Estática De Fluidos Y Sus Aplicaciones

ESTATICA DE FLUIDOS Y SUS APLICACIONES

Naturaleza de los fluidos. Un fluido es una sustancia que no resiste permanentemente a la distorsión. Si se intenta variar la forma de una masa de fluido se produce un deslizamiento de unas capas de fluido sobre otra hasta que se alcanza una nueva forma. Durante la variación de la forma, se producen esfuerzos cortantes cuya magnitud depende de viscosidaddel fluido y de la velocidad de deslizamiento, pero cuando se alcanza de forma final, desaparecen todos los esfuerzos cortantes. Un fluido en equilibrio carece pues de esfuerzos cortantes.
A una determinada temperatura y presión, un fluido posee una densidad definida, que en la práctica de la ingeniería se mide generalmente en kilogramos por metro cúbico. Aunque la densidad de un fluido dependede la temperatura y de la presión, la variación de la densidad al modificar estas variables puede ser grande o pequeña. Si la densidad varía poco por cambios moderados de temperatura y presión, el fluido se denomina no compresible, y si la densidad varía considerablemente con respecto a estas variables, el fluido recibe el nombre de compresible; se considera que los líquidos son no compresibles ylos gases son compresibles. Sin embargo, estos términos son relativos, y la densidad de un líquido puede variar considerablemente para grandes variaciones de la temperatura y la presión. Por otra parte, los gases sometidos a pequeñas variaciones relativas de presión y temperatura se comportan como fluidos no compresibles, y las variaciones de la densidad en estas condiciones pueden despreciarsesin gran error.

Concepto de presión. La propiedad fundamental de un fluido estático es la presión. la presión es la fuerza superficial que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene. En cualquier punto del interior de un fluido existe también una determinada presión. Una pregunta fundamental es la siguiente: ¿qué clase de magnitud es la presión?, ¿es independiente de ladirección o varía con la dirección? En un fluido estático, como se demuestra en el análisis que sigue, la presión resulta independiente de la orientación de cualquier superficie interna sobre la que actúa.

APLICACIONES DE LA ESTATICA DE FLUIDOS
Ecuación barométrica. La densidad y la presión de un gas ideal están relacionadas por la ecuación
ρ=PMRT

en la que M es el peso molecular y T latemperatura absoluta.

Ecuación Barométrica
PbPa=exp-gMZb-ZagcRT

Equilibrio hidrostático en un campo centrífugo. En una centrífuga el líquido que penetra por el eje de rotación se proyecta contra la pared del aparato donde se mantiene formando una capa debido a la fuerza centrífuga. La superficie libre del líquido toma la forma de una paraboloide de revolución, pero en las centrífugasindustriales la velocidad de rotación es tan elevada, que la fuerza centrífuga es mucho mayor que la fuerza de gravedad de modo que la superficie del líquido es virtualmente cilíndrica y coaxial con el eje de rotación. Este hecho en el cual r1 es la distancia radial desde el eje de rotación a la superficie libre del líquido, y r2 es el radio de la carcasa de la centrífuga. Toda la masa de líquido gira comoun cuerpo rígido, es decir, sin deslizamiento de una capa de líquido sobre otra. En estas condiciones la distribución de presión en el líquido se puede obtener a partir de los principios de la estática de fluidos.

Manómetros. –Un manómetro es un aparato importante utilizado para medir diferencias de presión. La Figura 1 representa la forma más sencilla de un manómetro. Supóngase que la parterayada del tubo en U está llena con un líquido A de densidad pA, y las ramas del tubo en U situadas por encima del líquido contienen un fluido B, de densidad pB, que es menos denso que el líquido A e inmiscible con él; con frecuencia es un gas tal como aire o nitrógeno. Sobre una de las ramas del tubo en U se ejerce una presión pa, y sobre la otra una presión Pb; como consecuencia de la diferencia...