estÁtica de los fluidos

109
José Agüera Soriano 2012 1 ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

Upload: linus

Post on 27-Jan-2016

74 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS. ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS. EQUILIBRIO DE UN LÍQUIDO LÍQUIDO EN REPOSO LÍQUIDO GIRANDO ALREDEDOR DE EJE VERTICAL LÍQUIDDO UNIFORMEMENTE ACELERADO MANÓMETROS FUERZA SOBRE UNA PARED PRESAS. Concepto de equilibrio - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 1

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

Page 2: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 2

• EQUILIBRIO DE UN LÍQUIDO

• LÍQUIDO EN REPOSO

• LÍQUIDO GIRANDO ALREDEDOR DE EJE VERTICAL

• LÍQUIDDO UNIFORMEMENTE ACELERADO

• MANÓMETROS

• FUERZA SOBRE UNA PARED

• PRESAS

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

Page 3: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 3

Concepto de equilibrio

Cuando no existe movimiento relativo de unas partículasrespecto a otras. No hay pues gradiente de velocidad entre capas: el fluido se comporta como no-viscoso y se mueve como si fuera un sólido.

Page 4: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 4

Concepto de equilibrio

Cuando no existe movimiento relativo de unas partículasrespecto a otras. No hay pues gradiente de velocidad entre capas: el fluido se comporta como no-viscoso y se mueve como si fuera un sólido.

En el caso de figura actúa la gravedad y fuerza centrífuga

G

cF

R

Page 5: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 5

Ecuación de equilibrio

),,( zyxXX

),,( zyxYY

),,( zyxZZ

F

z

x

y

A dy Edx

HDdz

B

C G

p M x, y, z( ) p dp+N

Page 6: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 6

dzdydxZ

dzdydxY

dzdydxX

dzdydxRdmR

),,( zyxXX

),,( zyxYY

),,( zyxZZ

Ecuación de equilibrio

F

z

x

y

A dy Edx

HDdz

B

C G

p M x, y, z( ) p dp+N

Page 7: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 7

),,( zyxpp

dzz

pdy

y

pdx

x

pdp

Ecuación de equilibrio

F

z

x

y

A dy Edx

HDdz

B

C G

p M x, y, z( ) p dp+N

Page 8: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 8

),,( zyxpp

dzz

pdy

y

pdx

x

pdp

dyyp

dp

;

Yyp

dzdydxYdzdxdyyp

Entre M y N,

Ecuación de equilibrio

F

z

x

y

A dy Edx

HDdz

B

C G

p M x, y, z( ) p dp+N

Page 9: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 9

Zzp

Yyp

Xxp

; ;

Condiciones de equilibrio

Page 10: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 10

Zzp

Yyp

Xxp

; ;

)( dzZdyYdxXdzz

pdy

y

pdx

x

p

)( dzZdyYdxXdp

Condiciones de equilibrio

Ecuación de equilibrio

Page 11: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 11

Zzp

Yyp

Xxp

; ;

)( dzZdyYdxXdzz

pdy

y

pdx

x

p

0 dzZdyYdxX

Condiciones de equilibrio

Ecuación de equilibrio

Ecuación de las isobaras

)( dzZdyYdxXdp

Page 12: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 12

Líquido en reposo

X = 0

Y = 0

Z = g

ap

x

z

y

M

g

SLL

Page 13: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 13

0 ;0 dzdzg

Kz

Ecuación de las isobaras

0 dzZdyYdxX

Líquido en reposo ap

x

z

y

M

g

SLLX = 0

Y = 0

Z = g

Page 14: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 14

0 ;0 dzdzg

Kz

Ecuación de las isobaras

2

1 12 dzgpp )( 2112 zzpp

Diferencia de presión entre dos puntos

Líquido en reposo ap

x

z

y

M

g

SLL

0 dzZdyYdxX

X = 0

Y = 0

Z = g

Page 15: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 15

)( 2112 zzpp

Hzp

zp

22

11

)( 2112 zzpp

Energía de un líquido en reposo

SLL

plano de referencia

H

1

2

M

=h p /

1h = 1 p /

z1

2=h2 p /

pa

z 2

z

Page 16: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 16

)( 2112 zzpp

Presión en un punto M

:

:

hprelativapresión

hppabsolutapresiónhpp a

a

SLL

plano de referencia

H

1

2

M

=h p /

1h = 1 p /

z1

2=h2 p /

pa

z 2

z

Page 17: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 17

zgm

J/kg zg

EHgzgp

zgp

22

11

Multiplicando por g · m (N en el S.I.) obtenemos energía (N m, ó J); y por kilogramo:

zgm

Page 18: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 18

zgm

J/kg zg

EHgzgp

zgp

22

11

Multiplicando por g · m (N en el S.I.) obtenemos energía (N m, ó J); y por kilogramo:

la energía total, suma de la energía de presióny de la energía de posición, es la misma en todos los puntos de un líquido en reposo.

zgm

Page 19: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 19

gZ

yY

xX

2

2

Líquido girando alrededor de un eje vertical

rg

g

z

x

y

cF = r2·

M x, y, z( )

y2·

·2 x

Page 20: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 20

gZ

yY

xX

2

2

0 dzzdyYdxX

Líquido girando alrededor de un eje vertical

rg

g

z

x

y

cF = r2·

M x, y, z( )

y2·

·2 x0 22 dzgdyydxx

Page 21: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 21

gZ

yY

xX

2

2

0 dzzdyYdxX

Líquido girando alrededor de un eje vertical

rg

g

z

x

y

cF = r2·

M x, y, z( )

y2·

·2 x0 22 dzgdyydxx

Kzg

rKzg

yx 22

222 2

y/o 2

Page 22: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 22

)( dzZdyYdxXdp

)( 22 dzgdyydxxdp

Diferencia de presión entre dos puntos

r

R

H

p=ppmáx

2z

p2 /

Hmáx

= ap pp

1p /

1z 2

1

plano dereferencia

Page 23: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 23

)( dzZdyYdxXdp

)( 22 dzgdyydxxdp

21

2

122

2

12 2zgyxpp

Diferencia de presión entre dos puntos

r

R

H

p=ppmáx

2z

p2 /

Hmáx

= ap pp

1p /

1z 2

1

plano dereferencia

Page 24: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 24

)( dzZdyYdxXdp

)( 22 dzgdyydxxdp

21

2

122

2

12 2zgyxpp

)()(2 12

21

22

2

12 zzrrpp

Diferencia de presión entre dos puntos

r

R

H

p=ppmáx

2z

p2 /

Hmáx

= ap pp

1p /

1z 2

1

plano dereferencia

Page 25: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 25

)( dzZdyYdxXdp

)( 22 dzgdyydxxdp

21

2

122

2

12 2zgyxpp

)()(2 12

21

22

2

12 zzrrpp

Diferencia de presión entre dos puntos

Si r1 = r2 (en una misma vertical)

)( 2112 zzpp

igual que líquidos en reposo

r

R

H

p=ppmáx

2z

p2 /

Hmáx

= ap pp

1p /

1z 2

1

plano dereferencia

Page 26: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 26

gZ

aY

X

0

Líquido uniformemente acelerado Aceleración horizontal z

x

y

g

M

Hz

p/a-

a

Page 27: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 27

gZ

aY

X

0

0 dzZdyYdxX

Líquido uniformemente acelerado Aceleración horizontal

dyga

dz

dzgdya

;0

z

x

y

g

M

Hz

p/a-

a

Page 28: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 28

gZ

aY

X

0

0 dzZdyYdxX

Kyg

az

g

atg

Líquido uniformemente acelerado Aceleración horizontal

dyga

dz

dzgdya

;0

z

x

y

g

M

Hz

p/a-

a

Page 29: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 29

gZ

aY

X

0

0 dzZdyYdxX

Kyg

az

g

atg

Líquido uniformemente acelerado Aceleración horizontal

dyga

dz

dzgdya

;0

familia de isobaras: planos inclinados paralelos al eje x

z

x

y

g

M

Hz

p/a-

a

Page 30: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 30

)( dzZdyYdxXdp ) ( dzgdyadp

Diferencia de presión entre dos puntos

Page 31: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 31

)( dzZdyYdxXdp ) ( dzgdyadp

)()( 212112 zzyyapp

Diferencia de presión entre dos puntos

Page 32: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 32

)( dzZdyYdxXdp ) ( dzgdyadp

)()( 212112 zzyyapp

Hzp

zp 2

21

1

Diferencia de presión entre dos puntos

Si los puntos 1 y 2 están en un mismo plano paralelo al x-z (y1 = y2):

Page 33: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 33

)( dzZdyYdxXdp ) ( dzgdyadp

)()( 212112 zzyyapp

Diferencia de presión entre dos puntos

en general, la diferencia de presión entre dos puntosde una masa líquida en equilibrio que estén en la misma vertical, viene dada por el producto g · z

en todos aquellos casos en los que, Z g.

Hzp

zp 2

21

1

Si los puntos 1 y 2 están en un mismo plano paralelo al x-z (y1 = y2):

Page 34: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 34

MANÓMETROS

Tubos piezométricos

Presión positiva

hp M

Sólo para presiones pequeñash

M

Page 35: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 35

MANÓMETROS

Tubos piezométricos

Presión positiva

hp M

Presión negativa

hpp

pppp a

M2

121

(relativo) 0

hp M

Sólo para presiones pequeñash

M

M

21

h

Page 36: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 36

Manómetros de aire libre

p2 = p3

p3 = p4

hphpp 24M

Page 37: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 37

Manómetros de aire libre

p2 = p3

p3 = p4

hphpp 24M

hhp m M

que además se deduce directamente.

Page 38: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 38

Manómetros diferenciales

hpphpppp

pppmm

514354

321 ;

Page 39: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 39

Manómetros diferenciales

hpphpppp

pppmm

514354

321 ;

221151NM225N

111M )( hhpppphpp

hpp

Page 40: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 40

Manómetros diferenciales

hpphpppp

pppmm

514354

321 ;

2211NM hhhpp m

221151NM225N

111M )( hhpppphpp

hpp

Page 41: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 41

Manómetros metálicos

ligadura

agujaindicadora

bourdontubo

presión alta

A

A

Page 42: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 42

Manómetros eléctricos

bobina primaria

tubo bourdon

secundaria nº1bobina

secundaria nº2bobina

extensímetro

Page 43: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 43

Manómetros eléctricos

+ s_

altapresión

presiónbaja

potenciómetro

carcasacápsula diafragma

placa base

cristal decuarzosoldado

al arco

casquilloal puntosoldado

eléctricoconductor

carcasaconector

Page 44: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 44

FUERZA DE UN LÍQUIDO SOBRE UNA PARED

Pared horizontal

AhApF pa

Para efectos de fuerzas sobreparedes, las presiones que intervienen son lógicamente las relativas, ya que la presión del entorno queda compensadaal actuar por dentro y por fuera.

siendo A el área de la pared.

pa

h F

ap

Page 45: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 45

El plano y-x es el quecontiene a la superficieA, que forma un ángulo con la SLL.

Pared plana inclinada

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

Page 46: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 46

El plano y-x es el quecontiene a la superficieA, que forma un ángulo con la SLL.

Pared plana inclinada

La fuerza F sobre toda la superficie es igual al producto del área A por la presión media (pG):

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dAxdAhdApdF sen

Page 47: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 47

El plano y-x es el quecontiene a la superficieA, que forma un ángulo con la SLL.

Pared plana inclinada

La fuerza F sobre toda la superficie es igual al producto del área A por la presión media (pG):

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dAxdAhdApdF sen

AhApF GG

Page 48: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 48

El plano y-x es el quecontiene a la superficieA, que forma un ángulo con la SLL.

Pared plana inclinada

La fuerza F sobre toda la superficie es igual al producto del área A por la presión media (pG):

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dAxdAhdApdF sen

AhApF GG

Las presiones debajo de G son mayores que las de encima; en consecuencia, el punto de aplicación C de la fuerza F ha de estar por debajo de G.

Page 49: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 49

Centro de presiones C El momento de la fuerza F respecto del eje y es igual a la suma de los infinitosmomentos respectodel mismo eje y:

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dFxFx A C

Page 50: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 50

)sen( )sen( GC dAxxAxxA

Centro de presiones C El momento de la fuerza F respecto del eje y es igual a la suma de los infinitosmomentos respectodel mismo eje y:

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dFxFx A C

Page 51: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 51

)sen( )sen( GC dAxxAxxA

yAIdAxAxx

2GC

Centro de presiones C El momento de la fuerza F respecto del eje y es igual a la suma de los infinitosmomentos respectodel mismo eje y:

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dFxFx A C

Page 52: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 52

)sen( )sen( GC dAxxAxxA

yAIdAxAxx

2GC

Ax

Ix y

GC

Centro de presiones C El momento de la fuerza F respecto del eje y es igual a la suma de los infinitosmomentos respectodel mismo eje y:

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

dFxFx A C

Page 53: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 53

AxII gy 2G

Ax

Ixx g

GGC

teorema de Steinery

x

G

g

A

xG

Es mejor expresar el momento de inercia respecto del eje y (Iy ) respecto del eje g (Ig) paralelo al eje y y que pasa por el centro de gravedad G de la superficie A:

Page 54: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 54

Ax

Ixx g

GGC

g

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

Page 55: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 55

Ax

Ixx g

GGC

GC

)( G AxI g El término

g

es máximo cuando = 90º

cuando = 0 0GC

representa la distancia :

x

y

CG

M

Gx

Cx

x

A

SLL

( )x, y

h Gh

Ch

F

h = x sen·=hG G· senx

Ch = x sen·C

Page 56: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 56

Pared vertical

Ah

Ihh g

GGC

SLL

h =C

=hG

x

xG

C

G

A

y

x

CF

Page 57: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 57

Pared vertical

Ah

Ihh g

GGC

Cuanto más sumergida esté la superficie A, mayor será la altura hG y en consecuencia menor la distancia entre G y C.

SLL

h =C

=hG

x

xG

C

G

A

y

x

CF

Page 58: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 58

EJERCICIO Calcúlese la fuerza y el centro de presiones sobre un rectán- gulo vertical, cuando el lado superior emerge o coincide con la superficie libre del líquido. Resuélvase: a) sin aplicar las fórmulas (a modo de ejercicio teórico); b) aplicando las fórmulas.

Solución Sin aplicar las fórmulas

G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Page 59: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 59

G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Fuerza

dzbzdApdF

Page 60: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 60

G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Fuerza

dzbzdApdF

h

dzzbF

0

2

2hbF

Page 61: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 61

G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Fuerza

dzbzdApdF

h

dzzbF

0

2

2hbF

h

dFzFh

0 C

Centro de presiones C

Page 62: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 62

G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Fuerza

dzbzdApdF

h

dzzbF

0

2

2hbF

h

dFzFh

0 C

3

2

3

0

2C

2 hbdzzbh

hb

h

Centro de presiones C

Page 63: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 63

G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Fuerza

dzbzdApdF

h

dzzbF

0

2

2hbF

h

dFzFh

0 C

3

2

3

0

2C

2 hbdzzbh

hb

h

hh 3

2C

Centro de presiones C

Page 64: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 64

Aplicando las fórmulas

hbh

AhF 2G

2

2hbF G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Page 65: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 65

Aplicando las fórmulas

hbh

AhF 2G

622/12/

2

3

GGC

hhhhb

hbhhA

Ihh g

hh 32

C

2

2hbF G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

Page 66: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 66

Aplicando las fórmulas

hbh

AhF 2G

622/12/

2

3

GGC

hhhhb

hbhhA

Ihh g

hh 32

C

2

2hbF G

C

hG

Ch

z

dz

h

SLL

A

b

b

El centro de presiones está a 1/3 de la base sólo cuando el lado superior del rectángulo está en la SLL. Si está sumergido, cuanto más lo esté más se aproxima C a G.

Page 67: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 67

dxbzdApdFv

Pared curva (generatrices paralelas)Componente vertical

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

Page 68: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 68

dxbzdApdFv

Pared curva (generatrices paralelas)Componente vertical

B

A

B

A NN'MM' área bdxzbFv

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

Page 69: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 69

dxbzdApdFv

Pared curva (generatrices paralelas)Componente vertical

B

A

B

A NN'MM' área bdxzbFv

BB'AA' áreabFv

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

fuerza de gravedad de la masa de líquido que queda sobre la superficie.

Page 70: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 70

dxbzdApdFv

Pared curva (generatrices paralelas)Componente vertical

B

A

B

A NN'MM' área bdxzbFv

BB'AA' áreabFv

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

fuerza de gravedad de la masa de líquido que queda sobre la superficie.

A veces es más fácil utilizar esta característica en super- ficies planas inclinadas.

Page 71: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 71

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

Componente horizontal La componente horizontal Fh será la fuerza sobre el rectángulo A”B”, proyección de la pared AB sobre un plano vertical.

Punto de aplicación

Page 72: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 72

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

Componente horizontal La componente horizontal Fh será la fuerza sobre el rectángulo A”B”, proyección de la pared AB sobre un plano vertical.

Punto de aplicación

hbh

/hbh

Ah

Ihh g

G

3

GG

GC

12

Page 73: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 73

SLL

GC

Ch

hG

A''

B''

A

B

Fhh

1h

2h

'A 'M 'N B'

Fhd MN

dFv

vF

dx

dz

z

b

Componente horizontal La componente horizontal Fh será la fuerza sobre el rectángulo A”B”, proyección de la pared AB sobre un plano vertical.

Punto de aplicación

hbh

/hbh

Ah

Ihh g

G

3

GG

GC

12

G

2

GC 12 h

hhh

Page 74: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 74

Si la pared curva fuese como la AMB, la componente vertical sobre MA sería ascendente:

SLL M' A' 'B

B

M

A

hF C

G

Fv

vF

1

2

21 vvv FFF

Page 75: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 75

Si la pared curva fuese como la AMB, la componente vertical sobre MA sería ascendente:

SLL M' A' 'B

B

M

A

hF C

G

Fv

vF

1

2

21 vvv FFF

MAA'M' áreaMBB'M' área bFv

Page 76: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 76

EJERCICIO

El principio de Arquímedes dice que todo cuerpo sumergido en un líquido sufre un empuje hacia arriba igual al peso del líquido que desplaza. Comprobarlo basándose en el epígrafe anterior, y analizar la causa que origina dicho empuje.

Solución

SLLA' B'

ChF Fh

Fv

Fv 2

Fv 1

C2

C1

A B

M

N

vF

SLL

Page 77: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 77

SLLA' B'

ChF Fh

Fv

Fv 2

Fv 1

C2

C1

A B

M

N

vF

SLL

plazadoíquido despeso del l

erpovolumen cuáreab

áreab-áreabFv

AMBNA

AMBB'A' ANBB'A'

Page 78: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 78

SLLA' B'

ChF Fh

Fv

Fv 2

Fv 1

C2

C1

A B

M

N

vF

SLL

plazadoíquido despeso del l

erpovolumen cuáreab

áreab-áreabFv

AMBNA

AMBB'A' ANBB'A'

SLLA' B'

ChF Fh

Fv

Fv 2

Fv 1

C2

C1

A B

M

N

vF

SLL

Page 79: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 79

Presa de gravedad Fuerzas del agua sobre la presa

Fh1, Fh2, Fv1, Fv2, y ademásel empuje E:

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenaje

Page 80: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 80

2 21

mm

hha

hapaE

Presa de gravedad Fuerzas del agua sobre la presa

Fh1, Fh2, Fv1, Fv2, y ademásel empuje E:

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenaje

Page 81: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 81

Presa de gravedad Fuerzas del agua sobre la presa

Fh1, Fh2, Fv1, Fv2, y ademásel empuje E:

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenaje

2

212

21

hhaha

EEE

2 21

mm

hha

hapaE

Page 82: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 82

Presa de gravedad Fuerzas del agua sobre la presa

Fh1, Fh2, Fv1, Fv2, y ademásel empuje E:

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenaje

221

2

hhakhaE

2 21

mm

hha

hapaE

2

212

21

hhaha

EEE

Page 83: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 83

Fuerza que contrarresta la acción del agua

)( 21 EFFGF vvr

El rozamiento de la presa sobre la base: fuerzas verticales multiplicadas por un coeficiente de fricción,

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenaje

Page 84: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 84

Fuerza que contrarresta la acción del agua

)( 21 EFFGF vvr

El rozamiento de la presa sobre la base: fuerzas verticales multiplicadas por un coeficiente de fricción,

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenajeGEFFFF

R

vvhh

2121

Page 85: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 85

Fuerza que contrarresta la acción del agua

)( 21 EFFGF vvr

El rozamiento de la presa sobre la base: fuerzas verticales multiplicadas por un coeficiente de fricción,

SLL

A

h1

h1··h2

Fh1

e inspección

EE

2

aa mp·=

1E

FrG

B

vF 2 2h2hF

SLL

1vF

galería de drenajeGEFFFF

R

vvhh

2121

La fuerza Fr ha de ser mayor que la componente horizontal de R (Rh) para que la presa no deslice.

Page 86: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 86

Posibilidad de vuelco

GEFFFFR vvhh 2121

ha de cortar a la base entre A y B, y más aún, en el tercio central de la misma y cuanto más centrado mejor. En efecto:

R

A BC A B A AB C BC C

(b)(a) (c) (d)

vR Rv vR

D

Rv

Page 87: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 87

Posibilidad de vuelco

GEFFFFR vvhh 2121

ha de cortar a la base entre A y B, y más aún, en el tercio central de la misma y cuanto más centrado mejor. En efecto:

R R

A BC A B A AB C BC C

(b)(a) (c) (d)

vR Rv vR

D

Rv

Page 88: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 88

Posibilidad de vuelco

GEFFFFR vvhh 2121

ha de cortar a la base entre A y B, y más aún, en el tercio central de la misma y cuanto más centrado mejor. En efecto:

R R R

A BC A B A AB C BC C

(b)(a) (c) (d)

vR Rv vR

D

Rv

Page 89: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 89

Posibilidad de vuelco

GEFFFFR vvhh 2121

ha de cortar a la base entre A y B, y más aún, en el tercio central de la misma y cuanto más centrado mejor. En efecto:

R R R

R

A BC A B A AB C BC C

(b)(a) (c) (d)

vR Rv vR

D

Rv

Page 90: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 90

EJERCICIOEstúdiese el deslizamiento y el vuelco de la presa de la figura.Densidad del material: m = 2400 kg/m3.

Coeficiente de rozamiento: = 0,4.Coeficiente: k = 0,5.

Solución

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 91: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 91

kN/m 1059,5 N/m 105,1059

2/330240081,9 1 3

1m1

AG

Fuerza de gravedad de la presa

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 92: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 92

kN/m 1059,5 N/m 105,1059

2/330240081,9 1 3

1m1

AG

kN/m 6,5313 N/m 106,3531

530240081,913

2m2

AG

Fuerza de gravedad de la presa

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 93: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 93

kN/m 1059,5 N/m 105,1059

2/330240081,9 1 3

1m1

AG

kN/m 6,5313 N/m 106,3531

530240081,913

2m2

AG

kN/m 4,4167N/m 104,7416

2/2130240081,913

3m3

AG

Fuerza de gravedad de la presa

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 94: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 94

Empuje sobre la base

kN/m 2133,7 2

3010009,81290,5

221

2

hhakhaE

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 95: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 95

kN/m 4414,5 N/m 105,4414

13015100081,93

G

AhFh

Fuerza del agua sobre la presa

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 96: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 96

kN/m 4414,5 N/m 105,4414

13015100081,93

G

AhFh

kN/m 441,5N/m 105,441

2/3031100081,93

áreabFv

Fuerza del agua sobre la presa

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 97: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 97

Fuerza de rozamiento de la presa

kN/m 1,4126)7,21335,4415,12007(4,0

)(

EFGF vr

Al ser Fr < Fh, la presa deslizaría;

habría que poner una cimentaciónadecuada para que esto no ocurra, o bien aumentar las dimensionesde la presa.

G3

SLL

30 m

vF

2GG1

E

A B

21 m5 m

hF

3 m

29 m

Page 98: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 98

Estudio del vuelco

La suma de momentos respecto del punto C, por donde pasa la resultante R, ha de ser nula:

0HB31

AHAC

DH21

ADAC AD32

AC

AD31

ACAB31

AC3

3

21

G

GG

FEh

F vh

h

E

A

1GhF

3G

G2

Fv

SLL

BD H C

R

Page 99: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 99

0321

8AC4,7416

25

3AC6,3531

332

AC5,105933

AC5,441

329

AC7,21333

305,4414

156742AC3,10315

m 20,15AC

m, 29ABComo el punto C ha quedado casi en el centro, por lo que el reparto de esfuerzos sobre la base es bastante uniforme.

h

E

A

1GhF

3G

G2

Fv

SLL

BD H C

R

Page 100: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 100

F

Page 101: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 101

F

Page 102: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 102

compuerta

Page 103: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 103

Figuras no incluidas en las diapositivas

·r

x

O

z

y

kr

x, y, z( )M

Ejercicio 2-2.1

a

h

z

z

y

x

E D

R

SLL

A

Cdz

dz

r

r

B

b

g

x

a-

M

z

y

g a=g

x

-a

a

y

z

-

M

Figura 2-8

Ejercicio 2-2.3

Figura 2-9

Figura 2-11

Page 104: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 104

za

h=2ar

R

Or

R

dr

O

O'

1 m

1 m

z

x

y

A (0;0,5;1)

B (0;0;0)

y

z

x

A (0;0,5; )H

H

B (0;0;0)

z

y

0,25 m

0,5 m

B (0;0,25)

A (0,5;0)

xy

z

1 mB (0;0;0)

C (0;0;0,5) A (0;1;0,5)

a

Ejercicio 2-4.1

Problema 2.2

Problema 2.11Problema 2.9

Problema 2.3

Page 105: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 105

z

C

A

D

H

y

30º

B

SLL

a

1 m

2 m

aceite

aire

A

12

0,2 m

0,5 m

4

1

2 3

H2

Hg

O

Hg

1 20,3 m

2 m

1 m

h=

B

A

1,2 m

0,4 m 0,3 m0,2 m

0,6 m

E

CD

C'D'

2

E'

4

31

5

A

B

Problema 2.12Problema 2.16

Problema 2.18

Problema 2.19 Problema 2.20 Problema 2.21

Page 106: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 106

G

1 m

1 m

F

3 m

12

F

=

1p2p

2 m

F

F

2

1

G2

1G

H 2O 2p

1

1

2

p

0,35 m

0,35 m

SLL

2,6 m

3 m

1,3 mA

G

B

DC

1,8 mb =

h=

CG

FFA

SLL

2 m

hC

SLL

H

F1

1 m

G

C2F

O

b

Problema 2.26Problema 2.25Problema 2.28

Problema 2.31Problema 2.30 Problema 2.32

Page 107: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 107

SLL

H =3 m FC

G

O

G

0,6 m

O O'

b = 2,5 m

G

C=H 3 m

ChGh

3 m

SLLG

GC

GhhC

1 m

=h 2 m

O

A

4 m

SLL

SLLO

G

C1h G1hG2h

C2h

2,7 m3 m

AFF1 2FC1 2C

A

Problema 2.33

Problema 2.35Problema 2.34

Page 108: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 108

SLL

SLL

9 m

A

O6 m

2 mG

Gh

aguaaceite

F1F2

1C C2

=

po 0,147 bar=

N

M

B

SLL

FB

C

2F

NF

=h

11,

8 m

=1,

5 m

2h

AG

C

G

O

SLL

H

D

A

60º

SLL

H

60º

F1

2F

1G C1=

2G

2C

hG

b

2 m

O

SLL

45ºA

B

O

FA G

a5 m

F G

C

SLL

3 m

30º

90º 1,2 m

B

AM

N

GC

F

F

NF

'

Cxx G

Problema 2.41Problema 2.40Problema 2.39

Problema 2.38Problema 2.37Problema 2.36

Page 109: ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

José Agüera Soriano 2012 109

b

h

c

d

a

SLL

N

M

AB

K

SLL

51 m

O40 m RN

M M'

4 m 4 m

C

G

SLL

222 m218 m

N O

198 mR80,5 m

C

'M M

vF

12,2 m

Problema 2.44

Problema 2.42 Problema 2.43