Presión

Laboratorio: Principios de Termodinámica y Electromaganetismo

07/09/2012

Objetivos

a) Obtener los modelos gráfico y matemático de la presión relativa “Pman” en función de la rofundidad “y” para puntos de un fluido homogéneo en reposo, empleando un manómetro diferencial.

b) Concluir, con base en resultados experimentales, si la presión es una propiedad termodinámica, y si es de tipo extensivo o intensivo.

c) Del análisis del modelo matemático del inciso a, obtener la densidad y el módulo del peso específico del fluido empleado, así como verificar y obtener una conclusión en relación con la validez de la ecuación del gradiente de presión.

d) Construir un barómetro como el ideado por Evangelista Torricelli que emplea mercurio como fluido barométrico.

e) Medir la presión atmosférica local, es decir la presión absoluta de la atmósfera en el laboratorio.

f) Establecer en forma gráfica y matemática la relación existente entre la presión manométrica en un punto de un fluido y el valor de la presión absoluta de dicho punto haciendo intervenir la presión absoluta del entorno del manómetro.

HIPOTESIS

El alumno llevara acabo a la práctica la medición de la presión ejercida en Ciudad Universitaria, así como también aprenderá a utilizar los diferentes tipos de medición de la presión es decir un manómetro y un barómetro.

Marco Teórico

Se puede decir que la presion es la fuerza que es ejercida sobre algo. La presión equivale a la división de la fuerza normal que es ejercida sobre un cuerpo o superficie sobre el valor de la superficie del cuerpo.

La presión es directamente proporcional a la intensidad de la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la superficie en la que se aplica.

P= FA [ Nm2 ](M L−1T−2)

Donde F: fuerza; A: área

Existen distintos tipos de presión, algunos de ellos son:

Presión atmosférica: esta es la fuerza que el aire ejerce sobre la atmósfera, en cualquiera de sus puntos. Esta fuerza no sólo existe en el planeta Tierra, sino que en otros planetas y satélites también se presenta. El valor promedio de dicha presión terrestre es de 1013.15 Hectopascales o milibares sobre el nivel del mar y se mide con un instrumento denominado barómetro.

Presión manométrica: esta presión es la que ejerce un medio distinto al de la presión atmosférica. Representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica. Cuando esta cantidad es negativa se la conoce bajo el nombre de presión negativa. La presión manométrica se mide con un manómetro.

Presión absoluta: esta equivale a la sumatoria de la presión manométrica y la atmosférica. La presión absoluta es, por lo tanto superior a la atmosférica, en caso de que sea menor, se habla de depresión. Este tipo de presión se mide en relación al vacío total o al 0 absoluto.

Presión relativa: esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor cero corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre la presión absoluta y la atmosférica en un determinado lugar.

Desarrollo

Actividad 1

Y[cm] Y [m] Pman1 [Pa]

Pman2 [Pa]

Pman3 [Pa]

Pman [Pa]

0 0 0 0 0 0

3 0.03 280 275 275

6 0.06 560 550 550

9 0.09 800 825 825

12 0.12 1100 1125 1100

15 0.15 1375 1375 1375

Actividad 3

Y [m] Pman1 [Pa]

0 00.03 2800.06 5600.09 8000.12 11000.15 1375

PENDIENTE: 9119.04762

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 4 5 6

Y [m]

Pman1 [Pa]

Actividad 4

Con la aplicación de la ecuación de gradiente de presión y con el modelo matemático de la actividad 3, obtenga lo que se pide para el fluido empleado en el recipiente. Considere que para el agua líquida ρ= 103 [kg/m3] y que la aceleración gravitatoria del lugar es g = 9.78 [m/s2].

a) el módulo del peso específico γ

γ=9119.04 [N/m3]

b) la densidad ρ

ρ =932.417 [kg/m3]

c) la densidad relativa

δ =0.932417 [1]

d) el volumen específico

v =0.001 [m3/kg]

Actividad 5

Con el empleo del manómetro diferencial disponible, mida las presiones manométricas en los vasos de precipitados a las profundidades “y” indicadas en la tabla siguiente. Puede utilizar el agua del recipiente empleado en la actividad 1.

profundidad Vaso 1 Vaso 2 Vaso 3Y1 = 1 [cm] 100 100 125Y2 = 2 [cm] 200 225 250Y3 = 3 [cm] 300 300 300Y4 = 4 [cm] 400 415 No llega

Actividad 6

A[°] L [m] Hbar [m]0 57.2 57.25 58.8 58.5710 59 58.1015 62 59.88Hbar = 58.4373 [m]

Actividad 7

Aplicando la ecuación que resulta del gradiente de presión aplicada entre los puntos 1 y 2, determine la presión atmosférica en el laboratorio.

P ATM = 7772628.3984 [Pa]

Cuestionario previo

1. ¿Qué nombre recibe la cantidad física que relaciona la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie de un fluido? Y ¿en qué unidades del SI se mide?

Llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:

P = F/S

Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa)

1 Pa = 1 N/m2

2. ¿Un manómetro siempre debe medir presiones mayores que la de la atmosfera? Justifique su respuesta.

Los manómetros utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia pero eso no significa que solo mida las presiones que son arriba de estas, puede medir la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica.

Esta presión se expresa ya sea por encima, o bien por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manomanómetros, manómetros de vacío o vacuómetros.

3. ¿Un manómetro siempre debe medir presiones comparativamente con el entorno? Justifique su respuesta.

Si, ya que un manómetro nos reporta siempre una presión relativa, miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica;

Funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides.

4. ¿En qué lugar del planeta, habitado por seres humanos, se tiene la mayor altura barométrica?

5. La altura barométrica ¿es función del ángulo que forman el tubo del barómetro y la horizontal? Justifique su respuesta.

Si es función del ángulo, ya que mientras el ángulo”a” crece, la altura también aumenta y lo hace de manera constante. Esto se da gracias a, que mientras el mercurio en el tubo aumenta en (l) la altura en h[bar] se mantiene constante

6. En que unidades, que no pertenecen al SI, se mide la presión; indique al menos cinco.

Sistema cegesimal Baria Sistema Técnico Gravitatorio

Kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado (kgf/cm2)

Gramo-fuerza por centímetro cuadrado (gf/cm2)

Kilogramo-fuerza por decímetro cuadrado (kgf/dm2)Sistema inglés

KSI = 1000 PSI

PSI, unidad de presión básica de este sistema.

Libra fuerza por pulgada cuadrada (lbf/in2)Otro sistemas de unidad

Atmósfera (atm) = 101325 Pa = 1013,25 mb = 760 mmHg

Milímetro de mercurio (mmHg) = Torricelli (Torr)

Pulgadas de mercurio (pulgadas Hg)

Bar

7. ¿En qué unidad, del SI, se mide la cantidad física denominada esfuerzo?

Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que se establece una base común de referencia.

Donde:

Fuerza axial;

Área de la sección transversal

El esfuerzo utiliza unidades en si de fuerza sobre unidad de área. En el SI serian:

Aunque muchas veces se utilizan múltiplos como el kilo pascal (kPa), mega pascal (MPa) o giga pascal (GPa).

8. Mencione 3 sustancias que pudieran ser empleadas en un manómetro; investigue y anote las densidades y módulos del peso específico de cada una.

Glicerina

ρ=1263 kgm3

γ=12390 Nm3

Agua

ρ=1000 kgm3

γ=9780 Nm3

Alcohol

ρ=792 kgm3

γ=7762 Nm3

Aceite Keroseno

ρ=780 kgm3

Petróleo Aceite violeta Aceite rojo Aceite amarillo Aceite silicón azul Tetrabromuro de etano Tetracloruro de carbono

9. Concluya si la presión es una propiedad termodinámica y en caso afirmativo con base en la actividad 5, indique si es tipo intensivo, Argumento su respuesta.

La presión es una propiedad termodinámica, ya que se puede cuantificar a partir de un sistema termodinámico, es de tipo intensivo ya que no depende de la cantidad de masa que existe en el sistema, ya que la presión en un punto dado en una altura constante del sistema siempre será la misma sin importar la cantidad de masa que este posea

10. ¿En que sitio del planeta, habitado por seres humanos, se tiene la menor altura barométrica?

En la Rinconada, Perú con una altitud de 5200 metros sobre el nivel del mar

Referencias de consulta:

o http://www.tiposde.org/ciencias-naturales/357-tipos-de-presion/