hidraulica

Para comprender de forma adecuada el comportamiento de los sistemas hidráulicos, es necesario conocer previemente varias propiedades de los fluidos que determinan su comportamiento:

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Densidad.

Cociente entre la masa de una determinada sustancia y el volumen que ésta ocupa.
La fuerza que aplica el líquido en el fondo del recipiente debe ser su peso; es decir, F = mg. Según [1]su masa debe ser: m = DV y su volumen V = Sh, en que S es el área del fondo del recipiente. Reemplazando en [2] encontramos:

Fórmulas para presión; simplificando,

Presión es igual a: Densidad, por aceleración de gravedad, por altura hache. [3]

Esta importante relación nos dice que la presión que ejerce el líquido en el fondo del recipiente dependesolamente de su densidad D, de la altura h de la columna de líquido y de la aceleración de gravedad g del lugar donde se encuentre; es decir, no depende de la forma del recipiente, ni de la superficie del fondo, ni del volumen de líquido.

Veamos algunos ejemplos para entender el alcance de la relación [3].

Ejemplo:

¿Qué presión ejerce una columna de agua de 15 cm de altura en el fondo del vasoque la contiene, aquí en la superficie terrestre?

Solución:

Como se trata de agua D = 1 g/cm3 = 1.000 kg/m3; h = 15 cm = 0,15 m. Considerando g = 10 m/s2, al reemplazar en [3] encontramos:

Cálculo de ejemplo anterior

Ejemplo:

En la figura 38 se muestran tres vasos que contienen agua hasta el mismo nivel. ¿Cómo es la presión que el agua ejerce en el fondo de cada uno de ellos?Figura treinta y ocho: distintos vasos con agua a la misma altura



Solución:

Como el líquido, la altura y la gravedad son iguales en los tres casos, la presión también lo es.

Ejemplo:

¿Qué presión ejerce el agua en el fondo de un lago de 40 m de profundidad (figura 39)?


Figura treinta y nueve: esquema que muestra la profundidad en un lago

Solución:

Reemplazando losdatos en la expresión [3] tenemos

Cálculo de presión para ejercicio planteado.

Nota importante: en los ejemplos anteriores se ha considerado solo la presión ejercida por los líquidos. Más adelante veremos que la presión total en el fondo de los recipientes se encuentra sumando la presión que ejerce la atmósfera.

Si en un recipiente practicamos orificios en diferentes posiciones, según seilustra en la figura 40, veremos que por el orificio más bajo, aquel para el cual h es mayor, el chorro de agua sale con mayor rapidez y llega más lejos, lo cual prueba que allí la presión es mayor. Es interesante observar que la fuerza que produce la presión es perpendicular a las paredes del recipiente. Más aún, actúa perpendicularmente a la superficie de cualquier objeto con el que esté encontacto.


Figura cuarenta: recipiente con orificios en distintas alturas

En la figura 41 se ilustra un recipiente de forma caprichosa en el cual también hay sumergido un cuerpo cualquiera de forma arbitraria. Por medio de flechas se señala la dirección en que actúa la fuerza en cada punto y las longitudes de las mismas representan la magnitud de las presiones en dichos puntos. Nótese que paraalturas o profundidades iguales, las longitudes de las flechas también son iguales. Con esta representación hay que ser cuidadoso pues la presión no es una magnitud vectorial.


Figura cuarenta y uno: objeto sumergido sometido a presión

Analicemos el caso de los vasos comunicantes: si en un tubo o manguera con forma de U colocamos agua, esta alcanzará en ambos brazos la misma altura cuando seestablezca el equilibrio, es decir, hasta que en cada brazo las presiones sean iguales. Pero si colocamos aceite en uno de los brazos veremos que el sistema queda como se ilustra en la figura 42.


Figura cuarenta y dos: esquema de vasos comunicantes

Supongamos que la altura (hB) de la columna de aceite es un poco mayor que 10 cm. Como la presión ejercida por el agua en el punto A debe...