Alberto Soriano Rull - Suministro, Distribución y Evacuación Interior de Agua Sanitaria

F= fuerza perpendicular a la superficie, N.

S= área de la superficie donde se aplica la fuerza, m 2.

h= profundidad o distancia a la superficie.

γ= peso específico.

Unidad de presión

Tal como ya se ha indicado, el pascal (Pa) es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1 newton.

Figura 1.3 Esquema y componentes de un manómetro Bourdon

Para la medida de la presión se utilizan los barómetros y los manómetros. Los barómetros miden la presión absoluta respecto al vacío, mientras que los manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica, generalmente una sobrepresión (o depresión) respecto de la presión atmosférica. Normalmente se llaman barómetros a los instrumentos que miden la presión atmosférica.

La mayoría de los medidores de presión, o manómetros, miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local. Un elemento de medida de presión industrial es el manómetro de Bourdon ( Figura 1.3).

Este manómetro está formado, como se ha indicado, por un tubo hueco de sección ovalada curvado en forma de gancho. Los manómetros empleados para registrar fluctuaciones rápidas de presión suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea.

Como la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, hay que sumar esta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa del manómetro corresponde a un vacío parcial.

Las magnitudes señaladas por el manómetro pueden representar, en el caso de las conducciones hidráulicas, cuatro situaciones diferentes:

1. Presiones «estáticas» que corresponden a los casos en que el agua no se desplaza en la red, estando llenas sus tuberías.

2. Presiones «dinámicas», que son las obtenidas cuando el agua está circulando dentro de las tuberías.

3. Sobrepresiones, que son la parte de la presión dinámica que excede a la estática cuando esta es menor que ella.

4. Presiones negativas, que son valores de la presión dinámica inferiores a la presión atmosférica.

Figura 1.4 Presión hidrostática

Los líquidos no reciben presiones únicamente del exterior. También el propio líquido pesa y esa fuerza peso va siendo mayor a medida que la profundidad medida desde la superficie libre del líquido aumenta.

La diferencia de presión entre dos puntos de un mismo líquido es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de niveles.

1.a Todos los puntos situados a igual distancia de la superficie libre de un líquido, o sea, los situados en el mismo plano horizontal, tienen la misma presión.

2.a Todos los puntos de la superficie libre de un líquido están a la misma altura y, por tanto, la superficie es plana y horizontal.

3.a De la ecuación P = d·g·h se deduce que la presión aumenta con h; es decir, con la profundidad.

Si se tienen varios recipientes comunicados y se vierte un líquido en uno de ellos, este se distribuirá entre todos de tal modo que, independientemente de sus capacidades, el nivel de líquido en unos y otros recipiente sea el mismo. Este es el llamado principio de los vasos comunicantes, que es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática.

Figura 1.5 Vasos comunicantes

Si se toman dos puntos A y B situados en el mismo nivel, sus presiones hidrostáticas han de ser las mismas, luego si p A= P Bnecesariamente las alturas h Ay h Bde las respectivas superficies libres han de ser idénticas h A= h B.

Toda presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en reposo se transmite íntegramente y con la misma intensidad a todos los puntos de la masa líquida y de las paredes del recipiente.

• La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal. Consiste en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el fluido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S 1se ejerce una fuerza F 1, la presión p 1que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del líquido; por tanto, será igual a la presión p 2que ejerce el líquido sobre el émbolo de mayor sección S 2, es decir: p 1= p 2con lo que p 1·S 1= p 2·S 2y por tanto: Si la sección S 2es veinte veces mayor que la S 1, la fuerza F 1aplicada sobre el émbolo pequeño se ve multiplicada por veinte en el émbolo grande. La prensa hidráulica es una máquina simple semejante a la palanca de Arquímedes, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial.

Figura 1.6 Algunas aplicaciones del principio de Pascal

Todo cuerpo sumergido en un líquido, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del líquido desalojado.

Donde:

E= empuje hidrostático.

γ= peso específico del fluido, N/m 3.

V= volumen de fluido desalojado por el cuerpo, m 3.

En otras palabras, si sumergimos un objeto dentro de un líquido, este empuja el objeto hacia arriba con una fuerza equivalente al peso del líquido que desaloja el objeto al sumergirse. Por eso cuando nos sumergimos en el agua, tenemos la sensación de pesar menos.

La ecuación anterior es la expresión matemática del Principio de Arquímedes. Es importante aclarar que cuando nos referimos al peso del cuerpo sumergido (P cs) estamos hablando del peso aparente del objeto cuando está sumergido dentro del líquido.