Fundamentos de Mecánica de Fluidos y Propiedades de la Materia

Estados de la Materia y Definición de Fluido

Diferencias Macroscópicas entre Sólido, Líquido y Gas

• Sólido: Tiene forma y volumen definidos debido a la rigidez de las fuerzas intermoleculares. Resiste deformaciones excepto bajo esfuerzos significativos.
• Líquido: Tiene volumen definido pero no forma fija; adopta la forma del recipiente que lo contiene debido a fuerzas intermoleculares menos rígidas.
• Gas: No tiene forma ni volumen definidos; se expande para llenar completamente el recipiente que lo contiene debido a la ausencia de fuerzas de cohesión significativas.

Definición de Fluido

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo cortante, por pequeño que sea. Esta categoría incluye tanto a los líquidos como a los gases.

Propiedades Físicas de los Fluidos

Tensión Superficial

Es la fuerza por unidad de longitud que actúa en la superficie de un líquido debido a las fuerzas de cohesión entre las moléculas. Esta propiedad hace que la superficie del líquido se comporte como una "membrana elástica".

Viscosidad de Gases y Líquidos

• Gases: La viscosidad aumenta con la temperatura porque las colisiones entre moléculas aumentan.
• Líquidos: La viscosidad disminuye con la temperatura porque las fuerzas intermoleculares se debilitan.

Presión y Estática de Fluidos

Presión Absoluta, Manométrica y de Vacío

• Presión absoluta: Es la presión medida respecto al vacío absoluto. Se define como la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica: P_abs = P_atm + P_man.
• Presión manométrica: Es la presión medida respecto a la presión atmosférica local.
• Presión de vacío: Se presenta cuando la presión es menor que la presión atmosférica; se mide como la diferencia entre la presión atmosférica y la presión absoluta.

Resultados Importantes de la Hidrostática

1. La presión en un fluido en reposo aumenta linealmente con la profundidad, siguiendo la ecuación: P = P₀ + ρgh.
2. La presión es la misma en todos los puntos situados a la misma profundidad en un fluido en reposo (Principio de Pascal).

Razón de la Superficie Libre Horizontal del Agua

La superficie libre de un líquido en reposo es horizontal porque cualquier inclinación generaría diferencias de presión que conducirían a un flujo, lo que violaría la condición de equilibrio estático.

Fuerzas, Flotación y Dinámica

Fuerzas Hidrostáticas sobre Superficies Curvas

Para calcular las fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas se consideran dos componentes:

• 1. Componente vertical: Equivale al peso del volumen de fluido situado sobre la superficie curva.
• 2. Componente horizontal: Equivale a la fuerza hidrostática ejercida sobre la proyección vertical de dicha superficie curva.

Leyes de Flotación de Arquímedes

1. Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación vertical igual al peso del fluido que desaloja.
2. Un cuerpo que flota desaloja su propio peso en el fluido en el que se encuentra.

Ecuación de Bernoulli y Líneas de Energía

• Línea de nivel energético: Representa la suma total de la energía de presión, energía cinética y energía potencial.
• Línea de altura motriz: Representa únicamente la energía de presión y la energía potencial (excluyendo la cinética).

Asociación de Tuberías en Serie y Paralelo

• En serie: El caudal es el mismo en todas las tuberías, pero las pérdidas de carga se suman.
• En paralelo: La pérdida de carga es la misma para todas las tuberías, pero el caudal total es la suma de los caudales individuales de cada tubería.