Capitulo siete. Agua y presión de aceite

Capitulo siete.

Agua y presión de aceite

La presión es una fuerza por unidad de área, en esta sección la fuerza es debida a un líquido.

Considere un área cuadrada de un metro bajo la superficie de agua dulce. El volumen del agua es de  1m3. Desde el capítulo uno se sabe que esto pesa una tonelada o 1000kgf, por lo tanto la presión es 1000 Kgf/m2. La profundidad en agua dulce de la misma área incrementa 2 metros el volumen del agua se incrementará 2m3.  El cual pesa dos toneladas o 2000 kgf así la presión será ahora de 2000kgf/m2. Si la profundidad del agua se incremente además la presión incrementará también, por lo tanto se puede decir que la presión varía directamente con la profundidad. La profundidad en el caso del área horizontal es una presión de cabeza, la mención de la presión de cabeza se mencionará en la página siguiente.

Si el agua fuese otra además de agua dulce, su peso por metro cúbico habría sido mayor que una tonelada y si un líquido con densidad menor al agua dulce fuese usado, su peso por metro cúbico sería menor a una tonelada. Además, las presiones habrían sido diferentes del agua dulce, así que la presión variará directamente con la densidad, o en términos más prácticos, la densidad relativa. [pic 1]

Incrementando el área bajo el agua, crecerá el volumen de agua bajo el área. Suponga la profundidad del agua permanece constante a un metro mientras que el área bajo el agua es incrementada 5 metros. El peso del agua bajo el agua es de 5 toneladas o 5 kgf, pero el peso por unidad de área es solo 5000/5kgf/m2. Entonces el peso es un poco independiente del área bajo presión, pero el peso bajo toda el área depende de el área en presión. El peso total del líquido es llamado “empuje”. [pic 2]

El empuje siempre actúa en ángulo recto con respecto a la superficie sumergida y para cualquier profundidad determinada el empuje. Hacia arriba, hacia abajo, hacia los lados y cualquier otra dirección será exactamente la misma. Puede mostrarse que la presión usada para obtener el empuje en cualquier área es la profundidad del centro geométrico de área bajo la superficie del líquido.

El centro de presión en un área es el punto donde el área total del empuje puede ser considerado a actuar. No será necesario calcular este punto. Sin embargo, se debe de tener en cuenta que si un mamparo requiere puntales debido a inundaciones en el otro lado, el punto más efectivo para poner la orilla es en el centro de presión. Para áreas rectangulares verticalmente situadas (mamparos ordinarios) el centro de presión estará a 2/3 de profundidad bajo la superficie. Para áreas triangulares (mamparos de colisión) el centro de presión está a la mitad.

Ejemplo 54

Un tanque de doble fondo de 20 m de largo, 15m de ancho está siendo probado con una cabeza de 2.5m de agua salada. Calcule el empuje en el tanque más alto en planta.

[pic 3]

Ejemplo 55

Una puerta de cierre rectangular de 20m de ancho, 15m de calado, tiene 6m de agua con una densidad relativa de 1.025 en un lado, mientras que en el otro lado tiene 10 m de agua con densidad relativa de 1.012. calcule el empuje en ambos lados, el empuje resultante y el centro de presión sobre la base en el cual actúan los empujes resultantes. [pic 4]

[pic 5]

Nota:

Para el agua de río, el centro de presión actúa a 2/3h2 desde la superficie del líquido. Esto es lo mismo que 1/3h2 desde la base i.e. 10/3m o 3.33m.

Para agua salada, el centro de presión actúa a 2/3h1 desde la superficie del líquido. Esto es 1/3h1 sobre la base i. e. 6/3m o 2m.

La solución final es como sigue.

[pic 6]

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