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La presión se define como una fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de área. Se habla de presión sólo cuando se trata de gas o líquido, mientras que la contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo normal. Puesto que la presión se define como la fuerza por unidad de área, tiene como unidad los newtons por metro cuadrado (N/m2), también conocida como pascal (Pa). Es decir, 1 Pa 1 N > m^2 Temperatura sat
. A una determinada presión, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación, Tsat. Presión de sat A una temperatura determinada, la presión a la que una sustancia pura cambia de fase se llama presión de saturación, Psat. A una presión de 101.325 kPa, Tsat es 99.97°C; mientras que a una temperatura de 99.97°C, Psat es 101.325 kPa. Cambio de presión La temperatura de saturación de una sustancia pura depende de la presión. Cuanto mayor sea la presión, mayor será la temperatura de saturación o de ebullición. Quizá no sea ninguna sorpresa saber que el agua comienza a hervir a 100°C; sin embargo, en sentido estricto, decir “el agua hierve a 100°C” es incorrecto. El enunciado correcto es “el agua hierve a 100°C a 1 atm de presión”. La única razón por la que el agua comenzó a hervir a 100°C fue porque la presión se mantuvo constante a 1 atm (101.325 kPa). Si la presión dentro del cilindro se elevara a 500 kPa añadiendo pesas en la parte superior del émbolo, el agua empezaría a hervir a 151.8°C. Es decir, la temperatura a la cual comienza a hervir el agua depende de la presión; en consecuencia, si la presión es constante, sucede lo mismo con la temperatura de ebullición
Tipos Manómetros en U o diferencial Se indica la presión al desplazar un líquido. Para ello, se llena hasta la mitad con agua u otro líquido un tubo de cristal en forma de U. Cuando se crea una presión diferencial entre ambos lados de la U, entonces la columna de líquido se desplaza hacia el lado con menor presión. La diferencia del nivel es la medida para la presión diferencial. Manómetro de Tubo de Bourdon Nombrado así en honor del ingeniero e inventor francés Eugene Bourdon (1808-1884). Este instrumento consiste en un tubo metálico hueco y curvado como un gancho, cuyo extremo está cerrado y conectado a una aguja indicadora de disco Cuando el tubo se encuentra abierto a la atmósfera no tiene desviación y la aguja indicadora de disco en este estado se calibra a cero (presión manométrica). Cuando se presuriza el fluido dentro del tubo, éste se alarga y mueve la aguja en proporción a la presión aplicada.
Barómetro de mercurio Un barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo. Barómetro Aneroide Un barómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide, en el que la presión atmosférica deforma la pared elástica de un cilindro en el que se ha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja Manometro
Los manómetros de columna líquida son la opción más sencilla y
utilizada para medir presiones y mostrar el nivel de líquidos de un
recipiente o tanque. En estos casos se realiza una medida directa de la
presión en el punto de unión gracias a la altura o diferencia de nivel a la
que se eleva un líquido en un tubo vertical. El tubo vertical (mayormente
se utiliza el tubo en U) puede estar abierto y conectado a un aparato que
contiene un líquido o cerrado, también llamados manómetros
diferenciales.
Todos estos manómetros indican la diferencia entre dos presiones
diferentes a la de la atmósfera. Para ello se utiliza un fluido, llamado
manométrico, que será el encargado de formar la columna líquida para
medir la presión del interior del recipiente. El fluido manométrico puede
ser cualquier líquido que no se mezcle con el líquido que está a presión.
Para presiones elevadas, grandes diferencias de presión o altos vacíos
se utiliza el mercurio como fluido manométrico. Por el contrario, para
presiones bajas se usa agua, alcohol u otro líquido con una densidad
más baja que la del mercurio.
Funcionamiento Un dispositivo basado en este principio se llama manómetro, y comúnmente se usa para medir diferencias de presión pequeñas y moderadas. Un manómetro consta principalmente de un tubo en U de vidrio o plástico que contiene uno o más fluidos como mercurio, agua, alcohol o aceite. Para que el manómetro tenga un tamaño manejable se usan fluidos pesados como el mercurio, si se anticipan grandes diferencias de presión. Puesto que los efectos gravitacionales de gases son insignificantes, la presión en cualquier parte del recipiente y en la posición 1 tiene el mismo valor. Además, dado que la presión en un fluido no varía dentro de éste en dirección horizontal, la presión en el punto 2 es la misma que la presión en el punto 1, P2= P1. La columna diferencial de fluido de altura h está en equilibrio estático y se halla abierta a la atmósfera; por lo tanto, a partir de la ecuación la presión en el punto 2 se determina de forma directa, como donde ρ es la densidad del fluido en el tubo. Note que el área de sección transversal del tubo no tiene efecto en la altura diferencial h, y, por lo tanto, en la presión que ejerce el fluido. Sin embargo, el diámetro del tubo debe ser suficientemente grande (mayor a unos cuantos milímetros) para asegurar que el efecto de la tensión superficial, y por ende el aumento de capilaridad, sea insignificante. P= Patm + ρgh o P man = ρgh Muchos problemas de ingeniería y algunos manómetros tienen que ver con varios fluidos inmiscibles de densidades diferentes apilados unos sobre otros. Este tipo se sistemas se pueden analizar fácilmente recordando que 1) el cambio de presión en una columna de fluido de altura h es ΔP= ρgh, 2) la presión se incrementa hacia abajo en un determinado fluido y disminuye hacia
arriba (es decir, P fondo >P parte Superior ), y 3) dos puntos a la misma elevación en un fluido continuo
en reposo están a la misma presión. El último principio, resultado de la ley de Pascal, permite “saltar” en los manómetros de una columna de fluido a la siguiente sin preocuparse del cambio de presión, siempre y cuando no se salte sobre un fluido diferente y éste se encuentre en reposo. Entonces la presión en cualquier punto se determina iniciando en un punto de presión conocida y sumar o restar los términos rgh conforme se avanza hacia el punto de interés. Por ejemplo, la presión en el fondo de un recipiente se puede determinar si se inicia en la superficie libre donde la presión es Patm, moviéndose hacia abajo hasta alcanzar el punto 1 en el fondo, e igualando el resultado a P1. Se obtiene Patm + (ρgh) 1 + (ρgh) 2 + (ρgh) 3 = P
