FUERZAS DEBIDAS A FLUIDOS ESTATICOS

INTRODUCCION

En este capítulo consideramos los efectos de la presión de un fluido, que actúa sobre superficies planas y curvas, en aplicaciones. En cada caso el fluido ejerce una fuerza que actúa en forma perpendicular a la superficie de interés según la definición fundamental de presión

P = F/A y la forma correspondiente F = pA.

Mostraremos métodos de cálculo de la fuerza resultante sobre la superficie y la ubicación del centro de presión en que se supone actúa dicha fuerza, con objeto de calcular el efecto de la fuerza distribuida.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Calcular las fuerzas debidas a fluidos estáticos

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Calcula la fuerza que ejerce sobre un área plana un gas presurizado.

Encontrar la fuerza ejercida por cualquier fluido estático que actúa sobre un área plana horizontal.

Hallar la fuerza resultante que un líquido estático ejerce sobre una pared rectangular.

Definir el término centro de presión.

Determinar la fuerza resultante que ejerce un líquido estático sobre cualquier área plana sumergida.

DESARROLLO

SUPERFICIES PLANAS HORIZONTALES BAJO LIQUIDOS

Un tambor cilíndrico que contiene aceite y agua. En el fondo del tambor la presión del agua es uniforme en toda el área porque esta es un plano horizontal en un fluido en reposo.

Página 1

Ing. Ruth Peralta

PAREDES RECTANGULARES

La fuerza resultante total se calcula por medio de la ecuación:

FR=Pprom∗A

Pero la presión promedio es la que se ejerce en la mitad del muro, por lo que se calcula por medio de la ecuación.

Pprom=γ ( h2 )

Por tanto tenemos

FR=γ ( h2 )A

PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR LA FUERZA SOBRE UNA PARED RECTANGULAR

1. Calcule la magnitud de la fuerza resultante por medio de la ecuación:

FR=γ ( h2 ) A

Donde:

γ = Peso especifico del fluido

h = Profundidad total del fluido

A = Área total de la pared

2. Localice el centro de la presión a la distancia vertical de h/3, a partir del fondo de la pared.

3. Muestre la fuerza resultante que actúa en el centro de presión, en forma perpendicular a la pared.

AREAS PLANAS SUMERGIDAS EN GENERALEl procedimiento que se estudiara en esta sección se aplica a problemas que tienen que ver con aéreas planas, verticales o inclinadas, sumergidas por completo en un fluido. Igual que en los problemas anteriores, el procedimiento nos permitirá calcular la magnitud de la fuerza resultante sobre el área, y la ubicación del centro de presión en el que es válido suponer que actúa.En la figura 4.8 vemos un tanque que tiene una ventana rectangular en una pared inclinada. En ella se presentan las dimensiones y símbolos estándar manejados en el procedimiento. Así, definimos:

Página 2

Ing. Ruth Peralta

- FR: fuerza resultante sobre el área debido a la presión del fluido- - : El centro de presión del área es el punto en el que se considera que

actúa la fuerza resultante- - : el centroide del área es el punto en donde el área estaría equilibrada

si fuera suspendida desde el: es equivalente al centro de gravedad de un cuerpo solido.

- ᶿ : Angulo de inclinación del área.- hc : profundidad del fluido desde la superficie libre al centroide del área.- Lc : distancia del nivel de la superficie libre del fluido al centroide del

área. Medida a lo largo del ángulo de inclinación de esta - Lp : distancia del nivel de la superficie libre del fluido al centro de presión

del área, se mide a lo largo del ángulo de inclinación de esta.- hp : distancia de la superficie libre al centro de presión del área - B, H: dimensiones del área

La figura 4.9 muestra la ubicación del centroide de un rectángulo. En el apéndice L aparecen otras formas.

El procedimiento siguiente le ayudara a calcular la magnitud de la fuerza resultante sobre un área plana sumergida provocada por la presión del fluido y la ubicación del centro de presión.

Página 3