01a FM Introducción Fluidos 2

Mecánica de Fluidos FICT01651
Ing. Stephenson Xavier Molina Arce, MSc.

1.1 Introducción y conceptos básicos

Introducción
Mecánica de fluidos:
Estudia el comportamiento de fluidos en reposo (estática
de fluidos) o en movimiento (dinámica).
Subcategorías:
 Hidrodinámica. Estudio de fluidos incompresibles
(líquidos y gases a bajas velocidades)
 Hidráulica. Flujo de líquidos en tubos y canalesabiertos
 Dinámica de gases. Flujo de fluidos con cambios
significativos en densidad, y gases a altas velocidades.
 Hidrología. Flujos que ocurren de manera natural

1.1 Introducción y conceptos básicos

Sólido:
Distancia pequeña entre moléculas
Fuerza de atracción grandes
Moléculas en posiciones relativamente fijas
Líquido:
Distancia pequeña entre moléculas
Fuerzas intermoleculares menoresMoléculas no están en posiciones fijas
Gas:
Moléculas alejadas entre sí
No existe orden molecular
Movimiento aleatorio de moléculas

1.1 Introducción y conceptos básicos

¿Qué es un fluido?
Toda sustancia (medio continuo) fácilmente deformable al ser
sometido a un esfuerzo cortante.

La aplicación de esfuerzo cortante genera un gradiente de velocidades
en la sección del fluido

1.1 Introducción yconceptos básicos

Fluido vs. Sólido
Tracción
Sólido

Compresión

Esfuerzo
cortante

Resiste hasta que se rompe
Gas

Se deforma

Fluido
Líquido

No resiste

Se deforma
(poco)

Se deforma

1.2 Clasificación de los fluidos

Clasificación de los fluidos
Densidad constante

Efectos de la fricción
son significativos

Incompresibles

Líquidos

Compresibles

Gases

Viscosos

FLUIDOS
Laminar
No viscososTurbulento

1.2 Clasificación de los fluidos

Clasificación de los flujos
Determinado por No. de Reynolds
Laminar
Según su régimen

FLUJOS

Bajas velocidades y
movimiento de
partículas adyacentes
en láminas

Transición

Alterna entre laminar y
turbulento

Turbulento

Altas velocidades y
fluctuaciones en éstas

Estacionario
Según variación en el

espacio y tiempo
No estacionario

1.3 Propiedades delos fluidos

Propiedades
Ejemplo de propiedades: presión, temperatura, volumen, masa,
viscosidad, módulo de elasticidad, coeficiente de expansión térmica.

El estado de un sistema se describe por sus propiedades, y puede ser
especificado por completo mediante dos propiedades intensivas
independientes.
Propiedades intensivas: independientes de
la masa de un sistema
• Temperatura
• Presión
•Densidad
Propiedades extensivas: valores dependen
del tamaño del sistema
• Masa total
• Volumen

1.3 Propiedades de los fluidos

Densidad
Densidad absoluta: relación entre masa por unidad de volumen
𝑚
𝜌=
𝑉
• Para un elemento diferencial: 𝜌 =
• DIMENSIONES: [𝑀. 𝐿−1 . 𝑇 −1 ]

𝛿𝑚
𝛿𝑉

• UNIDADES: 𝐾𝑔 𝑚3 (S.I.)
• Depende de la presión y temperatura.

1.3 Propiedades de los fluidos

Gravedad específica(densidad relativa): ratio entre la densidad de
una sustancia y la una sustancia estándar a temperatura especificada.
• Referencia: Densidad del agua a 4°C = 1000 𝐾𝑔 𝑚3
•

𝐺𝐸 =

𝜌
𝜌𝐻2𝑂

• UNIDADES: Adimensional

Peso específico
Peso específico: peso de una unidad de volumen 𝜌 =
• Para un elemento diferencial: 𝛾𝑠 = 𝜌. 𝑔
• UNIDADES: 𝑁 𝑚3 (Sistema Internacional)

𝑚
𝑉

1.3 Propiedades de los fluidosDensidad de los gases ideales
Ecuación de estado: relación entre presión, temperatura y volumen de
una sustancia.
• Para gases ideales 𝑃. ∀= 𝑁. 𝑅𝑢 . 𝑇
𝑃 es la presión absoluta
∀ es el volumen
𝑁 es número de moles
𝑅𝑢 es la constante universal de los gases (8.314 kJ/kmol.K)
𝑇 es la temperatura termodinámica (en Kelvin)
• Valor de N= 𝑚/𝑀
Donde 𝑚 es la masa y 𝑀 es el peso molecular del gas

1.3Propiedades de los fluidos

Presión de saturación (𝑷

𝒔𝒂𝒕 )

Presión a la cual una sustancia pura cambia de fase.
Ejemplo: a una temperatura de 100°C, la presión de saturación del
agua es de 1 atmósfera.

Presión de vapor (𝑷 )
𝑽

La presión de vapor es la presión ejercida por su vapor en equilibrio
de fases con su líquido a una temperatura dada.
Para procesos de cambio de fase entre fases líquida y de...