Leyes Asociadas a los Cambios de Presión
Líquido (incompresibles): Se caracteriza por tener un volumen constante si la temperatura y la presión son constantes, tienen una superficie libre que los limita cuando están contenidos en un recipiente, y en general se les considera incompresibles.
Masa: Cantidad de materia de un cuerpo (escalar). Viene dada en [gm] ó [kgm] ó [lbm].
Peso: Fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo (vectorial). Sus unidades pueden ser entre otras, [Dina] ó [Nw] ó [Poundal].
Densidad (ρ): Es la relación existente entre la masa (m) de una sustancia y el volumen que ocupa (V). Viene dado en kgm/m3, lbm/pie3 ó gm/cm3.
(P5)
(P6)
Donde G es la densidad relativa, ρ es la densidad de la sustancia y ρo es la densidad de referencia o absoluta.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³.
Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C. Donde la densidad del aire será 1,293 Kg.m/m3.
Peso específico (γ): Es la relación entre el peso (w) y la unidad de volumen de un cuerpo (V). Algunas de sus unidades pueden ser: dina/cm3 ó Nw/m3.
(P7)
sabiendo que w = m.g y m = ρ.V, se puede relacionar el peso específico con la densidad a través de la ecuación 4:
(P8)
Donde:
m: masa
w: peso
V: volumen
g: gravedad
ρ: densidad
Gravedad específica (Gs, adimensional): Es la relación entre el peso específico de la sustancia considerada (γ) y el peso específico de la sustancia de referencia (γo).
(P9)
Figura P5.
Figura P4.
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Para Tanques Cerrados
La fuerza aplicada a un fluido que se halla en un recipiente cerrado se transmite íntegramente a cada punto del mismo y a las paredes del recipiente con una presión constante (Ley de Pascal).
Para darle significado a esta ley se considera la prensa hidráulica de la figura P5. Al aplicar una fuerza al pistón del área 1 (A1), la fuerza se distribuye igual a través de todo el sistema incluyendo el área 2 (A2). Pequeñas fuerzas que se ejercen sobre el pistón pequeño causan grandes fuerzas sobre el pistón grande, por lo tanto la relación existente entre el mecanismo hidráulico y la presión en todos los puntos es igual.
Figura P3
Es importante resaltar que la temperatura (T) también afecta la fuerza ejercida por un líquido en un tanque abierto (figura P4). Para un volumen constante de líquido al disminuir su temperatura aumentará el peso del líquido (W), modificándose así la fuerza ejercida, y por lo tanto, la presión.
Densidad relativa (G, adimensional): La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades).
Para los líquidos el peso específico de referencia habitual es el del agua, por ejemplo, γH2O = 9810 Nw/m3 ó γH2O =1000 Kgf/m3. En cambio, para los gases la referencia habitual es la del aire, siendo: γaire= 12,684 Nw/m3 ó γaire=1,293 Kgf/m3.
FLUIDOS:
En medición de presión con líquidos, hay que considerar si el tanque está abierto a la atmósfera o si está cerrado, así como también si esta presurizado o no.
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Para Tanques Abierto
En un tanque abierto la fuerza, y por lo tanto, la presión que ejerce el líquido sobre las paredes y el fondo del tanque, depende de la altura (h) del líquido dentro del tanque, su gravedad especifica (Gs) y su temperatura (T). Es decir: P = f (h,Gs,T).
La presión ejercida por el agua en un tanque abierto (figura 1), depende de la altura del agua por arriba del punto donde se está haciendo la medición; es por ello que: P1 > P2 > P3 > P4 > P5.