PRESIÓN
Introducción
El control de la presión en
los procesos industriales da condiciones de operación segura. Cualquier
recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad
variando este, de acuerdo con el material y la construcción del mismo.
La presión ( p) es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en
dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica
una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se
denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total
de un newton (N) actuando uniformemente en un metro cuadrado (m²)
Esta
expresión indica que a mayor fuerza aplicada, mayor presión y a mayor área sobre
la cual actúa la fuerza, menor presión. La presión que
ejerce los líquidos es perpendicular a las paredes del
recipiente que los contiene, dicha presión
actúa en todas las direcciones y sólo es nula
en la superficie libre del líquido.
TIPOS DE PRESIONES
Presión Hidrostática
Es aquella que se origina todo líquido sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene, la presión se debe a la fuerza que el peso de las moléculas ejerce sobre una área determinada , la presión aumenta conforme mayor es la profundidad. Es importante señalar que la presión no depende del volumen de un liquido sino que ésta se ejerce e en todas direcciones.
La presión hidrostática en cualquier punto, pueden calcular multiplicando el peso especifico Pe del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del líquido hasta el punto.
Presión Absoluta
Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o
cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque
entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas
en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña.
Este termino se creo debido a que la presión atmosférica varia con la altitud
y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes
sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios.
Presión Atmosférica
El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este
aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos
a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la
tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión
barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la
presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35 Kpa), ,disminuyendo
estos valores con la altitud.
Presión Manométrica
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, si el valor
absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la
presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras
que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es
insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede
abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la
lectura del manómetro.
La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión
atmosférica a la lectura del manómetro.
Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido
en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de
fluido desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta
de dos partes como se indica en la figuras:
1. El estudio de las fuerzas sobre
una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
2. La sustitución de dicha porción
de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Porción de fluido en equilibrio con el resto del
fluido.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre
una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que
ejerce la presión del
fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente
depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.
Puesto que la porción de fluido se
encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la
presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta
resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa
de la porción de fluido, denominado centro de empuje.
De este modo, para una porción de fluido en
equilibrio con el resto, se cumple
Empuje=peso=rf·gV
Principio de Pascal
El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley
enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se
resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en
equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con
igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
En pocas palabras, se podría resumir aún más,
afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se esparcirá sobre toda la
sustancia de manera integral.El principio de Pascal puede comprobarse
utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un
émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el
émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma
velocidad y por lo tanto con la misma presión. También podemos observar
aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los
elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.
NOTA: Ver cada video.
Teorema de Bernoulli
Principio de Bernoulli, también denominado ecuación
de Bernoulli o trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido
moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel
Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1737) y expresa que en un fluido ideal (sin
viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la
energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
El teorema de Torricelli
El teorema de
Torricelli o principio de Torricelli es una aplicación del principio de
Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través
de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad.
La velocidad de un
líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo
cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el
centro de gravedad del orificio
Actividad: Realizar un cuadro sinóptico de los temas de Presión y de Principios de Arquímedes y Pascal.
