Presión estática

Término en mecánica de fluidos

En mecánica de fluidos, el término presión estática se refiere a un término de la ecuación de Bernoulli escrito en palabras como presión estática + presión dinámica = presión total . Dado que las mediciones de presión en cualquier punto de un fluido siempre dan el valor de presión estática, a menudo se omite el término "estática". En el diseño y la operación de aeronaves , la presión estática es la presión del aire en el sistema de presión estática de la aeronave .

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 utilizando un aneroide , un tubo 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 utilizando un sensor de presión . Para evitar posibles ambigüedades al referirse a la presión en dinámica de fluidos, muchos autores utilizan el término presión estática para distinguirla de la presión total y la 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 Aerodynamics , LJ Clancy ^[1] escribe: "Para distinguirla 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 usa solo el término presión, se refiere a esta presión estática".

La ecuación de Bernoulli es fundamental para la dinámica de fluidos incompresibles . En muchas situaciones de flujo de fluidos de interés, los cambios de elevación son insignificantes y se pueden ignorar. Con esta simplificación, la ecuación de Bernoulli para flujos incompresibles se puede expresar como ^{[2] [3] [4]}

${\displaystyle P+{\frac {1}{2}}\rho v^{2}=P_{0},}$

dónde:

• ${\displaystyle P\;}$es presión estática,
• ${\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho v^{2}}$es la presión dinámica , generalmente denotada por , ${\displaystyle q\;}$
• ${\displaystyle \rho \,}$es la densidad del fluido,
• ${\displaystyle v\,}$es la velocidad del flujo , y
• ${\displaystyle P_{0}\;}$Es la presión total que es constante a lo largo de cualquier línea de corriente . También se la 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 irrotacional , la presión total es la misma en todas las líneas de corriente y, por lo tanto, es constante a lo largo del flujo. ^[5] ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle q}$ ${\displaystyle P_{0}}$

La forma simplificada de la ecuación de Bernoulli se puede resumir en la siguiente ecuación de palabras memorable: ^{[6] [7] [8]}

presión estática + presión dinámica = presión total .

Esta forma simplificada de la ecuación de Bernoulli es fundamental para comprender el diseño y el funcionamiento de barcos, aviones de baja velocidad e indicadores de velocidad aerodinámica 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 ^[9] en el campo de la dinámica de fluidos también utilizan presión estática en lugar de presión en aplicaciones no directamente relacionadas con la ecuación de Bernoulli .

La British Standards Institution , en su norma ^[10] Glosario de términos aeronáuticos , da la siguiente definición:

4412 Presión estática La presión en un punto de un cuerpo que se mueve con el fluido.

Presión estática en el diseño y operación de aeronaves

El sistema de presión estática de un avión es la entrada clave para su altímetro y, junto con el sistema de presión de Pitot , también impulsa el indicador de velocidad aerodinámica . ^[11]

El sistema de presión estática está abierto al exterior de la aeronave a través de una pequeña abertura llamada puerto estático , que permite detectar la presión atmosférica ambiental a la altitud a la que vuela la aeronave. En vuelo, la presión del aire varía ligeramente en diferentes posiciones alrededor del exterior de la aeronave, por lo que los diseñadores deben seleccionar las ubicaciones de los puertos estáticos con cuidado. Dondequiera que estén ubicados, la presión del aire que observan los puertos generalmente se verá afectada por el ángulo de ataque instantáneo de la aeronave . ^[12] La diferencia entre esa presión observada y la presión atmosférica real (a altitud) causa un pequeño error de posición en la altitud y velocidad aerodinámica indicadas por los instrumentos. ^{[13] [14]} El objetivo de un diseñador al ubicar el puerto estático es minimizar el error de posición resultante en todo el rango operativo de peso y velocidad aerodinámica de la aeronave.

Muchos autores describen la presión atmosférica a la altitud a la que vuela el avión como presión estática de corriente libre . Al menos un autor adopta un enfoque diferente para evitar la necesidad de la expresión presión estática de corriente libre . Gracey ha escrito "La presión estática es la presión atmosférica al nivel de vuelo del avión". ^{[15] [16]} Gracey se refiere entonces a la presión del aire en cualquier punto cercano al avión como presión estática local .

Presión estática en estática de fluidos

El término presión (hidro)estática se utiliza a veces en estática de fluidos para referirse a la presión de un fluido a una profundidad determinada 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 presión estática en algunas situaciones.

Véase también

• Ley de Pascal
• Presión de estancamiento
• Condiciones estándar de temperatura y presión.

Notas

1. Clancy, LJ, Aerodinámica , página 21
2. Clancy, LJ, Aerodinámica , ecuación 3.13
3. Hurt, HH Jr, (1960), Aerodinámica para aviadores navales , página 9, A National Flight Shop Reprint, Florida
4. Anderson, JD Jr, Fundamentos de la aerodinámica , 4.ª edición, página 212, McGraw-Hill, Nueva York. ISBN  978-0-07-295046-5
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 
6. "Ecuación de Bernoulli". nasa.gov . Centro de Investigación Glenn de la NASA . Consultado el 3 de mayo de 2022 .
7. Clancy, LJ, Aerodinámica , Sección 3.5
8. "La presión total se compone de dos partes, la presión estática y la presión dinámica". Streeter, VL, Mecánica de fluidos 4ª edición – página 404
9. Por ejemplo: Abbott, IH y Von Doenhoff, AE (1949) Theory of Wing Sections , ecuaciones de Navier-Stokes - sección 5.4. Dover Publications, Inc., Nueva York. Número de libro estándar 486-60586-8
10. Norma británica BS 185: Parte 1: 1950 Glosario de términos aeronáuticos
11. Lombardo, DA, Aircraft Systems , 2.ª edición, capítulo 2
12. "Es prácticamente imposible encontrar una posición en la que la presión estática sea siempre exactamente igual a la presión en la corriente de aire libre que se aleja del avión". Kermode, AC, Mecánica del vuelo , décima edición, página 65
13. Kermode, AC, Mecánica del vuelo , 10.ª edición, página 65
14. "De estos errores, el error en la detección de la presión estática es generalmente el más grave y tiene el nombre especial de error de posición ". Dommasch, DO, Sherby, SS y Connolly, TF (1967) Airplane Aerodynamics , 4.ª edición, página 51, Pitman Publishing Corp., Nueva York
15. Gracey, William, Medición de la velocidad y altitud de las aeronaves, NASA, RP-1046, página 1
16. Gracey, William, Medición de la velocidad y altitud de las aeronaves , página 1
17. Por ejemplo: "La presión en los casos en que no se produce movimiento se denomina presión estática". Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology, 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 7 de abril de 2023.
• Gracey, William (1980), Medición de la velocidad y la altitud de las aeronaves (PDF) , Langley Research Center: NASA, RP-1046 , consultado el 7 de abril de 2023.
• Gracey, William (1981), Medición de la velocidad y la altitud de las aeronaves , Nueva York: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-08511-9
• Kermode, AC (1972) Mecánica del vuelo , Longman Group Limited, Londres ISBN 0-582-23740-8 
• Lombardo, DA, Aircraft Systems , 2.ª 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