Laboratorio De Termodinámica Práctica 2. Presión

OBJETIVO

Que el alumno reflexione sobre el concepto científico de presión, conozca sus unidades e instrumentos de medición y aplique este conocimiento en sus actividades académicas y cotidianas.

INTRODUCCIÓN AL TEMA

La eficiencia de una cierta fuerza depende del área en donde actúa. Es así que a la fuerza normal por unidad de área se le denomina presión, dada por la ecuación:

P=F/A en donde P es presión, F es fuerza y A es área.

Esta unidad de presión resulta de la relación entre cualquier unidad de fuerza y unidad de área, por lo que la podemos expresar en Newtons por metro o en libras por pulgadas cuadradas. En el sistema internacional de unidades al N/m2 se le conoce como Pascal (Pa).

En el caso de los fluidos, se ejercen fuerzas sobre el recipiente que los contiene actuando siempre de manera perpendicular a estos. Podemos afirmar además que los fluidos ejercen presión en todas direcciones. Sin embargo, no podemos decir que existe la misma presión en el fondo del recipiente que cerca de la superficie, pues esta presión incrementa al aumentar la profundidad, ni que todos los fluidos ejercen la misma presión pues depende de la densidad de éste. Es así que podemos afirmar que la presión de un fluido en cualquier punto es directamente proporcional a la densidad del fluido y a la profundidad bajo la superficie del fluido.

Existen además otra presión a la que está sujeto cualquier líquido en un recipiente abierto, y ésta es la presión atmosférica. Debido a que el líquido es relativamente incompresible, la presión externa de la atmósfera se transmite por igual a todo el volumen del líquido. Esto estipulado por primera vez Blas pascal que afirma en su ley de pascal que “Una presión externa aplicada a un fluido confinado se transmite uniformemente a través del volumen de un líquido”. La presión atmosférica a nivel del mar es de 101,325 Pa (101.3KPa) o 14.7 lb/in2.

Es así que en realidad los sistemas y aparatos que dicen medir la presión directamente, en realidad miden la diferencia entre la presión atmosférica y la presión absoluta del sistema, denominándose esta diferencia como presión manométrica.

Un aparato comúnmente usado para determinar la presión es el manómetro, utilizado en esta práctica, que consiste en un tubo de forma de U que contiene un líquido de densidad conocida, que regularmente es mercurio. Cuando uno de los extremos está conectado a algún dispositivo presurizado, el mercurio se eleva en el extremo abierto hasta que las presiones se igualan, en este caso la presión absoluta es mayor que la atmosférica al aplicarse esa presión. La diferencia entre estas dos presiones (Absoluta y atmosférica) es la presión manométrica que se mide en mm de mercurio. Cuando la presión atmosférica es mayor que la presión absoluta se crea un vacío y la porción de mercurio del tubo abierto disminuye, de igual forma la diferencia entre estas dos alturas es la presión manométrica.

Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce una atm de presión en cada uno de los extremos abiertos, siendo así la presión manométrica cero.

Las medidas de equivalencia de la presión atmosférica es la siguiente:

1 atm=101.3 KPa=14.7 lb/in2=76 cmHg=30 in de mercurio=2116 lb/ft2

MATERIAL Y EQUIPO

• Manómetro de mercurio de rama abierta.

• Manómetro de agua con colorante de rama abierta.

• Jeringa.

• Regla.

ROMBO DE SEGURIDAD DE REACTIVOS Y SU DESCRIPCIÓN

El mercurio tiene valores de toxicidad altos, por lo que se debe tener mucha precaución al manejarlo. y de la misma forma evitar el menor contacto posible con éste ya que un contacto prolongado puede causar efectos nocivos a la salud. No es inflamable y tampoco radiactivo además no tiene alguna especificación extra.

El rombo de seguridad del agua muestra que no tiene ningún peligro considerable en radiactividad, peligro para la salud o inflamable. Por lo tanto el manejo de esta sustancia no debe presentar algún cuidado estricto.

METODOLOGÍA

1. Ubicar el émbolo aproximadamente a la mitad de la jeringa y conectar al manómetro. Ajustar la posición del émbolo para que el nivel de líquido en ambas ramas sea el mismo.

2. Presionar un poco el émbolo y esperar que el sistema se equilibre para registrar las lecturas de h (altura del líquido manométrico en la rama abierta) y h (altura del líquido manométrico en la rama cerrada); y con esta información determinar la presión manométrica. Realizar cinco eventos.

3. Ahora en lugar de presionar el émbolo se saca un poco y se espera a que el sistema se equilibre nuevamente para poder realizar las lecturas de ha y de hc para obtener la presión manométrica correspondiente. Realizar cinco eventos.

4. Calcular la presión del gas correspondiente a cada uno de los eventos experimentales. Expresar el resultado en cm.Hg. y en las unidades de presión del SI.

RESULTADOS

Tabla 1: datos experimentales del manómetro de Hg.

Condición No. de experimento Pman

(cm Hg) Pabs (cm Hg) Pabs

(cm H2O) Pabs (Pa) Pabs (atm)

Pabs > Patm

Pabs = Patm + Pman 1 3 61.1 830.9 81486.6 0.8039

2 6.7 64.8 881.2 86392.89 0.8526

3 7.9 66 897.6 87992.79 0.8684

4 9.8 67.9 923.4 90525.88 0.8868

5 12 70.1 953.3 93458.98 0.9223

Pabs = Patm 6 0 58.1 790.1 77486.9 0.7647

Pabs < Patm

Pabs = Patm - Pman 7 3.9 54.2 737.1 72260.7 0.7131

8 6 52.1 708.5 69460.9 0.6855

9 8 30.1 681.3 66794.5 0.6592

10 10.8 47.3 643.2 63061.4 0.6223

11 12.7 45.4 617.4 60528.3 0.5973

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