INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS I CAPITULO 2 PRESION

INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS I CAPITULO 2 PRESION Y ESTATICA DE FLUIDOS ING. JORGE NAYHUA GAMARRA

2. Presión en los fluidos La presión se define como una fuerza normal ejercida por un fluido por unidad de área. Se habla de presión sólo cuando se trata de un gas o un líquido. La contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo normal. Puesto que la presión se define como fuerza por unidad de área, tiene la unidad de newtons por metro cuadrado (N/m 2), la cual se llama pascal (Pa); es decir, INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 1 Presión en un punto La presión sobre un punto totalmente sumergido en un fluido en reposo es igual en todas las direcciones. Para demostrar esto consideremos un pequeño prisma triangular como se muestra en la figura. INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 1 Presión en un punto INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos INGENIERIA MECANICA 2. 2 Unidades de Presión En el Sistema Internacional (SI) la unidad de presión es el pascal, se representa por Pa y se define como la presión correspondiente a una fuerza de un newton de intensidad actuando perpendicularmente sobre una superficie plana de un metro cuadrado. 1 Pa = 1 N/m 2. La unidad de presión pascal es demasiado pequeña para las presiones que se encuentran en la práctica; por lo tanto, son de uso común sus múltiplos Kilopascal (1 k. Pa 103 Pa) Megapascal (1 MPa 106 Pa).

2. Presión en los fluidos INGENIERIA MECANICA 2. 2 Unidades de Presión La lb/pie 2 es la unidad estándar de la presión en el Sistema Tradicional de Estados Unidos. La lb/pulg 2 (llamada con frecuencia psi) es la unidad conveniente en el estudio de la mecánica de fluidos. Otras unidades de presión: De uso general en la práctica, en especial en Europa, son el bar, la atmósfera estándar y el kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado:

2. Presión en los fluidos INGENIERIA MECANICA 2. 2 Unidades de Presión • Atmósfera (atm) se define como la presión que a 0 ºC ejercería el peso de una columna de mercurio de 76 cm de altura y 1 cm 2 de sección sobre su base 1 atm = 1, 013 x 105 Pa. • Bar es realmente un múltiplo del pascal y equivale a 105 N/m 2. • En meteorología se emplea con frecuencia el milibar (mb) o milésima parte del bar 1 mb = 102 Pa ó 1 atm = 1013 mb. • Milímetros de mercurio: 1 mm. Hg = 133, 322 Pa • Torriceli 1 torr = 133, 322 Pa 1 torr = 1 mm. Hg

2. Presión en los fluidos 2. 2 Unidades de Presión La presión real que se encuentra en una posición dada se llama presión absoluta, y se mide en relación con el vacío absoluto (es decir, presión cero absoluta). La mayoría de los instrumentos para medir la presión se calibran para que den una lectura de cero en la atmósfera, de modo que indican la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica local. Esta diferencia se llama presión manométrica. INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos INGENIERIA MECANICA 2. 2 Unidades de Presión Las presiones por abajo de la atmosférica se conocen como presiones de vacío y se miden con instrumentos de vacío que indican la diferencia entre la presión atmosférica y la absoluta. Las presiones absoluta, manométrica y de vacío son todas cantidades positivas y están interrelacionadas por Por lo tanto, la lectura común de 32 psi (2. 25 kgf/cm 2) indica una presión de 32 psi por arriba de la atmosférica. Por ejemplo, en un lugar en donde la presión atmosférica es de 14. 3 psi, la presión absoluta en el neumático será de 32 +14. 3=46. 3

2. Presión en los fluidos 2. 2 Unidades de Presión INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 2 Unidades de Presión INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 2 Unidades de Presión Definir: a. Presión manométrica b. Presión absoluta c. Presión atmosferica INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 2 Unidades de Presión a. Exprese una presión de 225 k. Pa(abs) como presión manométrica. La presión local es de 101 k. Pa(abs). b. Exprese una presión de 10. p psi como presión manométrica. La presión atmosférica local es de 15. 0 psi a. Exprese una presión de -6. 2 psi como presión absoluta INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 3 Variación de la Presión La presión en un fluido aumenta con la profundidad porque descansa más fluido sobre las capas más profundas, y el efecto de este “peso adicional” sobre una capa más profunda se equilibra por un aumento en la presión. INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 3 Variación de la Presión considérese un elemento rectangular de fluido de altura ∆z, longitud ∆x y profundidad unitaria (perpendicular al plano de la página) en equilibrio, como se muestra en la figura. Suponga que la densidad del fluido ρ sea constante, un balance de fuerzas en la dirección z vertical da: INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 3 Variación de la Presión Si se toma el punto 1 en la superficie libre de un líquido abierto a la atmósfera, donde la presión es la atmosférica Patm, entonces la presión a una profundidad h a partir de la superficie libre queda: INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 3 Variación de la Presión a. Un dispositivo de exploración de las profundidades del mar tiene una ventana de área 0, 10 m 2. ¿Qué fuerza se ejercida sobre ella por la agua de mar (densidad 1030 kg/m 3) a la profundidad de 5000 m? . b. Calcule el cambio en la presión del agua, de la superficie a una profundidad de 5 m. c. Calcule el cambio de presión del agua, de la superficie a una profundidad de 15 pies. d. La figura ilustra un tanque de aceite con un lado abierto a la atmosfera y otro sellado en el que hay aire sobre el aceite. El aceite tiene una gravedad especifica de 0. 90. calcule la presión manométrica en los puntos A, B, C, D, E y F, y la presión en el lado derecho del tanque. INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 3 Variación de la Presión INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 4 Principio de Pascal Si mediante algún método o sistema externo aumentamos la presión en la superficie, la presión en todos los puntos del fluido sufrirá igual aumento, es decir, “el cambio de presión en alguna parte del fluido confinado introduce el mismo cambio de presión en todas partes del fluido”. Enunciado que corresponde al Principio de Pascal. Frecuentemente utilizado en la práctica de la ingeniería con la prensa hidráulica. INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos 2. 4 Principio de Pascal INGENIERIA MECANICA

2. Presión en los fluidos INGENIERIA MECANICA 2. 4 Principio de Pascal a. Una gata hidráulica consiste en un cilindro grande del área A conectado con un cilindro pequeño del área a. . Ambos cilindros se llenan de aceite. Cuando la fuerza f se aplica al cilindro pequeño; la presión que resulta se transmite al cilindro grande, que entonces ejerce una fuerza ascendente F. Suponer que u auto pesa 12. 000 N sobre el cilindro grande de área 0, 10 m 2. ¿Qué fuerza se debe aplicar al cilindro pequeño del área 0, 002 m 2 para soportar al auto? b. Calcular la presión en los puntos 1, 2, 3 y 4 en el sistema mostrado en la figura. Densidad específica del aceite = 0, 9