MF Clase 2 Conceptos de Presion Hidrostatica

MECÁNICA DE FLUIDOS (Clase 2)

Concepto de presión y presión hidrostática

Ingeniería Civil Industrial

Prof. Gonzalo García G. - 2015

CONTENIDOS

Concepto de presión

Presión hidrostática

Ejercicios de aplicación

CONCEPTO DE PRESIÓN

PRESIÓN

Presión es la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una unidad de

área.

Principios importantes

La presión actúa de modo uniforme sobre un volumen pequeño de

fluido y en todas direcciones.

En un fluido confinado por fronteras sólidas, la presión actúa en

forma perpendicular a la pared.

Intercambiador de calor

doble tubo

Superficie del fluido

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.

En el siguiente cuadro, se presenta las equivalencias de las distintas unidades de la presión

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 2002000:

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


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.

kPaPA 0

Aire

Aceite

3,0 m

3,0 m

1,5 m

A

B

C

D

E



luego,

por tanto:

kPam

kNm

m

kNhP ABBA 5,265,260,383,8

23

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

kPaamanométricPaPB 5,260

amanométrickPaPB )(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

)(0,530 kPaamanométricPaPC

amanométrickPaPC )(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:

amanométrickPaPP BD 5,26

amanométrickPaPE 0

Aire

Aceite

3,0 m

3,0 m

1,5 m

A

B

C

D

E

F


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

kPaamanométricPaPF 2,130

amanométrickPaPF 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.


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


Un sistema de alimentación por gravedad ha de emplearse para

alimentar acetato de etilo a un intercambiador de calor. Se requiere

una presión absoluta de 1,4 atm a la entrada del intercambiador de

calor. ¿Cuál es la mínima elevación necesaria del nivel de acetato

de etilo en el estanque? Si el manómetro de mercurio de extremo

abierto ubicado en la parte superior del estanque cerrado marca

una presión de 40 (mmHg).



2m

Acetato de

etilo (liq)

Gas

Intercambiador

de Calor

h

manómetro


Ejercicios de aplicación Ejercicio 6 DESARROLLO EN CLASES

Un estanque abierto a la atmósfera, alimenta etanol a un estanque

cerrado ubicado 3 metros por debajo de su base como muestra el

siguiente esquema. El manómetro de extremo cerrado conectado

al estanque cerrado marca una diferencia de niveles de 98 cm. de

mercurio. Determine el nivel X, en pies, de etanol en el estanque

abierto

Estanque Abierto Estanque

Cerrado

Gas 3 m

X

98 cm.

Manómetro

Cerrado

Etanol

2 m

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