b) Determinar la densidad de un líquido, aplicando el principio de igualdad de presiones en puntos a igual profundidad en un fluido en reposo.

Transcripción

1 1 Departamento: Ciencias Básicas Laboratorio: Física y Química Asignatura: Física. PRESIÓN MANOMÉTRICA Objetivos específicos a) Medir las diferentes alturas y presión que se indique. b) Determinar la densidad de un líquido, aplicando el principio de igualdad de presiones en puntos a igual profundidad en un fluido en reposo. c) Calcular la presión manométrica y la presión absoluta en dos puntos de un gas confinado, haciendo uso de un manómetro en U abierto usando un líquido manométrico como agua. Introducción teórica Los fluidos son sustancias que presentan una gran movilidad entre sus partes, no tienen rigidez, ya que cambian de forma por efectos de fuerzas tangenciales pequeñas y esto se manifiesta por su capacidad de fluir, Los fluidos son líquidos o gases y únicamente resisten esfuerzos normales debido a la presión. Los líquidos son prácticamente incompresibles, mientras los gases son altamente compresibles. Para su estudio en reposo, los líquidos y los gases generalmente deben encontrarse confinados adoptando la forma del recipiente que los contiene. Es así que su estudio se presenta en términos de densidad, peso específico, volumen y presión. La presión de los fluidos puede ser absoluta o manométrica. En el primer caso, se tiene una presión referida a la presión cero en el vacío. La presión manométrica que se obtiene directamente de un manómetro, indica la diferencia entre la presión de un punto determinado del fluido y la presión atmosférica. Tanto la presión absoluta (Pabs) como la presión manométrica (Pm) cambian linealmente con la profundidad (h) en los líquidos. Estas se relacionan así: P = P + P, P = ρgh (1) abs atm m En la ecuación anterior,ρ es la densidad del líquido y g es la aceleración de la gravedad, ambas consideradas constantes, donde P atm es la presión atmosférica en ese lugar, por lo tanto: Una de las propiedades de los fluidos es que dos puntos en un mismo líquido y a la misma profundidad tienen la misma presión. La presión es por definición F P = A

2 2 En donde las unidades son N/m 2 denominadas pascales en el sistema SI: Lb/pul 2 que se llaman psi en el sistema americano. Además de las unidades arriba mencionadas, existen aún más de acuerdo a las actividades técnicas o científicas en que se desarrollen, por ejemplo en mecánica de fluidos con relación a dispositivos como bombas de agua, válvulas y tuberías, generalmente las presiones se dan como el equivalente de la presión ejercida por una columna de agua o de mercurio (Hg). Una atmósfera estándar equivale a una presión de 760 mm-hg en un tubo vertical, esta lectura es conocida a partir de un instrumento de medición llamado barómetro. Entonces por ejemplo si con un movimiento obtenemos el dato de la presión en las unidades de pascal o psi y nos interesa conocer la altura de un líquido cualquiera que ejerza la misma presión que el dato anterior, sólo se tendrán que igualar el dato de la presión en pascal o psi con la expresión ρgh, en donde ρ tiene que ser la densidad del líquido. Previamente identificado, considerar el valor de la gravedad y finalmente la incógnita que será el valor a encontrar. Tarea previa 1. Cuáles son las características de un líquido manométrico? 2. Qué es un manómetro? 3. Investigue la definición de los términos: Presión, Presión manométrica, presión atmosférica, Presión absoluta, fluido, gas confinado y no confinado, líquido. 4. Estudiar el problema resuelto 1.1 del capítulo 1, del libro Fisica Vol. 1, ª. Ed. Del autor Resnick Halliday - Krane Materiales y equipos Cinta métrica Barómetro Dos varillas sostén con base; Vejiga Aparato manométrico Tubo de vidrio en U Procedimiento Parte A: DENSIDAD DE UN LÍQUIDO 1. Sosteniendo verticalmente el tubo en U, colocar agua hasta una altura de 4 cm aproximadamente como se muestra en la figura Pegar pedacitos de tirro en ambas ramas del tubo para indicar el nivel inicial del agua y a la vez la horizontal de referencia. 3. Verter cuidadosamente aceite en la rama del tubo en U provocando un desnivel de 2 a 4 cm entre las ramas izquierda y derecha.

3 3 Figura 1. Figura Colocar más agua en la otra rama del tubo en U hasta que la superficie de separación entre los líquidos coincida con el nivel original del agua que marca el tirro. Ver figura 2.. Medir las alturas h 1 y h 2, usando el calibrador vernier 6. Mida la presión atmosférica con el barómetro digital

4 4 Hoja de resultados Parte A. DENSIDAD DE UN LIQUIDO Indique en cada lectura el número de cifras significativas. Altura h 1 = cm ± cm Altura h 2 = cm ± cm cifras sign. cifras sign. Valor de la presión atmosférica: milibares. cifras sign.

5 6 Hoja de análisis de resultados Parte A: DENSIDAD DE UN LÍQUIDO 1. Tomando ρ= 1.0 g/cm 3. como valor de la densidad del agua, calcular la densidad del aceite aplicando el concepto de la igualdad de presiones en los puntos 1 y 2 de la figura 2 2. Calcule el valor de la presión absoluta, ejercida sobre la interfaz de los líquidos. 3. Realice las conversiones necesarias para expresar la presión absoluta en atm, cm de agua, mm de Hg, psi.