En mecánica de fluidos, el término presión estática tiene varios usos:
- En el diseño y operación de aeronaves , la presión estática es la presión del aire en el sistema de presión estática de la aeronave .
- En dinámica de fluidos , muchos autores utilizan el término presión estática en lugar de solo presión para evitar ambigüedades. Sin embargo, a menudo, la palabra 'estática' puede omitirse y, en ese sentido, la presión de uso es la misma que la presión estática en un punto designado de un fluido.
- Algunos autores también utilizan el término presión estática en estática de fluidos .
Presión estática en el diseño y operación de aeronaves.
El altímetro de un avión es operado por el sistema de presión estática . El indicador de velocidad aerodinámica de una aeronave es operado por el sistema de presión estática y el sistema de presión de Pitot . [1]
El sistema de presión estática está abierto al exterior de la aeronave para detectar la presión de la atmósfera a la altitud a la que vuela la aeronave. Esta pequeña abertura se llama puerto estático . En vuelo, la presión del aire es ligeramente diferente en diferentes posiciones alrededor del exterior de la aeronave. El diseñador de la aeronave debe seleccionar cuidadosamente la posición del puerto estático . No hay ninguna posición en el exterior de una aeronave en la que la presión del aire, para todos los ángulos de ataque , sea idéntica a la presión atmosférica a la altitud a la que vuela la aeronave. [2] La diferencia de presión provoca un pequeño error en la altitud indicada en el altímetro y la velocidad aerodinámica indicada en el indicador de velocidad aerodinámica. Este error en la altitud y velocidad aerodinámicas indicadas se denomina error de posición . [3] [4]
Al seleccionar la posición para el puerto estático, el objetivo del diseñador de la aeronave es garantizar que la presión en el sistema de presión estática de la aeronave esté lo más cerca posible de la presión atmosférica a la altitud a la que vuela la aeronave, en todo el rango operativo de peso y velocidad aerodinámica. Muchos autores describen la presión atmosférica a la altitud a la que vuela la aeronave como presión estática de flujo libre . Al menos un autor adopta un enfoque diferente para evitar la necesidad de la expresión presión estática de la corriente libre . Gracey ha escrito "La presión estática es la presión atmosférica al nivel de vuelo de la aeronave". [5] [6] Gracey luego se refiere a la presión del aire en cualquier punto cercano a la aeronave como la presión estática local .
Presión estática en dinámica de fluidos
El concepto de presión es fundamental para el estudio de los fluidos. Se puede identificar una presión para cada punto de un cuerpo de fluido, independientemente de si el fluido está en movimiento. La presión se puede medir con un aneroide , un tubo de Bourdon , una columna de mercurio o varios otros métodos.
Los conceptos de presión total y presión dinámica surgen de la ecuación de Bernoulli y son importantes en el estudio de todos los flujos de fluidos. (Estas dos presiones no son presiones en el sentido habitual; no se pueden medir con un aneroide, un tubo de Bourdon o una columna de mercurio). Para evitar una posible ambigüedad al referirse a la presión en la dinámica de fluidos, muchos autores utilizan el término presión estática para distinguirla de presión total y presión dinámica ; el término presión estática es idéntico al término presión y se puede identificar para cada punto en un campo de flujo de fluido.
En Aerodinámica , LJ Clancy [7] escribe: "Para distinguirlo de las presiones totales y dinámicas, la presión real del fluido, que no está asociada con su movimiento sino con su estado, a menudo se denomina presión estática, pero cuando se utiliza el término presión sola, se refiere a esta presión estática ".
La ecuación de Bernoulli es fundamental para la dinámica de los fluidos incompresibles. En muchas situaciones de interés de flujo de fluidos, los cambios en la elevación son insignificantes y pueden ignorarse. Con esta simplificación, la ecuación de Bernoulli para flujos incompresibles se puede expresar como [8] [9] [10]
dónde:
- es la presión estática,
- es la presión dinámica , generalmente denotada por,
- es la densidad del fluido,
- es la velocidad del flujo , y
- es la presión total que es constante a lo largo de cualquier línea de corriente . También se conoce como presión de estancamiento .
Cada punto de un fluido que fluye de manera constante, independientemente de la velocidad del fluido en ese punto, tiene su propia presión estática. , presión dinámica y presión total . Es probable que la presión estática y la presión dinámica varíen significativamente en todo el fluido, pero la presión total es constante a lo largo de cada línea de corriente. En el flujo de irrigación , la presión total es la misma en todas las líneas de corriente y, por lo tanto, es constante en todo el flujo. [11]
La forma simplificada de la ecuación de Bernoulli se puede resumir en la siguiente ecuación de palabras memorables: [12] [13] [14]
- presión estática + presión dinámica = presión total .
Esta forma simplificada de la ecuación de Bernoulli es fundamental para comprender el diseño y la operación de barcos, aviones de baja velocidad e indicadores de velocidad para aviones de baja velocidad, es decir, aviones cuya velocidad máxima será inferior a aproximadamente el 30% de la velocidad del sonido .
Como consecuencia de la comprensión generalizada del término presión estática en relación con la ecuación de Bernoulli, muchos autores [15] en el campo de la dinámica de fluidos también utilizan la presión estática en lugar de la presión en aplicaciones que no están directamente relacionadas con la ecuación de Bernoulli.
La Institución de Normalización Británica , en su Glosario de Términos Aeronáuticos Estándar [16] , da la siguiente definición:
- 4412 Presión estática La presión en un punto de un cuerpo que se mueve con el fluido.
Presión estática en estática de fluidos
El término presión (hidro) estática se usa a veces en estática de fluidos para referirse a la presión de un fluido a una profundidad nominal en el fluido. En estática de fluidos, el fluido está estacionario en todas partes y los conceptos de presión dinámica y presión total no son aplicables. En consecuencia, existe poco riesgo de ambigüedad al utilizar el término presión , pero algunos autores [17] optan por utilizar la presión estática en algunas situaciones.
Ver también
- Ley de pascal
- Presión de estancamiento
- Condiciones estándar de temperatura y presión
Notas
- ^ Lombardo, DA, Aircraft Systems , 2da edición - capítulo 2
- ^ "Es prácticamente imposible encontrar una posición en la que la presión estática sea siempre exactamente la misma que la presión en la corriente de aire libre lejos de la aeronave". Kermode, AC, Mechanics of Flight , 10a edición - página 65
- ^ Kermode, AC, Mechanics of Flight , décima edición - página 65
- ^ "De estos errores, el error en la detección de presión estática es generalmente el más grave y tiene el nombre especial, error de posición ". Dommasch, DO, Sherby, SS y Connolly, TF (1967) Aerodinámica de aviones , 4a edición - página 51, Pitman Publishing Corp., Nueva York
- ^ Gracey, William, Medición de la velocidad y altitud de los aviones NASA, RP-1046, página 1
- ^ Gracey, William, Medición de la velocidad y altitud de las aeronaves , página 1
- ^ Clancy, LJ, Aerodinámica , página 21
- ^ Clancy, LJ, Aerodinámica , ecuación 3.13
- ^ Hurt, HH Jr, (1960), Aerodinámica para aviadores navales , página 9, Reimpresión de una tienda nacional de vuelos, Florida
- ^ Anderson, JD Jr, Fundamentos de la aerodinámica , cuarta edición - página 212, McGraw-Hill, Nueva York. ISBN 978-0-07-295046-5
- ^ AM Kuethe y JD Schetzer (1959), Fundamentos de la aerodinámica , Sección 3.5 (segunda edición), John Wiley & Sons, Inc. Nueva York ISBN 0-471-50952-3
- ^ Clancy, LJ, Aerodinámica , Sección 3.5
- ^ ”La presión total se compone de dos partes, la presión estática y la presión dinámica”. Streeter, VL, Fluid Mechanics 4.a edición - página 404
- ^ Guía de la NASA para la ecuación de Bernoulli
- ^ Por ejemplo: Abbott, IH y Von Doenhoff, AE (1949) Teoría de las secciones del ala , ecuaciones de Navier-Stokes - sección 5.4. Dover Publications, Inc., Nueva York. Número de libro estándar 486-60586-8
- ^ Norma británica BS 185: Parte 1: Glosario de términos aeronáuticos de 1950
- ^ Por ejemplo: "La presión en los casos en los que no se produce ningún movimiento se denomina presión estática". Curtis D. Johnson, Tecnología de instrumentación de control de procesos , Prentice Hall (1997) Archivado el 19 de enero de 2008 en Wayback Machine.
Referencias
Diseño y operación de aeronaves
- Gracey, William (1958), Medición de la presión estática en aeronaves (PDF) , Langley Research Center: NACA, TR-1364 , consultado el 26 de abril de 2008.
- Gracey, William (1980), Medición de la velocidad y altitud de las aeronaves (PDF) , Langley Research Center: NASA, RP-1046 , consultado el 26 de abril de 2008.
- Gracey, William (1981), Medición de la velocidad y altitud de las aeronaves , Nueva York: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-08511-9
- Kermode, AC (1972) Mecánica de vuelo , Longman Group Limited, Londres ISBN 0-582-23740-8
- Lombardo, DA, Aircraft Systems , 2da edición, McGraw-Hill (1999), Nueva York ISBN 0-07-038605-6
Dinámica de fluidos
- LJ Clancy (1975), Aerodinámica , Pitman Publishing Limited, Londres ISBN 0-273-01120-0
- Streeter, VL (1966), Mecánica de fluidos , McGraw-Hill, Nueva York