO:
Comportamiento de los fluidos en reposo.
La estática de un fluido se define cuando existe un equilibrio entre las
fuerzas internas de un fluido, lo cual puede representarse como:
∑𝐹 = ∑𝐹𝑥 + ∑𝐹𝑦 + ∑𝐹𝑧 (3)
 DINAMICA DE FLUIDOS:
comportamiento de los fluidos en movimiento.
por otro lado, los fluidos en movimiento se determinan con la segunda
ecuación del movimiento de Newton:
𝐹 = 𝑚𝑎 (4)
Donde:
𝑚: 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜, 𝑘𝑔, 𝑠𝑙𝑢𝑔𝑠.
𝑎: 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜, 𝑚/𝑠2
, 𝑝𝑖𝑒/𝑠2
.

13. Ecuación de estado de gas ideal.
Es muy probable que alguna vez se haya preguntado por que en una habitación cerca del
piso se siente mas frio el aire que cerca del techo de la casa; esto se debe a que la
temperatura hace que el aire mas caliente disminuya su densidad y tienda a elevarse,
mientras que el aire menos caliente aumente su densidad y se precipita hacia abajo.
𝑃𝑉 = 𝑚𝑅𝑇 (5)
Donde:
𝑃: 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛,
𝑁
𝑚2
, 𝑙𝑏/𝑝𝑖𝑒2
𝑉: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛, 𝑚3
, 𝑝𝑖𝑒3
𝑚: 𝑚𝑎𝑠𝑎, 𝑘𝑔, 𝑠𝑙𝑢𝑔𝑠
𝑅: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠,
𝑘𝐽
𝑘𝑔𝐾
,
𝐵𝑇𝑈
𝑙𝑏𝑅
𝑇: 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎, 𝐾, 𝑅
Mas adelante se muestra que la masa entre el volumen es la densidad 𝜌 por
consiguiente:
𝜌 =
𝑃
𝑅𝑇
(6)
De la ecuación (5) puede apreciarse que si la temperatura disminuye, la presión se hace mas
pequeña o viceversa, en tanto que la ecuación (6) se observa que si la temperatura aumenta,
la densidad se hace mas pequeña y viceversa.

14. 3. Aplicaciones de la mecánica de fluidos.
Es importante destacar que, desde su creación, la mecánica de fluidos se aplica en diferentes
áreas de la naturaleza y la ingeniería, por ejemplo en la medicina se emplea para estudiar los
fluidos del cuerpo humano, como la sangre, las lagrimas, la orina, etc.
En la industria automotriz, la mecánica de fluidos se usa en el sistema de alimentación de
combustible, el sistema de potencia hidráulica y la aerodinámica de los vehículos, lo que
permite un optimo desplazamiento de los vehículos automotores, con el fin de aumentar su
velocidad y reducir el consumo de combustible principalmente.
Otra importante aplicación de la mecánica de fluidos es en la industria química; por ejemplo,
desde la producción de biocombustibles a base de girasol hasta la alimentación de este
combustible a los vehículos o en la destilación de diferentes sustancias, como los
combustibles actuales con el que funcionan los vehículos de transporte terrestre y aéreo.
Asimismo, también se aplica en la generación de diferentes lubricantes para la industria
espacial, entre otras tantas aplicaciones en la industria química.
La energía de cada fluido es capaz de proporcionar es indispensable cuando se buscan
fuentes de energía alternas, tal es el caso de la energía mareomotriz, la cual se genera de las
corrientes marinas mediante turbinas hidráulicas, y la energía cinética, que se produce de las
grandes corrientes de aire mediante aerogeneradores. Todas estas aplicaciones y otras mas,
no serian posibles sin el conocimiento de la mecánica de fluidos.

15. Trabajo grupal
Aplica tus conocimientos
En equipo de tres o cuatro estudiantes
elaboren un video de no mas de 10 minutos
donde expliquen ¿Por qué vuelan los aviones?
Para la próxima clase.

16. 4. SISTEMAS DE
UNIDADES

32. TABLA 2 UNIDADES BASE DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, SI
CANTIDAD BASE UNIDAD BASE, SI
NOMBRE SIMBOLO NOMBRE SIMBOLO
Longitud L,x,r, etc. metro m
Masa m kilogramo kg
Tiempo, duración t segundo s
Corriente eléctrica l, i ampere A
Temperatura termodinámica T kelvin K
Cantidad de sustancia N mol mol
Intensidad Luminosa Iv candela cd
TABLA 3 CANTIDADES FISICAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, SI
CANTIDAD SIMBOLO UNIDAD SIMBOLO
Fuerza F Newton N
Presión P kilopascal kPa
Velocidad v metro/segundo m/s
Volumen V metros cubicos m*3
Potencia P watts W

33. TABLA 4 UNIDADES USUALES DEL SISTEMA INGLES, US
CANTIDAD BASE UNIDAD BASE, US
NOMBRE SIMBOLO NOMBRE SIMBOLO
Longitud (length) L,x,r pie (foot) m
Masa (mass) m slug kg
Tiempo, duración (time) t segundo (second) s
Temperatura termodinámica
T Rankine K
(termodynamic temperature)
Cantidad de sustancia
n Mol mol
(amount of substance)
Intensidad Luminosa
Iv candela (candle) cd
(luminous intensity)
Volumen (volume) V pie cubico pie*3
Potencia (power) P caballo de potencia HP

34. TABLA 5 TABLA DE EQUIVALENCIAS (CONVERSION DE UNIDADES)
Cantidad Unidad SI Unidad US Conversión
Longitud m pie
1 pie = 12 pul = 0.348 m
1 pulg = 0.0254 m
Masa kg
𝑙𝑏 𝑚
1 𝑙𝑏 𝑚 = 0.4536 kg
1 𝑘𝑔 = 2.2046 𝑙𝑏 𝑚
1 slug = 14.593 kg
Presión kPa lb
1 atm = 101.325 kPa = 1.033 bar
= 14.7
𝑙𝑏𝑓
𝑝𝑢𝑙2 = 29.92 𝑝𝑢𝑙 𝐻𝑔
= 760 mm Hg = 10 m ca
Temperatura K. °C R, °F
T(k) = T(°C) + 273.15
T(°C) = [T(°F) – 32]/1.8
T(R) = T(°F) + 460
T(°F) = T(°C) x 1.8 + 32
Volumen 𝑚3 𝑝𝑖𝑒3
1 𝑚3 = 1 000 𝐿 = 35.315 𝑝𝑖𝑒𝑠3
1 gal = 3.7854 L
Potencia W HP
1 HP = 745.7 W
1 HP = 1.0138 CV
Caudal 𝑚3/𝑠 𝑝𝑖𝑒3/𝑠 1
𝑚3
𝑠
= 35.315 𝑝𝑖𝑒𝑠3/𝑠
1 gal/min = 3.7854 L/min

35. Prueba de conocimientos
1) Demostrar que una libra masa (1 𝑙𝑏 𝑚) pesa una libra fuerza (1 𝑙𝑏𝑓) al estar
sobre la superficie de la tierra.
2) Considérese a una persona que pesa 800 N sobre la Tierra. Si la gravedad, g,
sobre la Tierra es 9.807 𝑚/𝑠2
, resolver lo que se pide.
a) determinar la masa de la persona en kg.
b) ¿Cuál seria el peso de esta persona si se encontrara en la luna.
1) Una lámpara con una masa de 3 kg ha quedado suspendida de un cable.
Determinar la fuerza que ejerce la lámpara sobre el cable en a) unidades del
sistema internacional (SI) y b) unidades del sistema ingles (US).
2) Convertir 1 año en horas.
3) Convertir 259 200 s en días.