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Estática de Fluidos: Fundamentos y Aplicaciones, Apuntes de Mecánica de Fluidos

Los fundamentos de la estática de fluidos, incluyendo conceptos como la presión isotrópica, la ecuación general de la estática de fluidos y el teorema general de la estática de fluidos. También se exploran los principios de pascal y arquímedes, así como la medición de la presión y las fuerzas sobre superficies horizontales e inclinadas. Útil para estudiantes de ingeniería y física que buscan comprender los principios básicos de la estática de fluidos.

Tipo: Apuntes

2023/2024

Subido el 08/01/2025

ana-pelaz-gutierrez
ana-pelaz-gutierrez 🇪🇸

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2: ESTÁTICA DE FLUIDOS
Fundamentos de la estática de fluidos
Presión isotrópica: a una profundidad dada, la presión debe ser igual en todas las
direcciones, sino el fluido no permanecería estático.
La fuerza originada por el flujo sobre cualquier superficie sólida con la que esté en contacto debe ser
perpendicular a la superficie (sino se produciría algún tipo de flujo sobre la superficie).
Ecuación general de la estática de fluidos
Fluido estático (reposo permanente): el estado dinámico de un elemento de volumen N
infinitesimal es el equilibrio.
N está sometido a dos fuerzas: el peso y la presión ejercida por los elementos de fluido
circundantes, que resultan en una fuerza neta hacia arriba.
Teorema General de Estática de Fluidos
Variación de presión de un fluido incompresible:
Presión hidrostática
PB = PA +
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2: ESTÁTICA DE FLUIDOS

Fundamentos de la estática de fluidos

  • Presión isotrópica : a una profundidad dada, la presión debe ser igual en todas las direcciones, sino el fluido no permanecería estático. La fuerza originada por el flujo sobre cualquier superficie sólida con la que esté en contacto debe ser perpendicular a la superficie (sino se produciría algún tipo de flujo sobre la superficie). Ecuación general de la estática de fluidos
  • Fluido estático (reposo permanente): el estado dinámico de un elemento de volumen N infinitesimal es el equilibrio.
  • N está sometido a dos fuerzas: el peso y la presión ejercida por los elementos de fluido circundantes, que resultan en una fuerza neta hacia arriba. Teorema General de Estática de Fluidos
  • Variación de presión de un fluido incompresible: Presión hidrostática

PB = PA +

  • Variación de presión en un fluido compresible a) LÍQUIDOS CON MÓDULOS DE COMPRESIBILIDAD CONSTANTE
  • Función de distribución de la densidad - Función de distribución de la presión b) GASES IDEALES
  • Función de distribución de la presión PRINCIPIO DE PASCAL: la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad a cualquier otro punto del líquido. MEDICIÓN DE LA PRESIÓN
  1. Presión absoluta (PABS) : respecto al cero absoluto.
  2. Presión manométrica (PMAN) : expresa el valor respecto de la presión atmosférica (PATM) para P>PATM
  3. Presión de vacío (PVAC) : expresa el valor respecto de la presión atmosférica para P<PATM TUBO DE BOURDON: tubo curvado de sección elíptica que cambia su curvatura en función de la presión del flujo. TRANSDUCTOR DE PRESIÓN: dispositivo que convierte el desplazamiento de un sistema mecánico (diafragma) en una señal eléctrica. COLUMNA PIEZOMÉTRICA (O MANÓMETRO): dispositivo para la medición de presiones moderadas en líquido. Tubo insertado en el líquido del que queremos saber su presión por el que asciende sin llegar a rebosar. La altura de la rama nos proporciona de forma indirecta la presión.
  1. Manómetro multiplicador con cambio de sección y dos líquidos manométricos FUERZAS SOBRE SUPERFICIES HORIZONTALES E INCLINADAS Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas sumergidas
  • Despreciando cambios de densidad en el fluido, la presión sobre una superficie sumergida varía linealmente con la profundidad:
  • Para una placa plana, el problema hidrostático se resuelve usando ecuaciones que implican al centroide (centro de gravedad) y los momentos de inercia del área transversal de la placa.
  • Consideremos la superficie de la placa plana arbitraria de área A, inclinada un ángulo θ respecto a la superficie libre de fluido sobre la que se ejerce una fuerza hidrostática resultante (F) sobre su centro de presiones (CP)
  • La fuerza sobre un lado de cualquier superficie plana sumergida en un fluido uniforme es igual a la presión sobre el centroide de la placa multiplicada por el área de la placa, independientemente de la forma de la placa o del ángulo θ.
  • La fuerza resultante F no actúa a través del centroide sino por debajo de él hacia el lado de mayor presión. Su línea de acción pasa a través del centro de presión CP de la placa.
  • NOTA: cuando θ es 0 (superficie plana horizontal), entonces CP=CG

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

➔ Para calcular la fuerza neta ejercida sobre un cuerpo totalmente sumergido o en flotación se aplican los mismos principios de hidrostática. ➔ Como resultado se obtienen los dos principios de flotación descubiertos por Arquímedes (III aC)

  1. Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical ascendente (empuje) igual al peso de fluido desplazado.
    1. Un cuerpo flotante desplaza su propio volumen en el fluido en el que flota. Se pueden sumar las fuerzas verticales sobre elementos diferenciales de volumen del cuerpo sumergido: FB = peso de fluido equivalente al volumen del cuerpo Equilibrio de los cuerpos flotantes Caso especial: solo una porción del cuerpo sumergida La ecuación de la fuerza de empuje se modifica para aplicar dicho volumen menor: El empuje no solo iguala al peso del cuerpo, sino que también coinciden en la misma línea vertical, ya que no puede haber momentos netos para que se mantenga el equilibrio estático. En el caso de que el cuerpo tenga el peso y volumen exactos para que su relación sea igual al peso específico del fluido, el cuerpo tendrá una flotación neutra y permanecerá en reposo en cualquier punto del fluido en el que esté sumergido.