VARIADO

Manómetro aneroide de doble escala: en kPa (kilopascales) y en psi (pounds per squareinch).

Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presión de vacío.

Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica.

Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros.

Explicaciones

Cuando la presión se mide en relación a un vacío perfecto, se llama presión absoluta; cuando se mide con respecto a la presión atmosférica, presión manométrica. El concepto de presión manométrica fue desarrollado porque casi todos los manómetros marcan cero cuando están abiertos a la atmósfera. Cuando se les conecta al recinto cuya presión se desea medir, miden el exceso de presión respecto a la presión atmosférica. Si la presión en dicho recinto es inferior a la atmosférica, señalan cero.

Un vacío perfecto correspondería a la presión absoluta cero. Todos los valores de la presión absoluta son positivos, porque un valor negativo indicaría una tensión de tracción, fenómeno que se considera imposible en cualquier fluido.

Las presiones por debajo de la atmosférica reciben el nombre de presiones de vacío y se miden con medidores de vacío (o vacuómetros) que indican la diferencia entre la presión atmosférica y la presión absoluta. Las presiones absoluta, manométrica y de vacío son cantidades positivas y se relacionan entre sí por medio de:

, (para presiones superiores a la patm)

, (para presiones inferiores a la patm)

donde

= Presión manométrica

= Presión de vacío

= Presión absoluta

= Presión atmosférica

TUBO EN U

Se trata de un tubo transparente doblado en forma de “U” y abierto en ambos extremos. Por cada rama se vierten dos líquidos de diferente densidad e inmiscibles entre sí; por ejemplo, agua y aceite de cocina. No importa cuál ocupe el fondo del tubo (eso dependerá de cuánto pongamos de cada uno), pero siempre ocurrirá que el de menor densidad va a quedar por arriba del más denso. Fijate: acá te muestro las dos posibilidades y en ambas representé al agua en celeste y al aceite (que es menos denso que el agua) en amarillo.

un tubo en U funciona igual aunque esté inclinado, o sus ramas tengan diferente largo o grosor

(un tubo en U)

Los tubos en U tienen varias finalidades: una de ellas es que conociendo la densidad de uno de los líquidos, se puede conocer la del otro. Otra finalidad es poder armar con ellos ejercicios para los exámenes.

Para cualquiera de esas dos finalidades se procede de la misma manera (lo voy a ejemplificar con el caso de la izquierda): voy a considerar el nivel indicado por la superficie que separa los dos líquidos inmiscibles, que corta ambas ramas a la misma altura.

Como el líquido por debajo de ese nivel es de un sólo tipo -en este caso agua-, la presión en ese nivel es idéntica en ambas ramas.

La superficie que queda al aire en ambos fluidos también es la misma: la atmosférica, de modo que la diferencia de presión de ambas columnas es la misma.

ΔP1 = ΔP2

Aplicando entonces el principio general de la hidrostática en ambas columnas tenemos:

ρ1 Δh1 = ρ2 Δh2

y también

δ1 Δh1 = δ2 Δh2

Con medir ambas alturas y conocer la densidad de uno de los líquidos, puede conocerse la del otro.

CHISMES IMPORTANTES

• Si el tubo en U se llenase con un único líquido, la consecuencia es que el nivel superior en ambas ramas -por distantes que estuvieran- sería el mismo. Los albañiles suelen valerse de este fenómeno para ubicar posiciones de igual altura pero distantes. En lugar de un tubo de vidrio usan una manguera larga y transparente. Aprendé.

PREGUNTAS CAPCIOSAS

• Cuando lo que el albañil debe dejar horizontal es abarcable por el largo de una regla, usa una -llamada "nivel"- que también tiene un tubo en U, pero invertido. El tubo está cerrado en ambas ramas, por supuesto, y -además de agua- tiene en su interior una burbuja de aire. ¿Cómo funciona?

PRINCIPIO DE PASCAL

Blaise Pascal (1623-1662) estableció –y desde entonces líquidos y gases le obedecen- que toda presión aplicada a un fluido confinado en un recipiente se transmite sin reducción a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene.

Observemos el tubo de la figura: tiene un fluido cualquiera adentro y agujeros cerrados con corchitos.

Si hiciésemos una fuerte y rápida presión sobre el corchito de la izquierda sería lógico pensar que el de la derecha –y sólo el de la derecha- saldría disparado. Pero no; salen disparados los seis corchitos por igual: el de la derecha, los de arriba y los de abajo. La diferencia de presión se transmitió a todas partes y direcciones por igual.

La lógica de los fluidos es diferente a la lógica de los sólidos. Para describir un sólido lo primero que damos es la masa; para un fluido, la densidad. Los sólidos transmiten fuerzas; los fluidos, presiones.

PRENSA HIDRAULICA

El principio de Pascal tiene una aplicación práctica recontra práctica: la prensa hidráulica. Consiste en un recipiente cerrado con dos émbolos. Un émbolo es una superficie deslizante dentro de un tubo: un pistón. Uno de los émbolos es de sección pequeña (el 1) y el otro, grande (el 2).

Aplicando una fuerza, F1, sobre el émbolo pequeño, se obtiene una fuerza mayor, F2, en el émbolo mayor. O sea: la prensa hidráulica es un multiplicador de fuerzas. La explicación de su funcionamiento es sencillísima.

Pongamos los dos émbolos a la misma altura. Entonces, por aplicación del principio general de la hidrostática, garantizamos que entre los émbolos no habrá diferencia de presión. Luego aplicamos una fuerza de intensidad F1 en el émbolo angosto. La fuerza F1 se reparte en un área pequeña, S1. Queda entonces definida la presión P1.

Pascal, a su vez, garantiza que en el otro émbolo la presión será la misma. O sea:

P1= P2

F1 / S1 = F2 / S2

la que a nosotros nos interesa es

F2 = F1 . ( S2 / S1)

De modo que la fuerza resultante F2, será ( S2/ S1) veces mayor que F1. Cuanto más grande sea la sección del émbolo grande respecto de la sección del émbolo finito mayor va a ser el factor de multiplicación de la fuerza. Por ejemplo, si la sección 2 es 100 veces mayor que la sección 1 (una relación típica), entonces la fuerza 2 es 100 veces más grande que la 1.

Para fijar los conceptos discutidos en esta lección te recomiendo ir a este ejercicio.

CHISMES IMPORTANTES:

• No es el único multiplicador de fuerzas que existe, pero la prensa hidráulica es el multiplicador preferido por la industria y por la mecánica en general. Críquets, brazos mecánicos, elevadores, estampadoras, movimientos robotizados... todo lo que vos imagines que utiliza la industria se mueve con fuerzas que salen de prensas hidráulicas.

PREGUNTAS CAPCIOSAS

• ¿Por qué el principio de Pascal parece no afectarse por el principio de la hidrostática? ¿No debería haber diferencias de presión debido a la diferencia de alturas entre émbolos o corchitos?

• Si en el émbolo angosto, por acción de la fuerza F1, se desplaza un volumen de líquido V (por ejemplo: 36,5 ml)... -¿qué volumen se desplaza en el émbolo grande haciendo una fuerza F2? ¿Cuál de los dos pistones debe realizar un recorrido mayor? ¿Cuánto mayor?

PRESION ATMOSFERICA

“Vivimos en el fondo de un océano de aire”. La frase de Evangelista Torricelli (1608-1647), matemático y físico italiano discípulo de Galileo Galilei, es enormemente descriptiva (Evangelista era el nombre de pila... Torricelli probablemente fuera ateo). El aire es un fluido gaseoso que nos rodea, nos envuelve y nos presiona. Se extiende sobre toda superficie de la Tierra constituyendo la atmósfera que se eleva hasta una altura de unos 20 kilómetros. No tiene un límite definido: a 40 km de altura todavía pueden encontrarse algunas moléculas perdidas. Se compone de una mezcla de gases, principalmente nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua y algunos otros.

Nosotros no nos damos cuenta de que el aire que nos rodea nos presiona enormemente, porque nuestro cuerpo está construido a presión: la misma presión adentro que afuera de nuestra piel. Galileo se había dado cuenta del fenómeno con razonamientos muy sutiles, pero nunca había podido hacer una medición concluyente.

El primero en medir el valor de la presión que la atmósfera imprime a la superficie terrestre y a todo bicho que camine sobre ella, fue Torricelli.

El experimento (famoso) que le permitió tal hazaña consistió en un simple

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