ASIG: MECÁNICA DE FLUIDOS

2020

Académico: M.Sc Dionisio Isaac Quirós López

E-Mail: Dionisio.quiros@inacapmail.cl
 Descripción de la Asignatura

Asignatura lectiva del área de las disciplinas básicas, que entrega fundamentos y
herramientas relacionados con el comportamiento de fluidos líquidos y gaseosos, en
reposo o movimiento y sus aplicaciones en el campo tecnológico de la construcción,
permitiendo al estudiante, seleccionar procesos y técnicas, así como contribuir a los
equipos multidisciplinarios, en la ejecución de una obra de construcción.

Las principales estrategias son, solución de ejercicios y problemas y prácticas de

laboratorio y/o taller.
 BIBLIOGRAFÍA DE LA ASIGNATURA

TITULO AUTOR AÑO

Fundamentos y aplicaciones de la mecánica de Barrero Ripoll, Antonio 2005

fluidos

Mecánica de los fluidos Carbajal Álvarez, Antonio 2012

Fundamentos de física v.1 Serway, Raymond A. 2006

Mecánica de fluidos: fundamentos y

Çengel, Yunus A. 2006
aplicaciones

Física universitaria v.1 Young, Hugh D. 2009

Mecánica de fluidos: problemas resueltos López-Herrera Sánchez, José María 2005

Mecánica de fluidos White, Frank M. 2004

Física : conceptos y aplicaciones Tippens, Paul E. 2011

 Unidades de aprendizaje

Unidades Horas

1 Presión, principio de Pascal y sus aplicaciones 12

2 Ecuación de continuidad, de Bernoulli y sus aplicaciones 20
3 Análisis de flujo incompresible en conductos 16
4 Pérdidas de cargas primarias y secundarias en fluidos 18
5 Psicrometría 18

EVALUACIÓN 6
 Evaluaciones

Evaluación Unidad Porcentaje

Sumativa 1 ( pruebas mixtas) 1 15 %
Sumativa 2 ( pruebas mixtas) 2 15 %
Sumativa 3 ( pruebas mixtas) 3 15 %
Sumativa 4 ( pruebas mixtas) 4y5 15 %
Trabajo, exposición 1,2,3,4 y 5 20 %
Trabajo en clases, test, 1,2,3,4 y 5 20 %
talleres, etc

Examen final 25%

 UNIDAD 1: PRESIÓN, PRINCIPIO DE PASCAL Y SUS APLICACIONES.

¿Qué es y qué estudia la Mecánica de fluidos?

La subcategoría Mecánica de fluidos se define como la ciencia que estudia el
comportamiento de los fluidos en reposo (estática de fluidos) o en movimiento
(dinámica de fluidos), y la interacción de éstos con sólidos o con otros fluidos en
las fronteras. La mecánica de fluidos también se menciona como dinámica de
fluidos al considerar a los fluidos en reposo como un caso especial con velocidad
cero
Áreas de aplicación de la mecánica de fluidos

La mecánica de fluidos es ampliamente utilizada en actividades cotidianas y en el

diseño de sistemas modernos de ingeniería, desde aspiradoras hasta aviones
supersónicos. Por lo tanto, resulta importante desarrollar una comprensión
adecuada de sus principios básicos.

Una casa común es, en algunos casos una exhibición llena con aplicaciones de la
mecánica de fluidos. Los sistemas de tubos para el agua fría, el gas natural y las
aguas de desecho para cada una de las casas y toda una ciudad están diseñados en
forma fundamental sobre la base de la mecánica de fluidos. Lo mismo también es
cierto para la red de tuberías y ductos de los sistemas de calefacción y
acondicionamiento del aire.
 UNIDAD 1: PRESIÓN, PRINCIPIO DE PASCAL Y SUS APLICACIONES.

FLUIDO:
. Son sustancia capaces de “FLUIR” y que se adaptan a la forma del recipiente que los contienen.
Cuando están en equilibrio los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes. Todos
los fluidos son compresibles en cierto grado y ofrecen poco resistencia a los cambios de forma

http://site.ebrary.com/lib/inacapsp/reader.action?docID=109
33901

Fundamentos de mecánica de fluidos

por González Santander Martínez, Juan Luis
Castellano Estornell, Gloria
SE CLASIFICAN EN:

LÍQUIDOS:
 Son casi
incompresibles.
 Ocupan volumen
definido.
 Tienen superficies
libres.

En un líquido se pueden mover

cantidades grandes de moléculas
en relación con las otras, pero el
volumen permanece
relativamente constante debido a
las intensas fuerzas de cohesión
entre ellas.
SE CLASIFICAN EN:
Un gas se expande hasta que
GASES: encuentra las paredes del recipiente
y llena el espacio completo del que
dispone. Esto se debe a que las
moléculas de un gas están
espaciadas con
amplitud y las fuerzas de cohesión
entre ellas son débiles. A diferencia
de los líquidos, los gases no pueden
formar una superficie libre.
 Características de los fluidos.
En las aplicaciones prácticas cualquier sistema de fluido consta de un gran número
de moléculas y las propiedades de ese sistema por consiguiente dependen del
comportamiento de ellas. Por ejemplo, la presión de un gas en un recipiente es el
resultado de la transferencia de cantidad de movimiento entre las moléculas y las
paredes de tal recipiente

Magnitudes:
Volumen: Espacio que ocupa un fluido.
Masa: Cantidad de materia del fluido.
Densidad: Cantidad de masa por unidad de volumen.

PRESIÓN: La presión se define como una fuerza normal ejercida por un

fluido por unidad de área. Se habla de presión sólo cuando se trata de
un gas o un líquido. La contraparte de la presión en los sólidos es el
esfuerzo normal.
Unidades medida de Presión según :
1. El SISTEMA INTERNACIONAL (S.I.):

2. SISTEMA INGLÉS:

1 dina = 1 g·cm/s² = 10-5N

3. SISTEMA CEGESIMAL:
1 Pascal= 10 Barias
4. SISTEMA TÉCNICO GRAVITATORIO:

5. SISTEMA TÉCNICO DE UNIDADES:

6. OTROS SISTEMAS DE UNIDADES DISTINTAS:

Atmosfera: [Atm]
Milímetros de mercurio: [mm Hg]
Torricelli: [Torr]
1 Bar: 1 millón de barias
 EQUIVALENCIAS UNIDADES DE MEDIDA DE PRESIÓN

Unidad atm. bar kgf/cm2 lbf/pulg.2 mmHg pascal (SI) pulg. H2O

1 atmósfera 1 1,01325 1,03323 14,696 760 1,01325 E+5 406,782

1 bar 0,986923 1 1,01972 14,5038 750,064 1,0 E+5 401,463

1 kgf/cm2 0,967841 0.980665 1 14,2233 735,561 9,80665 E+4 393,701

1 lbf/pulg.2 6,8046 E-2 6,8948 E-2 7,0307E-2 1 51,7151 6894,76 27,6799

1 mmHg 1,3158 E-3 1,3332 E-3 1,3595 E-3 1,9337 E-2 1 133,322 0,535239

1 pascal (SI) 9,8692 E-6 1,0 E-5 1,0197 E-5 1,4504 E-4 7,5006 E-3 1 4,0146 E-3

1 pulg.H2O 2,4583 E-3 2,4909 E-3 2,5400 E-3 3,6127 E-2 1,86833 249,089 1
Ejemplos:

Presión del agua en las redes de suministro de las ciudades: 2 bar - 7 bar
Presión de descarga bombas puede superar las 100 bar.
Los flujos gaseosos suelen clasificarse como: baja presión (<1.2 bar)
media presión: 1.2 - 3.5 bar
alta presión: 3.5 -100 bar

1 BAR = 100 000 PASCALES

Instrumentos de medición de presión

MANÓMETROS.
Los manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y gases).
Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden construirse
también para medir presiones absolutas.

Todos los manómetros tienen un elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos a la
presión, este cambio se manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las unidades
de presión correspondientes.
Instrumentos de medición de presión
MANÓMETRO EN U:
Lleno parcialmente con un líquido de densidad conocida.
La altura h dependerá de la presión y de la densidad del líquido en el tubo, como la densidad se conoce,
puede elaborarse una escala graduada en el fondo del tubo U calibrada ya en unidades de presión.

De este tipo de manómetro surgieron las unidades donde la presión se caracteriza por una unidad de
longitud (el valor de h) seguido de la naturaleza del líquido utilizado, por ejemplo, milímetros de agua,
pulgadas de mercurio etc.
Instrumentos de medición de presión

MANÓMETROS DE TUBO DE BOURDON:

Estos manómetros tienen un tubo metálico elástico, aplanado y curvado de

forma especial
Instrumentos de medición de presión

Manómetros de fuelle:

Los manómetros de fuelle tienen un elemento elástico en forma de fuelle (como el

acordeón) al que se le aplica la presión a medir, esta presión estira el fuelle y el
movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja
indicadora.
 Instrumentos de medición de presión

EL BARÓMETRO:

Este es un instrumento para medir la presión atmosférica,

es decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el
peso de la atmósfera.

El peso del aire ejerce sobre la tierra una presión que es

llamada "presión atmosférica". Este fenómeno fue
descubierto por Evangelista Torricelli.

Inventó un tubo llamado "Tubo de Torricelli" o Barómetro

(del griego "baros": peso de y "métron": medida), que
servía para medir esta presión atmosférica.
OBJETIVO: Describir los conceptos de presión y fuerza en líquidos y gases, para su utilización en
sistemas hidráulicos y neumáticos.

Presión absoluta Se mide con el cero absoluto de presión

Presión Es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida

atmosférica mediante un barómetro

Es la determinada por un elemento que mide la

Presión relativa diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del
lugar donde se efectúa la medición

Presión diferencial Es la diferencia entre dos presiones

Es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica

Vacío existente y la presión absoluta, es decir, es la presión
,medida por debajo de la atmosférica
PRESIÓN EN LÍQUIDOS,
(presión hidrostática, presión manométrica)

Presión hidrostática: Es la presión ejercida por la masa de líquido en reposo

sobre un cuerpo o superficie sumergida en este. Se define como:

(DEMOSTRAR)

Característica de la presión Hidrostática:

1. Varía con la altura a la que se encuentra sumergido el cuerpo o punto.

2. Depende de la densidad del líquido.
3. Actúa en todas las direcciones.

NOTA: La presión ejercida por un líquido no

depende de la forma, ni del volumen, ni de la
forma del fondo del recipiente que lo contiene.
 PRESIÓN EN LÍQUIDOS, (presión hidrostática)
Para aplicar…
PRESIÓN EN LÍQUIDOS, (presión hidrostática)
EJEMPLO N| 1.
Si tenemos tres recipientes que contienen el mismo líquido ( AGUA), en el
mismo lugar.
¿Cuál será la presión a 0.2 m de profundidad, en cada uno de los recipientes?

SOL: 1960 PASCALES

PRESIÓN EN LÍQUIDOS, (presión hidrostática)

EJEMPLO N° 2

Dos personas bucean en mar abierto. El buzo 1 está a una profundidad de 5

[m] y el buzo 2 está a una profundidad de 25 [m]. ¿Cuál de los buzos está
expuesto a mayor presión? ¿ Calcule?

Considera que la densidad del agua de mar es de 1.03 g/cm³ (1030 kg/m³) y
que la aceleración de gravedad es aproximadamente de 10 m/s².
PRESIÓN EN GASES y Presión atmosférica.
Presión en gases:
Al igual que en los líquidos los gases ejercen una presión sobre los objetos o superficies inmersos en
ellos.
Para el caso de los gases ideales la presión esta dada por :

1. A temperatura y masa 2. Como el volumen y la masa 

constantes en el proceso, permanecen constantes en el
podemos aplicar la ley de proceso, podemos aplicar la ley de  
Boyle: Gay-Lussac:

P1* V1 = P2* V2 T ( kelvin)

EJEMPLOS PRESIÓN EN GASES.

1. Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750 mm Hg .

¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 [atm]. Si la temperatura y la masa no cambia?
Sol:65,8 cm3

2. Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mmHg cuando la temperatura es
de 25 ºC. Calcula la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 200 ºC.
Considere la masa y volumen constante. Sol: 1253,92 [mm Hg]
Presión Atmosférica o presión barométrica.

La atmósfera :
Es un fluido gaseoso que ejerce presión sobre todos
objetos inmersos en ella, incluido sobre nosotros.
Presión Atmosférica o presión barométrica.

Características:
1. La presión en la atmósfera no es igual en todas partes.
2. Fundamentalmente depende de la altura.
3. Aumenta a medida que nos acercamos al nivel del mar.
4. La presion atmosférica, a nivel del mar es equivalente a 1 atm

1 [atm] = 760 [mm Hg] = 760 [Torr]= 101325 [Pa]

TAREA:
Resolver algunos problemas propuesto por el docente para aplicar la
definición de presión.
 Principio de Pascal y Palancas hidráulicas

Objetivo de la clase:
Aplicar el concepto de presión en la formulación del Principio de Pascal.
PRINCIPIO DE PASCAL
“Un cambio de presión en cualquier parte de un fluido contenido y en reposo se
transmite a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo
contiene (sí el fluido es incompresible y sí el recipiente es indeformable)”

A diferencia de los sólidos, solo trasmiten fuerza en la dirección en

que se aplica la fuerza original.
PRINCIPIO DE PASCAL… APLICACIONES

PALANCA HIDRAÚLICA:
EJEMPLOS: ( Aplicación principio de Pascal)
1. En una prensa hidráulica, como la que se muestra en la figura , el pistón más
grande tiene un área de sección transversal A1 = 200 cm2, y el pistón pequeño
tiene un área de sección transversal A2 = 5.0 cm2.
Si una fuerza de 250 N se aplica sobre el pistón pequeño, ¿cuál es la fuerza F1 en
el pistón grande?
PRINCIPIO DE PASCAL
LA PRESION ABSOLUTA:

La presión absoluta “ P” en el interior de cualquier líquido en

equilibrio está dada por la ecuación fundamental de la
hidrostática:

La diferencia de presión es
equivalente a la presión
manométrica

Demostrar presión
manométrica y barométrica
EJEMPLOS: ( Aplicación en tubos en U)
2. Como se muestra en la figura, una columna de agua de 40 cm de altura sostiene
otra columna de 31 cm de un fluido desconocido. ¿Cuál es la densidad del fluido
que no se conoce?

Sol: 1,3 E+3 [kg/m3]

EJEMPLOS: ( Aplicación en tubos en U)

3. Un tubo en U de área de sección transversal constante, abierto a la

atmosfera, se llena parcialmente con mercurio. Se vierte agua después en
ambos brazos. Si la configuración de equilibrio del tubo es como la mostrada
en la figura, con h2 = 1 [cm] . Determine el valor de h1. datos: densidad de
agua 1 g/cm3 , densidad Hg 13,6 g/cm3

Sol: 12,6 [cm]

 Tarea.

Resolver y analizar ejercicios del principio de Pascal.

 Clase 4 : MULTIPLICADORES DE FUERZAS

Recordar el principio de Pascal.

 Ejercicios multiplicación de fuerzas

1) Se desea elevar un cuerpo de 1500 [kg] utilizando una elevadora hidráulica de

plato grande circular de 90 [cm] de radio y plato pequeño circular de 10 [cm] de
radio. Calcula cuanta fuerza hay que hacer en el embolo pequeño para elevar el
cuerpo. SOL: 181,72N
 Ejercicios multiplicación de fuerzas

2) Calcula la fuerza obtenida en el embolo mayor de una prensa hidráulica si en el

menor se hacen 15 [N] y los émbolos circulares tienen cuádruple radio uno del
otro. SOL: 240 [N]

3) Sobre el plato menor de una prensa se coloca una masa de 16 [kg]. Calcula que
masa se podría levantar colocada en el plato mayor, cuyo radio es el doble del radio
del plato menor. SOL: 64 [Kg

4) . ¿Qué proporción deberían guardar los platos de una prensa hidráulica para
que, aplicando 40 [N] de fuerza en el plato menor, podamos levantar un objeto de
80 [Kg] en el plato mayor? SOL: S2/S1 = 19,6
SISTEMAS HIDRAÚLICOS BASADO EN PRINCIPIO DE PASCAL.

FRENOS HIDRAÚLICOS.
 SISTEMAS HIDRAÚLICOS BASADO EN PRINCIPIO DE PASCAL.

Gato hidráulico: ( multiplicador de fuerza)

 SISTEMAS HIDRAÚLICOS BASADO EN PRINCIPIO DE PASCAL.

Maquinarias hidráulicas.
Tarea.

Realizar un mapa conceptual de los conceptos aprendido de la unidad,

con el objetivo de recordar los conceptos para la evaluación.
DESAFÍO:
El siguiente párrafo se tomó de una carta. Al trazar y nivelar los cimientos de
construcciones relativamente largas, los carpinteros de la localidad acostumbran usar una
manguera de jardín llena de agua, en cuyos extremos meten tubos de vidrio de 10 a 12
pulgadas de longitud. La teoría es que el agua, buscando un nivel común, tendrá la misma
altura en ambos tubos y servirá como nivel. Surge la pregunta de qué pasa si se deja una
burbuja de aire en la manguera. Nuestros expertos aseguran que el aire no afecta la lectura
de un extremo al otro. Otros dicen que sí habrá una inexactitud importante. ¿Puede usted
dar una respuesta relativamente sencilla a esta pregunta, junto con una explicación?
La figura 14.48 bosqueja la situación que causó la disputa.