Estatica de fluidos

PRESION Y ESTATICA DE FLUIDOS

PRESION Y ESTATICA DE FLUIDOS
Los fluidos describen distintos comportamientos, sea que se encuentre en reposo o en movimiento. En el caso de los fluidos que se encuentran en reposo o movimientos a velocidad constante se analizan ciertas propiedades relacionadas con la presión que ejercen estos como, presión manométrica, presión en un punto, variación de lapresión con la profundidad, además de los mecanismos necesarios para calcular estas presiones dependiendo del fenómeno en que se presente.

PRESIÓN
La presión es la fuerza normal ejercida por un fluido por unidad de área. El término presión solo se aplica en los gases o líquidos, para los sólidos esta fuerza se denomina esfuerzo normal. La presión tiene como unidad el Newton por metro cuadrado
�� ��2

, siendo estas las unidades del Pascal; es decir: 1���� = �� ��2

En la práctica se usan frecuentemente los múltiplos del pascal como el kilopascal 1������ = 103 ���� y el megapascal 1������ = 106 ���� . A parte de estas unidades se utilizan otras unidades de presión como la atmosfera, el bar y el kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado: 1������ = 105 ���� = 0.1������ = 100������ 1������= 101325���� = 101.325������ = 1.01325������ 1������ ����2 = 9.807 �� ����2 = 9.807 × 104 �� ��2 = 9.807 × 104 ���� = 0.9807������ Cabe resaltar que la unidad de presión en el sistema inglés es la libra-fuerza por pulgada cuadrada
������ ���� 2

y una atmósfera equivale a 14.696 psi.

Como se mencionó líneas arriba el esfuerzo normal es la presión que se usa para los sólidos y es la fuerzaque actúa perpendicular a la superficie por unidad de área. Por ejemplo, una persona que pesa 120���� con un área de impresión de los pies de 40����2 ejerce una presión de 120������ 40����2 = 3.0 psi sobre el suelo. Si la persona se para sobre uno de sus pies, la presión se duplica.

La presión absoluta se denomina a la presión real que se encuentra en una posición dada. Los instrumentos que seusan para medir la presión están calibrados para que den una lectura de cero en la atmosfera. La presión manométrica es la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. También está la presión de vacío que es la presión que se encuentra por debajo de la presión atmosférica. La presión manométrica y la presión de vacío se indican así: �� ������ = �������� − �������� �� = �������� −�������� ������

Fuente: Mecánica de fluidos, fundamentos y aplicaciones. Yunus A. Cengel, John M. Cimbala

EJEMPLO Un medidor de vacío conectado a una cámara da como lectura 6.1psi en un lugar donde la presión atmosférica es 14psi. Determine la presión absoluta en la cámara Solución: �������� = �������� − �� = 14������ − 6.1������ = 7.9 ������ ������

PRESIÓN EN UN PUNTO Se sabe que lapresión 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:

��1 ����

���� ��3 ��4

����

����2

���� = ������∀

Por la segunda ley de Newton: Para ��3 �� ��4 → ∑ ���� = 0 0 = ��3 �������� – ��4 �������� ��3 = ��4 = ��′ Para ��2 �� ��1

↑ ∑ ���� = 0 0 = ��2 �������� − �� – ��1 �������� 0 = ��2 – �������� – ��1 = 0 ��2 = ��1 = ��′′

Variación de la presión con la profundidad La presión en un fluido en reposo no cambia en la dirección horizontal. Esto se verifica al consideraruna delgada capa horizontal del un fluido y se realiza un balance de fuerzas en cualquier dirección horizontal. Para la dirección vertical no ocurre lo mismo, la presión en un fluido aumenta con la profundidad debido a que descansa mas fluido sobre las capas mas profundas y la consecuencia de este peso adicional sobre la capa mas profunda se equilibra por un aumento de presión.

�� ������...