Breve introducción a la mecánica de fluidos.

2. MECANICA DE FLUIDOS
El término Mecánica de fluidos se refiere al
comportamiento de los fluidos, ya sea en reposo o en
movimiento.
Los fluidos pueden ser líquidos (como aceite, agua,
gasolina, glicerina) y gases (aire, oxígeno, nitrógeno, helio)
Con el fin de entender el comportamiento de los fluidos, se
hace necesario comprender su misma naturaleza.
Se definen las propiedades de los fluidos, mediante
símbolos y unidades implicados y se analizan los tipos de
cálculos requeridos en el estudio de la Mecánica de fluidos.

3. MECANICA DE FLUIDOS
OBJETIVOS
1. Diferenciar entre un gas y un líquido.
2. Identificar las unidades de las cantidades básicas del tiempo, longitud,
fuerza y masa en el Sistema Internacional de Unidades o SI (Sistema métrico
de unidades).
3. Identificar las unidades de las cantidades básicas de tiempo, longitud, fuerza
y masa en el Sistema Británico de Unidades.
4. Establecer apropiadamente las ecuaciones asegurando la consistencia de
unidades.
5. Definir presión.
6. Definir compresibilidad y módulo volumétrico.
7. Definir la relación entre fuerza y masa.
8. Definir densidad.
9. Definir peso específico.
10. Definir gravedad específica.
11. Identificar las relaciones entre peso específico, gravedad específica y
densidad. Resolver problemas utilizando estas relaciones.

4. MECANICA DE FLUIDOS
DIFERENCIA ENTRE UN GAS Y UN LIQUIDO
Cuando un líquido se encuentra en un recipiente, tiende a tomar la forma del
contenedor, cubriendo el fondo y los lados. La superficie superior, que está
en contacto con la atmósfera por encima de ella, mantiene un nivel
uniforme. A medida que el recipiente se va inclinando, el líquido tiende a
derramarse; la rapidez con que se derrama depende de una propiedad
conocida como viscosidad.
Cuando se tiene un gas en un contenedor cerrado, tiende a expandirse y
llenar completamente el recipiente que le contiene. Si éste se abre, el gas
tiende a seguir expandiéndose y escapar del contenedor.
 Los líquidos son sólo ligeramente comprensibles.
 Los gases son fácilmente comprensibles.
La comprensibilidad se refiere al cambio en el volumen de una sustancia
cuando hay un cambio en la presión que experimenta.

5. MECANICA DE FLUIDOS
FUERZA Y MASA
MASA: Es la propiedad de un cuerpo de fluido que se mide por su inercia o
resistencia a un cambio de movimiento. Es también una medida de la
cantidad de fluido. Su símbolo es m.
PESO: Es la cantidad que pesa un cuerpo, es decir, la fuerza con la que el
cuerpo es atraído hacia la tierra por la acción de la gravedad. Su símbolo es
w.
El peso está relacionado con la masa y la aceleración debida a la gravedad, g.
w=mg
Sistema Internacional Sistema Británico

6. MECANICA DE FLUIDOS
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
longitud = metro (m)
tiempo= segundos (s)
masa = Kilogramos (kg)
Fuerza = Newton (N)
SISTEMA BRITANICO DE UNIDADES
longitud = pies
tiempo= segundos (s)
masa = libras (lb)
Fuerza = Slugs (lb-s2/pies)

7. MECANICA DE FLUIDOS
Establecer apropiadamente las ecuaciones asegurando la
consistencia de unidades.
Los análisis requeridos en mecánica de fluidos implican
manipulación algebraica de varios términos. Las
ecuaciones a menudo, son complejas, y es de extrema
importancia que los resultados sean dimensionalmente
correctos. Esto es, deben tener las unidades apropiadas.
De hecho, las respuestas tendrán un valor numérico
equivocado si las unidades de la ecuación no son
consistentes.

8. MECANICA DE FLUIDOS
DEFINICION DE PRESION
La presión se define como la cantidad de fuerza ejercida
sobre un área unitaria de una sustancia. Esto se puede
establecer con la ecuación:
Blaise Pascal, un científico del siglo XVII, describió dos
importantes principios acerca de la presión.
 La presión actúa uniformemente en todas direcciones
sobre un pequeño volumen de fluido.
 En un fluido confinado entre fronteras sólidas, la presión
actúa perpendicularmente a la frontera.

9. MECANICA DE FLUIDOS
DEFINICION DE PRESION
La presión actúa uniformemente en todas direcciones
sobre un pequeño volumen de fluido.

10. MECANICA DE FLUIDOS
DEFINICION DE PRESION
En un fluido confinado entre fronteras sólidas, la presión
actúa perpendicularmente a la frontera.

11. MECANICA DE FLUIDOS
EJEMPLO DE APLICACION
En la figura se muestra un contenedor de líquido con un
pistón móvil soportando una carga. Calcule la magnitud
de la presión en el líquido bajo el pistón, si el peso total
del pistón y la carga es de 500 N, y el área del pistón es de
2500 mm2.

12. MECANICA DE FLUIDOS
EJEMPLO DE APLICACION
Una carga de 200 libras (lb) se encuentra sobre un pistón
que confina aceite en un recipiente cilíndrico que posee
un diámetro interno de 2.50 pulgadas. Calcule la presión
en el aceite al nivel del pistón.

13. MECANICA DE FLUIDOS
COMPRESIBILIDAD
La compresibilidad se refiere al cambio de volumen (V) de
una sustancia que está sujeta a un cambio de la presión
que se ejerce sobre ella. La cantidad usada normalmente
para medir este fenómeno es el módulo volumétrico de
elasticidad o, simplemente, módulo volumétrico, E.

14. MECANICA DE FLUIDOS
COMPRESIBILIDAD
VALORES DE MODULO VOLUMETRICO PARA
ALGUNOS LIQUIDOS

15. MECANICA DE FLUIDOS
DENSIDAD, PESO ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA
La densidad es la cantidad de masa por unidad de
volumen de una sustancia.
El peso específico es la cantidad de peso por unidad de
volumen de una sustancia.

16. MECANICA DE FLUIDOS
DENSIDAD, PESO ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA
La gravedad específica es el cociente de la densidad de
una sustancia entre la densidad del agua a 4°C.
La gravedad específica es el cociente del peso específico
de una sustancia entre el peso específico del agua a 4°C.
Las propiedades del agua a 4°C son constantes, sus
valores son:
ó

17. MECANICA DE FLUIDOS
DENSIDAD, PESO ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA
Por consiguiente la definición matemática de la gravedad
específica es:
La relación entre densidad y peso específico está dada
por:

18. EJERCICIOS DE APLICACIÓN
DENSIDAD, PESO ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA

19. EJERCICIOS DE APLICACIÓN
DENSIDAD, PESO ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA

20. EJERCICIOS DE APLICACIÓN
DENSIDAD, PESO ESPECIFICO Y GRAVEDAD ESPECIFICA

21. GRAVEDAD ESPECIFICA EN GRADOS BAUMÉ O GRADOS
API
La temperatura de referencia para realizar mediciones
en la escala Baumé o API es 15.6°C (60°F). Se denota:
El Instituto Norteamericano del Petróleo (API,
American Petroleum Institute) ha desarrollado la
escala API. Las fórmulas son:

22. TAREA
PRESIÓN
 Calcule la presión producida sobre el aceite contenido en un cilindro cerrado por
un pistón que ejerce una fuerza de 2500 lb sobre éste. El pistón tiene un diámetro
de 3.00 pulg.
 Un cilindro hidráulico debe ser capaz de ejercer una fuerza de 8700 lb. El
diámetro del pistón es de 1.50 pulg. Calcule la presión requerida en el aceite.
 Calcule la presión producida sobre el aceite contenido en un cilindro cerrado por
un pistón que ejerce una fuerza de 12.0 kN sobre el aceite. El pistón tiene un
diámetro de 75 mm.
 Un cilindro hidráulico debe ser capaz de ejercer una fuerza de 38.8 kN. El pistón
tiene un diámetro de 40mm. Calcule la presión requerida en el aceite.
 El gato hidráulico de un taller de servicio automotriz tiene un cilindro con un
diámetro de 8.0 pulg. ¿Qué presión debe tener el aceite para ser capaz de elevar
un peso de 6000 lb?
 Se utiliza una prensa de acuñación para producir monedas conmemorativas con
el rostro de todos los presidentes de los EUA. El proceso de acuñación requiere
una fuerza de 18000 lb. El cilindro hidráulico tiene un diámetro de 2.50 pulg.
Calcule la presión de aceite necesaria.

23. TAREA
MODULO VOLUMETRICO
 Calcule el cambio de presión requerido para ocasionar una disminución
en el volumen de alcohol etílico de un 1.00 por ciento. Exprese el
resultado en lb/pulg2 y en MPa.
 Calcule el cambio de presión requerido para ocasionar una disminución
en el volumen de mercurio de un 1.00 por ciento. Exprese el resultado
tanto en lb/pulg2 como en MPa.
 Calcule el cambio de presión requerido para ocasionar una disminución
en el volumen de aceite industrial de un 1.00 por ciento. Exprese el
resultado tanto en lb/pulg2 como en MPa.

24. TAREA
FUERZA Y MASA
 Calcule la masa de un tanque de gasolina si pesa 1.35 kN.
 Calcule el peso de un metro cúbico de queroseno si tiene una masa de
825 kg.
 Calcule la masa de un galón de aceite si su peso es 7.8 lb.
 Calcule la masa de un pie cúbico de gasolina si su peso es de 42.0 lb.
 Calcule el peso de un galón de agua si tiene una masa de 0.258 slugs.

25. TAREA
DENSIDAD, PESO ESPECÍFICO Y GRAVEDAD ESPECÍFICA
 La gravedad específica del benceno es de 0.876. calcule su peso específico y
su densidad en unidades SI.
 El aire a 16°C y a presión atmosférica estándar tiene un peso específico de
12.02 N/m3 . Calcule su densidad.
 El dióxido de carbono tiene una densidad de 1.964 kg/m3 a 0°C. Calcule su
peso específico.
 Un cierto lubricante tiene un peso específico de 8.860 kN/m3 a 5°C y de 8.483
a 50°C. Calcule su gravedad específica en cada temperatura.
 A 100°C, el mercurio tiene un peso específico de 130.4 kN/m3. ¿Qué volumen
de mercurio pesaría 2.25 kN?
 Una lata cilíndrica de 150 mm de diámetro está llena hasta una profundidad
de 100 mm con aceite combustible. El aceite tiene una masa de 1.56 kg.
Calcule su densidad, peso específico y gravedad específica.

26. EJERCICIOS DE APLICACION
¿Qué volumen ocupan 0,4 kg de alcohol? ¿Cuál es el
peso de este volumen?

27. EJERCICIOS DE APLICACION
Una sustancia desconocida tiene un volumen de 20 ft³
y un peso de 3370 lb. ¿Cuál es el peso específico y la
densidad de la masa?

28. EJERCICIOS DE APLICACION
Una sustancia desconocida tiene un volumen de 20 ft³
y un peso de 3370 lb. ¿Cuál es el peso específico y la
densidad de la masa?