CONSULTA Analisis de fluidos

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA 
ACTIVIDAD 1 
CONSULTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISIS DE FLUIDOS 
Ingeniería Mecatrónica Semestre 5 
Alumno(s): Christian Enrique González Robles No. Control: 19131206 
 
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Conceptos básicos de Mecánica de Fluidos 
 
1. Mecánica: Sub rama de la física que estudia el movimiento y equilibrio de los 
cuerpos, así como de las fuerzas a las que son sometidos. 
 
2. Fluidos: Sustancias que fluyen y se adaptan a la forma de 
los recipientes que las contienen, debido a que sus 
partículas presentan una gran movilidad y se pueden 
desplazar libremente gracias a la poca cohesión entre 
ellas (Líquidos y gases). 
 
3. Mecánica de fluidos: Sub rama de la física que estudia el comportamiento de los 
líquidos y gases cuando están en reposo (hidrostática) o en movimiento 
(hidrodinámica). 
 
4. Hidrostática: Se denomina hidrostática a la especialidad de la física dedicada al 
análisis del equilibrio de los fluidos. Se trata de la rama de esta ciencia que se orienta 
a la investigación de los fenómenos vinculados a los fluidos que se hallan en un 
contenedor o recipiente. Los fluidos presentan cohesión (una fuerza que permite que 
las moléculas se mantengan unidas), tensión superficial (vinculada a la atracción que 
ejercen entre sí las moléculas que se hallan en la superficie), adherencia (la atracción 
entre moléculas de dos sustancias distintas que están en contacto) y capilaridad (el 
fenómeno que se produce cuando un fluido está en contacto con una pared sólida). 
La hidrostática, que es una rama de la hidráulica, tiene en cuenta estas características 
para desarrollar sus estudios. 
 
5. Hidráulica: Podemos decir que se trata de la parte de la física que se dedica al estudio 
de los líquidos, tomando en cuenta su comportamiento en referencia a sus propiedades 
específicas. En otras palabras, observa sus propiedades mecánicas según las fuerzas 
a las cuales los someten. Además de las fuerzas que se apliquen sobre su masa, es 
muy importante tomar en cuenta su viscosidad. 
 
6. Hidrodinámica: Es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los 
líquidos en movimiento. Para ello considera entre otras cosas la velocidad, la presión, 
el flujo y el gasto del líquido. En el estudio de la hidrodinámica, el teorema de 
Bernoulli, que trata de la ley de la conservación de la energía, es de primordial 
importancia, pues señala que la suma de las energías cinética, potencial y de presión 
de un líquido en movimiento en un punto determinado es igual a la de otro punto 
cualquiera. La hidrodinámica 
investiga fundamentalmente a los 
fluidos incompresibles, es decir, a 
los líquidos, pues su densidad 
prácticamente no varía cuando 
cambia la presión ejercida sobre 
ellos. Cuando un fluido se 
encuentra en movimiento una 
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capa se resiste al movimiento de otra capa que se encuentra paralela y adyacente a 
ella; a esta resistencia se le llama viscosidad. Para que un fluido como el agua el 
petróleo o la gasolina fluyan por un tubería desde una fuente de abastecimiento, hasta 
los lugares de consumo, es necesario utilizar bombas ya que sin ellas las fuerzas que 
se oponen al desplazamiento entre las distintas capas de fluido lo impedirán. 
 
Sistemas de unidades 
En las ciencias físicas tanto las leyes como las definiciones relacionan matemáticamente 
entre sí grupos de magnitudes, que nos permite seleccionar un conjunto reducido pero 
completo de ellas y cualquier otra magnitud puede ser expresada en función de dicho 
conjunto. 
 
Estas magnitudes relacionadas se denominan magnitudes fundamentales, y el resto que se 
expresan en función de las fundamentales reciben el nombre de magnitudes derivadas. 
 
Para cuantificar cualquier magnitud se requiere la asignación de un valor numérico referido 
a una medida tomada como patrón. 
 
Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, normalizada y 
uniforme que nos permite obtener conversiones de un sistema a otro. 
 
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI): es el sistema más usado. Sus 
unidades básicas son: el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, la candela y 
el mol. Las demás unidades son derivadas del Sistema Internacional. 
• Sistema Métrico Decimal: primer sistema unificado de medidas. 
• Sistema Cegesimal de Unidades (CGS): denominado así porque sus unidades básicas 
son el centímetro, el gramo y el segundo. Fue creado como ampliación del sistema 
métrico para usos científicos. 
• Sistema Natural: en el cual las unidades se escogen de forma que ciertas constantes 
físicas valgan exactamente la unidad. 
 
 
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SISTEMA ANGLOSAJÓN DE UNIDADES: 
 
Es el conjunto de las 
unidades no métricas que 
se utilizan actualmente 
como medida principal en 
Estados Unidos. Existen 
ciertas discrepancias entre 
los sistemas de Estados 
Unidos y del Reino Unido 
(donde se llama el sistema 
imperial), e incluso sobre 
la diferencia de valores 
entre otros tiempos y 
ahora. 
Este sistema se deriva de 
la evolución de las 
unidades locales a través 
de los siglos, y de los 
intentos de 
estandarización en 
Inglaterra. Las unidades 
mismas tienen sus 
orígenes en la antigua 
Roma. Hoy en día, estas 
unidades están siendo 
lentamente reemplazadas 
por el Sistema 
Internacional de 
Unidades, aunque en 
Estados Unidos la inercia 
del antiguo sistema y el 
alto costo de migración ha 
impedido en gran medida 
el cambio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Clasificación de los fluidos y los más usuales para el campo de la 
ingeniería mecatrónica 
La ingeniería mecatrónica es una ingeniería multidisciplinar que tiene como objetivo unificar 
los conocimientos en mecánica, electrónica y programación con tal de desarrollar procesos, 
máquinas, mecanismos y herramientas que satisfagan necesidades puntuales que tal vez no 
podrían ser resueltos con conocimientos de otras ingenierías. 
Partiendo de eso, algunos de los mecanismos se centran en su control y movimiento a partir 
de la parte electrónica, pero también, gracias al estudio mecánico y sus derivados, hay otras 
maneras de otorgar control a los mecanismos gracias a diferentes sistemas, que pueden ser 
puramente mecánicos, hidráulicos y neumáticos o una combinación de ellos. En estos últimos 
es vital el uso de fluidos, debido a que es el principio fundamental de su funcionamiento, 
como lo pueden ser sistemas de pistones hidráulicos para extender o contraer un brazo 
robótico, o el sistema neumático de un vehículo autónomo que le permita cambiar su altura 
respecto al nivel del suelo para cumplir con distintas tareas o sencillamente en el 
funcionamiento de un compresor de aire. 
Por otro lado, parte vital de la ingeniería mecatrónica, es el desarrollo de piezas que permitan 
concluir en dichos mecanismo o sistemas, por lo que de manera importante es necesario 
también hablar de lo concerniente al maquinado de piezas, sobre todo y esencialmente 
metálicas. Los métodos de manufactura de estas piezas son muy diversos, pero los más 
utilizados son a través del torneado y fresado de las mismas, particularmente en tornos 
manuales, pero mayormente en tornos de tipo CNC. 
El principio de ambos métodos es el mismo básicamente, la remoción de material a través de 
brocas o fresas que giran a muy altas revoluciones. Estas altas rpm’s aunadas a materiales de 
alto grado de dureza como HSS (high speed steel) o carburos en las puntas de las fresas y 
brocas haciendo contacto con piezas de materiales como otros carburos o aceros al carbono 
elevan la temperatura en la zona de contacto a niveles peligrosamente altos paraambas 
piezas, por lo que es fundamental la lubricación adecuada en los procesos de maquinado. 
Gracias a lo comprendido anteriormente podemos entender que los fluidos más utilizados en 
la ingeniería mecatrónica son: 
Aire: Gas que constituye la atmósfera terrestre, formado principalmente de oxígeno y 
nitrógeno, y con otros componentes como el dióxido de carbono y el vapor de agua. 
Fluidos Hidráulicos: Son un grupo grande de líquidos compuestos de muchos tipos de 
sustancias químicas. Son usados en transmisiones automáticas de automóviles, frenos y 
servodirección; vehículos para levantar cargas; tractores; niveladoras; maquinaria industrial; 
y aviones debido a sus características de incompresibilidad. Los tres tipos de fluidos 
hidráulicos más comunes son aceite mineral, éster de organofosfato, y polialfaolefina. Ciertos 
fluidos hidráulicos tienen un aroma aceitoso suave, mientras otros no tienen olor; algunos 
pueden incendiarse en tanto otros no. Algunos fluidos hidráulicos son producidos de petróleo 
crudo y otros son manufacturados. 
 
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Aceites para maquinado: Al igual que la mayoría de los lubricantes, los fluidos para el 
maquinado de metales pueden formularse con una variedad de aceites base y aditivos. Estos 
deben seleccionarse con base en la operación y el material que se está maquinando para 
obtener los resultados óptimos. A diferencia de los lubricantes tradicionales, los fluidos para 
maquinado de metales tienden a tener más soluciones aceite-agua que combinan las 
propiedades lubricantes del aceite con la capacidad de enfriamiento del agua. 
Otras opciones de aceite base son los aceites base cien por ciento sintéticos y semisintéticos. 
Cada uno de estos lubricantes es único y puede ser mezclado con diversos aditivos para 
mejorar, suprimir o agregar propiedades al aceite base. 
Propiedades mecánicas de un fluido 
• Viscosidad. Se trata de la fricción que ofrecen los fluidos cuando sus partículas son 
puestas en movimiento por alguna fuerza y que tiende a impedir la fluidez. Por 
ejemplo, una sustancia como el alquitrán es sumamente viscosa y fluirá mucho más 
lenta y difícilmente que una de baja viscosidad como el alcohol o el agua. 
• Densidad. Es un indicador de qué tan junta está la materia, es decir, qué tanta masa 
hay en un cuerpo. Los fluidos poseen mayor o menor densidad, de acuerdo con la 
cantidad de partículas que haya en un mismo volumen de fluido. 
• Volumen. Se trata de la cantidad de espacio tridimensional que el fluido ocupa en 
una región determinada, considerando longitud, altura y ancho. Los líquidos poseen 
un volumen específico, mientras que los gases poseen el volumen el recipiente que 
los contenga. 
• Presión. La presión de los fluidos es la fuerza que su masa ejerce sobre los cuerpos 
que se encuentren dentro suyo: un objeto que cae al fondo de un lago tendrá encima 
el peso de todo el volumen de agua completo, lo cual se traduce en mayor presión que 
estando en la superficie. En los fondos marinos la presión es muchas veces mayor que 
la de la atmósfera terrestre, por ejemplo. 
• Capilaridad. Esta fuerza de cohesión intermolecular de los fluidos les permite subir 
por un tubo capilar, en contra de la gravedad, dado que su atracción interna es mucho 
mayor a la atracción de sus partículas por el material del tubo. Esto se debe en parte 
de la tensión superficial. 
• Tensión Superficial. La tensión superficial es una propiedad singular de los líquidos, 
que permite resistir la penetración de su superficie por parte de un objeto liviano, 
manteniéndolo fuera del líquido por completo, como ocurre con los insectos que 
pueden desplazarse o permanecer por sobre el agua. Esto se debe a que el líquido 
presenta una resistencia a aumentar su superficie, es decir, las moléculas del líquido 
se atraen lo suficiente como para ejercer cierta resistencia al desplazamiento.