quimica general clase 3 conceptos hidrostaticos
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Química General Clase 3
Ingeniería Civil Industrial
Prof. Gonzalo García G.
22 de marzo de 2016
Conceptos de presión hidrostática
Contenidos
CONCEPTOS DE HIDROSTÁTICA
Medición de presión
Ejercicios aplicados
CONCEPTOS DE HIDROSTÁTICA
PRESIÓN
En los procesos se utilizan diversas unidades para medir presión. Su elección dependerá de su magnitud y de los elementos de medición disponibles en el mercado.
PRESIÓN
Ejercicio 1: DESARROLLO EN CLASES
La figura presenta un contenedor de líquido con un émbolo móvil que soporta una carga. Calcular la magnitud de la presión en el líquido bajo el émbolo, si el peso total de éste y el de la carga es de 500 N, y el área del émbolo es de 2500 mm2.
Expresar el resultado en unidades del SI y su equivalencia en el Sistema Tradicional de Unidades de Estados Unidos.
211
m
NPa KPa
m
NPRpta 200000.200:
2
PRESIÓN
Ejercicio 2: DESARROLLO EN CLASES
Se aplica una carga de 450 lb sobre un émbolo que sella
un cilindro circular de 5,0 pulgadas de diámetro interior que
contiene aceite. Calcule la presión en el aceite junto al
émbolo.
Expresar el resultado en el Sistema Tradicional de Unidades
de Estados Unidos y su equivalencia en el SI de unidades.
2lg11
pu
lbpsi
f atmpsi
pu
lbPRpta
f55,192,22
lg92,22:
2
PRESIÓN ABSOLUTA Y
MANOMÉTRICA
Al realizar cálculos que involucran la presión de un fluido,
se deben efectuar en relación con alguna presión de
referencia. Es normal que la presión atmosférica sea la
presión de referencia.
La presión que registra la medición en un fluido se
denomina presión manométrica.
La presión que se mide en relación con un vacío perfecto se
denomina presión absoluta.
Una ecuación sencilla que relaciona los dos sistemas de
medición de la presión es:
atmmanabs PPP
PRESION BAROMÉTRICA
En la vida cotidiana estamos sometidos a la presión atmosférica o presión barométrica. Esta presión se define como la fuerza que ejerce la atmósfera sobre los cuerpos sumergidos en ella.
En un nivel determinado, la presión atmosférica es igual al peso de la columna de aire existente encima de dicho nivel. Al nivel del mar, su valor normal se considera en 760 mmHg. (1,013 bar). A una altura de 5.500 m este valor se reduce a la mitad.
PRESION MANOMETRICA
La presión manométrica es la presión que ejerce un
sistema en comparación con la presión atmosférica.
Instrumentos utilizados para medir la presión
manométrica en fluidos, se denominan manómetros y
hay de dos tipos: los de líquidos y los metálicos
RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN Y LA
ALTURA
¿Cómo varía la presión con un cambio en la profundidad
o en la elevación?
hP 150 m
60 m
90 m
Referencia: h=0
Superficie del liquido
g
hgP
CONCEPTO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA
A
FPP 0
cg
gmF
cgA
gmPP
0
V
m
hAV
cg
ghPP
0
0P
h
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Considere un tanque de aceite
con un lado abierto a la
atmósfera y otro sellado en el
que hay aire sobre el aceite. El
aceite tiene una gravedad
específica de 0,90.
Calcule la presión
manométrica en los puntos A,
B, C, D, E y F, la presión del
aire en el lado derecho del
tanque:
F
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
Ejercicio 3: DESARROLLO EN CLASES
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Punto A
En este punto, el aceite se encuentra expuesto a la atmósfera, por tanto, la presión manométrica es:
Punto B
El cambio en la altura entre el punto A y el punto B es de 3,0 m, con B por debajo de A.
Para calcular el cambio de presión ΔP,
es necesario definir el peso específico
del aceite.
PaPA 0
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
luego,
por tanto:
33383,881,990,081,9
m
kN
m
kN
m
kNS aceitegaceite
kPam
kNm
m
kNhP ABBA 5,265,260,383,8
23
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Ahora, la presión en B es:
BAAB PPP
k Paam anom étricPaPB 5,260
am anom étrick PaPB 5,26
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
F
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Punto C
El cambio en la elevación o altura del punto A al C es de 6,0 m, con C
por debajo de A, luego la presión en el punto C es:
kPam
kNm
m
kNhP ACCA 0,530,530,683,8
23
CAAC PPP
k Paam anom étricPaPC 0,530
am anom étricPaPC 0,53
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
F
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Punto D
Como el punto D se encuentra al mismo nivel de altura que el punto
B, la presión en ambos puntos es la misma, entonces:
Punto E
Debido a que el punto E está al mismo
nivel que el punto A, la presión
también es:
am anom étrick PaPP BD 5,26
am anom étrick PaPE 0
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
F
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Punto F
El y F está sobre A, por tanto, la presión en F se
calcula como:
mh FA 5,1
kPam
kNm
m
kNhP AFFA 2,132,135,183,8
23
FAAF PPP
k Paam anom étricPaPF 2,130
am anom étrick PaPF 2,13
Aire
Aceite
3,0 m
3,0 m
1,5 m
A
B
C
D
E
F
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Análisis
Presión del aire: Debido a que el aire en el lado derecho del
tanque está expuesto o en contacto con la superficie del
aceite, donde PF es igual a -13,2kPa, la presión del aire
también es de -13,2kPa.
Conceptualmente, también se puede expresar esta presión
como un valor de 13,2kPa por debajo de la presión
atmosférica.
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
Ejercicio 4 DESARROLLO EN CLASES
Datos:
6,13
lg905,5
8202,0
2
1
HgSg
puh
piesh
La figura presenta un manómetro diferencial. El fluido manométrico
es mercurio (Hg) de gravedad específica 13,6. Calcule la presión en
el punto A:
a) Usando expresión:
b) Usando expresión:
)(, psig
hgP
c
)(, kPahP Aire a presión
atmosférica
h2
h1
4
3
2
1
H2O
Hg
A
3
3
º4
º4
/81,9
/1000
:
2
2
2
mkN
mkg
sespecíficoPeso
OH
CaOH
CaOHg