La presión del fluido

PRESION

HISTORIA.

Las bombas impelentes-expelentes se conocían ya en tiempos remotos. Por medio de ellas se podía elevar agua a grandes alturas: el líquido seguía al émbolo de la bomba con extraordinaria docilidad.

Los filósofos antiguos mediaron sobre la causa del fenómeno y llegaron a la profunda conclusión de que el agua sigue el émbolo porque la naturaleza "teme" al vacio, y, por consiguiente, entre émbolo y agua no puede existir espacio libre.

Se cuenta que un arquitecto construyó para los jardines del gran duque de Toscana, en Florencia, una bomba aspirante que tenía que elevar el agua hasta una altura superior a los diez metros. Todos los intentos de aspirar fueron vanos; hasta diez metros, el agua seguía fielmente al émbolo, pero a continuación el émbolo se separaba del líquido y se formaba ese vacío que la naturaleza tanto "temía".

Cuando acudieron a Galileo en busca de una explicación del fenómeno, éste respondió, que efectivamente, la naturaleza no ama el vacio, pero sólo hasta cierto punto. Los discípulos de Galileo,Torricelli y Viviani partieron probablemente de este fenómeno cuando en 1643 realizaron su famoso experimento con un tubo lleno de mercurio.

Torricelli y Viviani llenaron un tubo cerrado por un extremo con mercurio e invirtieron el tubo con su extremo abierto inmerso en un recipiente de mercurio. Descubrieron que el nivel de mercurio del tubo bajaba hasta hallarse a unos 76 cm sobre el nivel del recipiente, permaneciendo constante dicha altura si el tubo estaba en posición vertical como si se hallaba inclinado a un lado. Sugirieron que la subida del mercurio del tubo hasta 76 cm se debía a la presión de la atmósfera sobre la superficie libre del mercurio del recipiente.

Con este experimento se resolvió la perplejidad de los arquitectos del gran duque toscano. Efectivamente, ahora comprendieron ya hasta que altura el agua seguiría fielmente al émbolo de la bomba aspirante. Lo hará hasta que el peso de la columna de líquido, de 1 cm² de sección, no supere 9,8 N aproximadamente. Esta es la razón de que la naturaleza tema al vacío... pero hasta los diez metros.

En 1654, once años después del descubrimiento de Torricelli y Viviani, Otto von Guericke, demostró de forma evidente la acción de la presión atmosférica; unió dos hemisferios de cobre mediante una junta anular y a través de una válvula extrajo el aire. Después, ya no era posible separar los dos hemisferios. Se conserva la descripción de tallada del experimento de Guericke. Es posible calcular la fuerza asociada a la presión atmosférica en los dos hemisferios: a un diámetro de 37 cm corresponde una fuerza de unos 40.000 N. Guericke ordenó que dos tiros de ocho caballos cada uno tiraran de la esfera: los esfuerzos de los animales resultaron inútiles.

DEFINICION.

En Física, 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

MEDIDAS DE PRESION:

La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en diversas unidades tales como:

Bar

Atmosfera

Kg/cm²

Psi (libras por pulgada cuadrada)

cmH2O

Pulgada (in)

cmHg

En él Sistema Internacional (S.I.) está normalizada en pascal de acuerdo con las Conferencias Generales de Pesas y Medidas que tuvieron lugar en Paris en octubre de 1967 y 1971, y según la Recomendación Internacional número 17, ratificada en la III Conferencia General de la Organización Internacional de Metrología Legal. El pascal es 1 newton por metro cuadrado (1 N/m²), siendo el newton la fuerza que aplicada a un cuerpo.

Como el pascal es una unidad muy pequeña, se emplean también el kilo pascal (1 kPa = 10² bar) el mega pascal (1 MPa = 10 bar), y el giga pascal (1 GPa = 10 000 bar).

En la siguiente tabla se muestran las equivalencias entre estas unidades

TIPOS DE PRESION.

La presión puede medirse de dos maneras, la primera en términos absolutos y la segunda en términos diferenciales.

Presión Absoluta: Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creó debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

Presión Atmosférica: El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.

Presión Manométrica: Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.

Presión Vacío: Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio (cmHg), metros de agua, etc.

De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío.

Presión Hidrostática: Es la presión existente bajo la superficie de un liquido, ejercida por el mimo.

Presión de línea: Es la fuerza ejercida por el fluido, por unidad de superficie, sobre las paredes de una conducción por la cual circula.

Presión diferencial: Es la diferencia entre un determinado valor de precio y otro utilizado como referencia

INSTRUMENTOS DE MEDICION.

Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: mecánicos, neumáticos, electromecánicos y electrónicos.

Elementos mecánicos

Se dividen en:

Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas (barómetro de cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana).

Elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen.

Los elementos primarios elásticos más empleados son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.

El tubo Bourdon es un tubo de sección elástica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. AI aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La Iey de deformación del tubo Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.

El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.

Mediante L1 ajustamos la amplitud, mediante L2 logramos ajustar la no lineal.

El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.

El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hè1ice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.

El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre sí por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente

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