PRESION DE LOS FLUIDOS

JEINER PINEDO LINERO, JOAQUIN VESGA JIMENEZ, EDUARDO MOYA, JULIO BANQUEZ ,JULIO ALDANA

Universidad del Magdalena, Santa Marta.

Facultad de Ingeniería

RESUMEN

En el presente laboratorio trabajaremos acerca de la medición de la densidad de ciertos elementos, la cual nos muestra claramente cómo se mide la densidad de ciertos fluidos gracias a los elementos necesarios y los cálculos matemáticos exigidos. Para estas mediciones y para alcanzar el resultado requerido debemos conocer las propiedades del fluido. De igual forma pretendemos consolidar los conocimientos sobre la densidad de los materiales, en el que se hace necesario emplear el método de las mediciones, de forma más clara, el cual consiste en pesar este fluido para determinar su masa y su volumen por medio de una probeta, se encontraran la densidad de 4 materiales como el agua, glicerina, alcohol etílico y aceite; con los resultados logrados comprobamos que el valor de la densidad para cada fluido además de su volumen y masa para así determinar las experiencias aprendidas.

Palabras Claves: Barómetro, presión atmosférica y fluidos.

ABSTRACT

In this laboratory work on measuring the density of certain elements, which clearly shows how we measure the density of certain fluids through the necessary elements and the mathematical calculations required. For these measurements and to achieve the required result we must know the fluid properties. Similarly we aim to consolidate knowledge about the density of materials, which is necessary to employ the method of measurement, more clearly, which involves weighing the fluid to determine its mass and its volume by a briquet density were found 4 materials such as water, glycerin, ethyl alcohol and oil, with the results achieved we found that the density value for each fluid in addition to its volume and mass in order to identify lessons learned.

Key words: Barometer, atmospheric pressure and fluids.

Introducción

Los fluidos describen distintos comportamientos sea que se encuentre en reposo o en movimiento. En el caso de los fluidos que se encuentran en reposo o movimientos a velocidad constante se analizan ciertas propiedades relacionadas con la presión que ejercen éstos como: presión manométrica, presión en un punto, variación de la presión con la profundidad, además de los mecanismos necesarios para calcular estas presiones dependiendo del fenómeno en que se presente. (Ortiz, Juan José. 2007.”presion y estática de fluidos”.

Por tanto en este informe se profundizara más el tema de la variación de la presión con la profundidad, apoyado en la literatura la cual presenta el siguiente enunciado: “que la presión en un líquido depende únicamente de la profundidad h

dentro del líquido. Así, PA= P0A+ ρgAh o P= P0+ ρgh”. (SERWAY, 2003).

Para corroborar lo anterior vamos a crear un montaje, el cual nos permita elaborar la experiencia de forma correcta, de la siguiente manera: se utiliza un recipiente lleno de agua al cual se le va a introducir un tubo lleno de arena (lastre), más un peso adicional (esferas), lo que nos va a permitir saber a cuanto de profundidad llega el tubo con los distintos pesos adicionales que se le proporcionan, teniendo en cuenta la medición sus alturas

correspondientes (Guía práctica de fluidos, calor y ondas. En consecuencia se analizara los pesos arrojados y las respectivas alturas, para llevar a cabo graficas que expliquen de cierta forma la relación existentes entre estas variables, como también encontrar los posibles errores relativos y hallar las comparaciones existentes de dichas variables.

Descripción del problema:

En la presión de fluidos se hace visible una relación entre la presión de un punto en un fluido y la profundidad.

Por ejemplo, se tiene un líquido en reposo cuya densidad es ρ. Consideremos una porción del líquido comprendida en un cilindro imaginario de sección transversal A, que se extiende desde la profundidad d, a la profundidad d+h.

Esta ración de líquido se mantiene en reposo, de manera que, según la segunda ley de Newton, la fuerza neta ejercida sobre la porción de líquido debe ser cero. El líquido externo a la muestra ejerce fuerzas que son, en todos los puntos d la superficie de la muestra, perpendiculares a dicha superficie.

La presión ejercida por el líquido sobre la parte inferior de la muestra es P y la presión sobre la parte superior es P0. La magnitud de la fuerza ascendente ejercida por el líquido sobre la superficie inferior de la muestra es PA, la magnitud de la fuerza descendente ejercida por el líquido sobre la parte superior de la muestra es P0A.

A demás, la fuerza gravitacional actúa también sobre la muestra.

Como la muestra está en equilibrio, la fuerza neta en la dirección vertical debe

ser cero: ∑ Fy=¿¿ 0 por tanto PA- P0A-

mg = 0 (figura 1)

Como la masa del líquido contenido en la muestra es m= Ρv = ρAh la fuerza gravitacional que actúa el líquido de la muestra es mg= ρgAh. Así,

PA= P0A+ ρgAh o P= P0+ ρgh (Ecuacion1).

Si la superficie superior d nuestra muestra está a una profundidad d= 0, es decir, está en contacto con la atmosfera, entonces P0

es la presión atmosférica.

La ecuación 1 indica que la presión en un líquido depende únicamente de la profundidad h dentro del líquido.

De esto se deduce que la presión es la misma en todos los puntos del líquido situados a la misma profundidad, independientemente de la forma del recipiente.

Discusión

El material necesario para la realización del experimento fue:

Dos Tubos de PVC, d = 1 ½ “, L = 30 cm, cerrado en uno de los extremos., Esferas, Regla, Probeta, Líquidos y Arena

Se lastra el tubo con un poco de arena y se mide una altura h, llamamos al peso del tubo más el lastre (w o) y A al área del tubo (Área exterior), Po la presión inicial

(Po=wo

A ).Se introduce esferas dentro

del tubo y se mide la altura, se agrega más esferas y se vuelve a medir la altura hasta completar cinco lecturas y se consigna los datos en un tabla.

Debido a las condiciones de algunos materiales del laboratorio es muy probable que los márgenes de error crezcan, dentro de la realización del experimento no hubo ningún problema o tropiezo que impidiese el óptimo desarrollo de la experiencia.

Análisis y resultado

Durante la realización del experimento fue necesaria la montura del sistema que consistía en llenar un tubo pvc con X cantidad de arena y medir luego la altura o profundidad que tenía esta sumergiéndola en agua y pesándola luego de haber hecho la actividad anterior. De esta misma manera realizamos cinco veces el mismo procedimiento pero con la diferencia de que en cada repetición se le fue agregando pesas diferentes y así se obtuvo las lecturas del peso (W, N) y altura (h, cm). En la siguiente tabla encontramos la

1. ¿Grafique W vs h. Haga la regresión lineal correspondiente y el análisis de lo obtenido en la gráfica y en la regresión ¿Qué significa cada una las variables? ¿Los intercepto?

Peso (W,N)

Altura (h, cm)

3.8 20.7

4.4 24.7

4.9 27.6

5.3 29.3

5.8 31

3.8 4.4 4.9 5.3 5.80

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.207

0.247

0.2760.293

0.31

Altura (h,cm)

PESO (W,N)

Información de los datos recogidos durante el experimento:

2. ¿Cómo cambia el significado de la ecuación obtenida, si ahora hacemos h=0?

La ecuación que obtuvimos en la gráfica la hallamos por medio de la ecuación de la pendiente y= m(x-x1) + y1 luego remplazamos y que en este caso es la altura lo igualamos a cero (h=0) cambiando el resultado de la siguiente manera:

y=6.7 (x - 3.8) + 0

y=6.7x – 25.46

y=6.7 (4.4) - 25.46

y=29.48 – 25.46

y= 4.02

3. Compare el valor de W0 con el w obtenido en la grafica

Comparamos el W0 con el W obtenido en la gráfica de la siguiente manera tomamos nuevamente la ecuación de la pendiente obtenida en X que en la gráfica es el peso (W) dándonos como resultado lo siguiente:

y = 6.7x – 4.76

4.82 = 6.7x – 4.76

En otro punto,

6.7x – 4.76 = 0

6.7x = 4.76

X = 4.76/6.7

X = 0.71

8.78/6.7 = x

1.31 = x

4.02 + 4.766 = 6.7x

4. Compare el h con el h0 obtenido de la gráfica.

Según los datos obtenidos se realizó una gráfica donde ponemos el peso (W) como variable independiente y altura (h) como variable dependiente en la cual, podemos concluir que a medida que aumenta el peso también aumenta la altura teniendo como referencia una relación directamente proporcional.

5. Halle los errores relativos de los números tres y cuatro

Como se puede observar el W0 nos arroja un dato de 3.8 N exactamente; en la gráfica realizándolo mediante la ecuación de la pendiente podemos ver que el W en esta es menor en los diferentes puntos que lo tomamos (dándonos en un punto 1.31N y en otro 0.71N) a la W0 con la cual comenzamos al realizar el procedimiento del experimento.

6. ¿Cómo se define la presión atmosférica?

La atmósfera (capa de aire que rodea a la Tierra) ejerce, como cualquier otro fluido, una presión sobre los cuerpos que están en su interior. Esta presión es debida a las fuerzas de atracción entre la masa de la Tierra y la masa de aire y  se denomina Presión Atmosférica. También podemos decir que la presión atmosférica es la fuerza que el peso de la columna de atmósfera por encima del punto de medición ejerce por unidad de área. La unidad de medición en el sistema métrico decimal es el hectoPascal (hPa) que corresponde a una fuerza de 100 Newton sobre un metro cuadrado de superficie.

7¿La presión atmosférica, en un mismo lugar de la Tierra, tiene un valor constante?

La presión atmosférica no es constante. Su valor cambia según la ubicación geográfica y las condiciones

meteorológicas. La presión atmosférica no sólo cambia con la altura, sino que en cada punto va variando con la altura, lo que la convierte en un factor del tiempo meteorológico. En los mapas del tiempo podemos encontrar:

Anticiclones: Son zonas donde la presión atmosférica es alta debido a que el aire frío de las capas más altas desciende y en su descenso aumenta de temperatura. Por esta razón los anticiclones están asociados a un tiempo estable.

Borrascas: Son zonas donde la presión atmosférica es baja debido a que el aire asciende y en su ascenso la temperatura baja, condensándose el vapor de agua que pueda existir y produciendo lluvias. Por ello, las borrascas están asociadas a un tiempo inestable.

8. ¿Qué relación existe entre la presión atmosférica y el punto de la ebullición de un líquido?

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la presión atmosférica.

La presión de vapor de una sustancia sólo depende de su temperatura. Por ejemplo: la presión de vapor del agua- a 100 ºC es de 1 atm- a 80 ºC es de 0,5 atm

A nivel del mar la presión atmosférica es de 1 atm ===> por ello el agua hierve a

100 ºC a nivel del mar.

Pero a alturas muy elevadas, como la presión atmosférica es menor, el punto de ebullición del agua también será menor. Así, a unos 5500 m sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es sólo 0,5 atm ===> el agua hierve a 80 ºC a 5500 m sobre el nivel del mar.

9. Explique la diferencia que hay entre un manómetro y un barómetro.

Es que el barómetro mide la presión por debajo de la presión atmosférica y el manómetro por encima de la presión atmosférica.

5. Explique la diferencia que hay entre la presión manométrica y la presión barométrica.

Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe.

La medición de presión barométrica se utiliza en la medición de presión atmosférica, para

Correcciones en la medición de presión manométrica, para la determinación de la densidad del aire y la corrección de la flotación de las masas en el aire

10. ¿Si te toman dos barómetros de diferente diámetro, en el mismo lugar,

la presión en dicho lugar varia? Explique

Si varia, porque conociendo que presión se define como la fuerza que actúa sobre un área, tenemos que la fuerza en el mismo lugar será la misma, pero con la diferencia que si son dos barómetros con diámetros distintos, obviamente el área de cada barómetro será diferente (una mayor que la otra) y haciendo la relación fuerza sobre área, entonces, a mayor área la presión es menor, y a menor área la presión aumenta, entonces por esas relaciones es que si se someten dos barómetros de diferentes diámetros la presión varia.

11. ¿Cuál es la ecuación fundamental de la estática de fluidos?

Pabs = Patm + ρgh

7. Cite 3 aplicaciones industriales relacionadas con el concepto de presión.

Medición Sanguínea

Prensa Hidráulica

Compresión del aire en los tanques de buceos

Conclusión

Con esta experiencia podemos concluir que la presión en un fluido es la presión por así decirlo termodinámica que interviene mucho en el movimiento del fluido.

Aprendimos que para definir con mayor propiedad el concepto de presión en un fluido se distinguen habitualmente varias formas de medir la presión:

La presión media, o promedio de las presiones según diferentes direcciones en un fluido, cuando el fluido está en reposo esta presión media coincide con la presión hidrostática.

La presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro de este.

Como se puede observar es un tema de gran importancia e interés no solo en la física y en otras ciencias sino que es observado este fenómeno en nuestra vida cotidiana y es excelente saber cuál es la explicación y por qué ocurre. Por ende, para nosotros futuros ingenieros de la sociedad es importante saber este tema que nos va a servir en un futuro ya sea para aplicarlo o para enseñarlo a otras generaciones.

Referencias

Serway, Raymond y John Jewett. 2003. “Física: texto basado en calculo”. México: Thompson.

Fernández Ferrer, Julián. Pujal Carrera, Marcos.1992. “Iniciación a la física”