Alumnos: Correa, Fabián Farías, Catalina Medina, Carolina Salazar, Belén Vejar, Valeria

Docente: Ricardo Maldonado

Cálculo de presión y densidad de líquidos.Informe N°5

Universidad de Santiago de ChileFacultad de Química y BiologíaLaboratorio de FísicaTUAQF

Introducción.

En este práctico se analizará la presión local del laboratorio para determinar el porcentaje en que disminuye la presión atmosférica tomada aquí en Santiago de Chile respecto al valor normal (101.300 Pa). Además se realizó una actividad demostrativa utilizando una campana al vacío para comparar las diferencias de presiones y como ésta afecta en el cambio de estado y de fase del agua.

Finalmente se estudió cómo se comporta la presión hidrostática en diferentes sustancias (agua y alcohol) a diferentes profundidades. Se considera que la presión en un fluido estático depende solamente de la profundidad del fluido, la densidad del fluido y la aceleración de la gravedad

Objetivos:

Medir presiones con softweare data studio superiores e inferiores a la atmosférica. Estudiar la relación entre presión y profundidad de agua destilada y etanol. Reconocer partes y función de una cámara de vacío. Calcular el porcentaje de disminución de la presión.

Materiales, equipos y solventes:

Computador con interface Sciense Workshop. Vaso de precipitado - 1.000 mL. Probeta (2) - 1.000 mL. Bomba y campana de vacío. Globo común. Sensor de presión PASCO. Agua destilada. Alcohol – etanol.

Procedimiento Experimental.

I.- Presiones.

Se registró la presión atmosférica y la temperatura que había en el laboratorio para poder determinar el porcentaje de disminución de la presión tomada en Santiago de Chile respecto a la presión atmosférica normal que se registra a nivel del mar.

II.- Actividad Demostrativa.

1.- En una campana de vacío conectada a una bomba, se colocó un globo con una cantidad mínima de aire y sellado con un nudo.2.- Encendieron la bomba y se produjo vacío dentro de la campana se observó lo sucedido. 3.- Luego cambiamos el globo por un vaso precipitado con agua. Y se produjo vacío dentro de la campana registrando lo observado.

III.- Variación de presión hidrostática con la profundidad.

1.- Conectamos el sensor de presión PASCO al computador y se abrió el software de Science workshop y se configuro para la lectura de dicho sensor, pulsando el icono de sensor.2.- Luego se desplegó una tabla y un gráfico para observar y anotar los resultados de la medición realizada bajando el sensor 2 cm por vez en un vaso precipitado de 1 L con agua y posteriormente con alcohol.3.- Se graficaron los datos presión versus profundidad, para encontrar la relación variable entre ella.

Resultados.

I.- Presiones.

Determinación del porcentaje de disminución de la presión atmosférica registrada en el laboratorio respecto de la presión atmosférica normal que se registra a nivel del mar.

Presión atmosférica local: 95.520 Pa.Presión atmosférica normal a nivel del mar: 101.300 Pa.

Cálculo para determinar el porcentaje de disminución:

95.520×100101.300

=94,29%

100%−94,29%=5,71%

Porcentaje de disminución de presión atmosférica local respecto la presión atmosférica normal: 5,71 %.

II.- Actividad demostrativa.

1.- Con el globo se observó una disminución de presión al interior de la campana que provocó que la presión al interior del globo (presión atmosférica) se igualara con la baja el enrarecimiento provocado por el instrumento de vacío, lo que causó que el globo se expandiera aumentando su volumen. En la imagen 1 se puede observar que a medida que va bajando la presión al interior de la campana el globo se va inflando cada vez más.

2.- El agua en el vaso de precipitado al interior de la campana de vacío experimentó al igual que el globo una baja de presión con respecto a la atmósfera local causando que el punto de ebullición disminuyera junto con la presión.

Imágenes de los resultados obtenidos en la experiencia demostrativa.

Imagen1. Demostración con el globo en una disminución de la presión al interior de la campana.

Imagen 2. Demostración de lo que ocurre con un vaso con agua dentro de la cámara a baja presión.

III.- Variación de presión hidrostática con la profundidad.

Para los registros de presión del alcohol (etanol) se realizó la siguiente tabla de datos.

Imagen 3. Sensor de presión PASCO y Computador con interface Sciense Workshop

Tabla 1. Profundidad y presión del alcohol (etanol).Sumergido (cm). Sumergido (m). Presión (KPa). Presión (Pa).

2 0,02 0,10 1004 0,04 0,24 2406 0,06 0,40 4008 0,08 0,56 560

10 0,10 0,70 70012 0,12 0,84 84014 0,14 0,98 98016 0,16 1,13 1.13018 0,18 1,27 1.270

Para los registros de presión del agua se realizó la siguiente tabla de datos.

Tabla 2. Profundidad y presión del agua.Sumergido (cm). Sumergido (m). Presión (KPa). Presión (Pa). Presión (Pa).

2 0,02 0,15 150 1964 0,04 0,32 320 3926 0,06 0,50 500 5888 0,08 0,70 700 784

10 0,10 0,87 870 98012 0,12 1,03 1.030 117614 0,14 1,20 1.200 137216 0,16 1,40 1.400 156818 0,18 1,56 1.560 176420 0,20 1,74 1.740 196022 0,22 1,91 1.910 215624 0,24 2,13 2.130 2352

Están malas

Ejemplo de cálculo:P (Pa) = 1000 (kg/m3) x 0.02 (m) x 9.8 (m/s2) = 196 Pa

A partir de los siguientes datos se realizaron los siguientes gráficos para determinar su comportamiento y la relación entre las variables.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

200

400

600

800

1000

1200

1400

f(x) = 7325 x − 41.3888888888889R² = 0.999570058475497

Profundidad (m).

Pres

ión

(Pa)

.

Figura 1. Medición de presión en pascales vs profundidad del alcohol (etanol) en metros; realizada con un sensor de presión Pasco y registrada cada 2 cm con el softwear Data studio.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30

500

1000

1500

2000

2500

f(x) = 8886.36363636364 x − 29.3939393939395R² = 0.999567807673409

Profundidad (m).

Pres

ión

(Pa)

.

Figura 2. Demostración de medidas de presión vs profundidad del agua, realizadas con un sensor de presión Pasco cada 2cm de altura de profundidad.

Figura 3. Imagen de la relación entre presión y altura

P (Pa) = 1000 (kg/m3) x 0.01 (m) x 9.8 (m/s2)

Discusión.

I.- Presiones.

Con el cálculo realizado se puede inferir claramente que debido a la altura en que se encuentra la ciudad, la presión atmosférica es menor que la presión a nivel del mar, obteniéndose así una diferencia o disminución de 5.780 Pa.

II.- Actividad Demostrativa.

Con los observado en esta actividad…

III.- Variación de presión hidrostática con la profundidad.

Los resultados obtenidos en el práctico se pueden interpretar teniendo en cuenta que la presión es la fuerza que actúa sobre cada unidad de área.

(1) En cualquier líquido (en este caso el agua y el alcohol), las capas superiores ejercen una fuerza, debida a su propio peso, sobre las que se encuentran debajo, y cuando dicha fuerza se mide por cada unidad de superficie recibe el nombre de Presión hidrostática.Por esta razón, siempre que el líquido esté en reposo, la presión hidrostática en cada punto es proporcional a la profundidad, puesto que cuanto mayor es la distancia desde el punto hasta la superficie libre, por encima hay una mayor columna de líquido, por lo que tiene más peso encima y por tanto existe una mayor presión.

Con respecto a lo observado en el grafico 1. se puede observar que la curva de calibración es del tipo lineal, demostrando que la relación de profundidad y presión son directamente proporcionales, ya que a mayor altura de profundidad es mayor la presión registrada por el sensor, cabe destacar que este instrumento es sumamente sensible y que al no realizar este procedimiento con un soporte estable la medidas de presión registrada electrónicamente varían por lo que existe un cierto error asociado al manejo del instrumento y decisión del valor obtenido.Con respecto al grafico 2. Al igual que en el caso anterior a medida que aumenta la profundidad la presión aumenta de la misma manera, demostrando que presenta una relación directamente proporcional entre ellos. Si existe una variación en los valores de la presión registradas, ya que comparadas con el grafico anterior estas medidas son altas para el agua, esto se puede explicar por la diferencia de densidades del etanol (789,00 kg/m³) y el agua (1000 Kg/m3), sabiendo que la densidad del etanol es menor que la densidad del agua y por ello afecta directamente a las presiones observadas entre solutos, por la relación que dice que a mayor densidad mayor presión. Debido a que la presión ejercida en un fluido estático depende solamente de la profundidad del fluido, la densidad del fluido y la aceleración de la gravedad (2). Otro factor de importancia que en esta oportunidad no se utiliza es el factor de la temperatura de las soluciones de agua y alcohol ya que estas presentan distintas densidades según la temperatura que acontece en ese momento y con ello se afectaría directamente en la presión obtenida. Para los cálculos de la actividad 3 la densidad del agua se considera constante a 1000 Kg/m3.

Entendiéndose con la siguiente ecuación:

P (Pa) = d (kg/m3) x h (m) x g (m/s2)

Siendo que la presión ejercida a una distancia h de la superficie es igual a la densidad del líquido multiplicada por esa distancia h y por la aceleración de la gravedad:

Conclusión.

Con la realización de este práctico se puede decir que…

Referencias.

Fuentes bibliográficas:

(1) EXPERIMENTOS DE FÍSICA: Investigación científica en secundaria. NARCEA EDICIONES. 1999. M° Consuelo Escotet Suárez. 2. Experiencias: Medida de las cosas, movimiento, fuerzas, presiones, energía y trabajo. Presiones – Capítulo 23: La presión hidrostática, página 72.

(2) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/pflu.html

Anexo.

Documéntese sobre el uso de sistemas de vacío en la producción de bajas presiones ¿Cuál(es) es (son) su(s) aplicación(es)? (Al menos tres ejemplos).

1.- Aplicación en producción de Etanol y Biodiesel (Biocombustibles)

2.- Sistemas de vacío y compresión en el proceso de fermentación

3.- Bomba de vacío: Son usadas principalmente durante la destilación y la rectificación. El vacío reduce el consumo de energía del proceso y garantiza una producción más económica.

Referencias: http://www.gdnash.com.br/esp/pdf/Industria_biocombustibles.pdf

En su informe desarrolle los efectos que tiene la presión en el ser humano en altura y en las profundidades marinas. Documéntese al respecto. Por lo menos mencione 4 problemas que pueda ocasionar en el ser humano.

1.- Barotitis, dolorosa afección producida por una desigual presión a ambos lados de la membrana timpánica (producida por cambios de presión atmosférica).Referencias: http://www.peybur.com/presion-atmosferica.html

2.- Aumena la velocidad de la respiración y el volumen de aire inspirado produciéndose una hiperventilación, se incrementa el ritmo cardiaco y el flujo de salida de la sangre.

3.- La presión atmosférica influye asimismo sobre la presión arterial, de modo que al disminuir la primera disminuye la segunda. En consecuencia, las personas hipertensas pueden sufrir trastornos en zonas geográficamente altas.Referencias: http://www.peybur.com/presion-atmosferica.html

4.- El organismo produce más glóbulos rojos y hemoglobina para mejorar el transporte de oxígeno de la sangre.