MECÁNICA DE FLUIDOS (Clase 2)
Concepto de presión y presión hidrostática
Ingeniería Civil Industrial
Prof. Gonzalo García G. - 2015
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
Ejercicio 2: DESARROLLO EN CLASES
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
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
Ejercicio 3: DESARROLLO EN CLASES
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
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
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
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
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
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
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
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
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
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
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
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.
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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
Ejercicio 5: DESARROLLO EN CLASES
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).
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Ejercicios de aplicación
2m
Acetato de
etilo (liq)
Gas
Intercambiador
de Calor
h
manómetro
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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