Hidrostatica E Hidrodinamica

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

INTRODUCCION A LA ESTATICA DE FLUIDOS

La estática de fluidos estudia los gases y los líquidos en equilibrio o reposo. A diferencia de los líquidos, los gases tienen la cualidad de comprimirse, por lo tanto el estudio de ambos filudos presentan algunas características diferentes; el estudio de los fluidos líquidos se llama hidrostática y el estudio de los gases se llama aerostático. Por tener un movimiento uniforme en sus planos adyacentes la estática de fluidos no tiene movimiento relativo u otras fuerzas que traten de deformarlo. El esfuerzo normal es la fuerza que actúa de forma perpendicular al cuerpo. La estática de fluidos se utiliza para calcular las fuerzas que actúan sobre cuerpos flotantes o sumergidos

PRESIÓN EN UN PUNTO

Se sabe que la presión es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de área y que la presión en cualquier punto de un fluido es la misma en todas las direcciones, con la misma magnitud, tomándose como una cantidad escalar. Esto se puede demostrar cuando se toma un elemento de fluido en forma de cubo y se le aplican presiones en su superficie tal como se muestra en la figura:

P1

dy

dz

P3 P4

dx

W P2

UNIDADES

Algunas unidades de presión utilizadas en la estática de los fluidos son:

Unidad de Presión

En el sistema internacional la unidad es el Pascal (Pa) y equivale a Newton sobre metro cuadrado.

La presión suele medirse en atmósferas (atm); la atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio o 14,70 lbf/pulg2 (denominada psi).

La tabla siguiente define otras unidades y se dan algunas equivalencias.

Unidad Símbolo Equivalencia

bar bar 1,0 × 105 Pa

atmósfera atm 101.325 Pa 1,01325 bar 1013,25 mbar

mm de mercurio mmHg 133.322 Pa

Torr torr 133.322 Pa

lbf/pulg2 psi 0,0680 atm

kgf/cm2 0,9678 atm

atm 760,0 mmHg

psi 6.894, 75 Pa

MANÓMETROS

Son los dispositivos utilizados para medir la presión de un fluido. El principio de funcionamiento de un manómetro se basa en lo siguiente: consideremos un tubo en forma de U abierto por uno de sus extremos a la atmósfera y por el otro conectado al recipiente que contiene el fluido. Figura 1.10. El tubo contiene en su interior una cierta cantidad de mercurio que se desequilibra a consecuencia de la conexión.

Pa: Presión Atmosférica

Fig. 1.10. Tubo en U antes y después de conectar el recipiente

El tubo contiene en su interior una cierta cantidad de mercurio que se desequilibra a consecuencia de la conexión. Tomando dos puntos A y B en el fondo del tubo que se encuentra a igual nivel se tiene:

Igualando PA y PB

En general, teniendo en cuenta el signo correcto, será:

Presión Absoluta = Presión Atmosférica + Presión Manométrica

A la presión manométrica negativa se le llama presión de vacío.

Para determinar la presión absoluta es necesario conocer la presión atmosférica. La presión atmosférica se mide con el barómetro de mercurio de la Figura 1.11 el cual consiste en un manómetro de tubo cerrado en el que se ha hecho el vacío por lo que la presión en la parte más alta es nula. Si r es la densidad del mercurio, la presión en el punto A es

Fig. 1.11 Barómetro de mercurio

La presión atmosférica es función de la altura z de la columna de mercurio y depende del lugar en que se mida.

La presión atmosférica normal es numéricamente igual al peso de una columna de mercurio de 1 cm2 de sección y 76 cm. de altura, estando el mercurio a 0 ºC, a la latitud de 45º y al nivel del mar.

1 atm = 13595.1 kg/m3 * 9.81 m/s2 * 0.76 m = 101360 N/m2 = 101.36 kPa

Representación esquemática de la presión absoluta, presión manométrica y presión de vacío

Manómetro en U con dos líquidos

Este manómetro es una variante del diseño normal de tubo en U. Contiene dos líquidos los cuales son escogidos adecuadamente así como las dimensiones del tubo y las cisternas. Este manómetro mide la diferencia de presiones P1-P2. El valor de h se puede hacer muy grande para un valor relativamente pequeño de (P1-P2)

Fig. 1.13 Manómetro en U con dos líquidos

Micromanómetro de tubo inclinado

Con el tubo inclinado básicamente se consigue una mayor escala de lectura para el mismo diferencial de presión.

Fig. 1.14 Micromanómetro de tubo inclinado

PRINCIPIO DE PASCAL

el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.1

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.

La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se

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