QUIMICA GENERAL Clase 3 Conceptos Hidrostaticos

Química General Clase 3

Ingeniería Civil Industrial

Prof. Gonzalo García G.

22 de marzo de 2016

Conceptos de presión hidrostática

Fundamentos Ingeniería de Procesos

Profesor:

Gonzalo García G.

e-mail: [email protected]

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


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




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



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



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



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



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



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



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.



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

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