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Presión

Presión
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Concepto:Equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.

Presión (símbolo P). Es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

Definición

Presión es la fuerza normal por unidad de área, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie, y está dada por:

P = F/A

Donde P es la fuerza de presión, F es la fuerza normal, es decir perpendicular a la superficie y A es el área donde se aplica la fuerza.

Unidades

Las unidades de presión son: En el Sistema Internacional de unidades (S.I.) la unidad de presión es el pascal que equivale a la fuerza normal de un newton cuando se aplica en un área de metro cuadrado. 1pascal = 1N/m 2 y un múltiplo muy usual es elkilopascal (Kpa.) que equivale a 100 N/m 2 o 1000 pascales y su equivalente en el sistema inglés es de 0.145 lb./in 2 .

Experiencia de Torricelli

Para medir la presión atmosférica, Torricelli empleó un tubo largo cerrado por uno de sus extremos, lo llenó de mercurio y le dio la vuelta sobre una vasija de mercurio. El mercurio descendió hasta una altura h = 0.76 m al nivel del mar. Dado que el extremo cerrado del tubo se encuentra casi al vacíop = 0, y sabiendo la densidad del mercurio es 13.55 g /cm3 ó 13550 kg/m3 podemos determinar el valor de la presión atmosférica.

Tipos de Presión

Presión Atmosférica

Es el peso de la columna de aire al nivel del mar. P Atm. =1Atm. = 760 mm-Hg = 14.7 lb/in 2 (psi)= 30 in-Hg=2116 ln/ft 2

Presión barométrica

Es la presión que se mide mediante un barómetro el cual se puede usar como un altímetro y puede marcar la presión sobre o bajo el nivel del mar.

Presión manométrica

Es la presión que se mide en un recipiente cerrado o tanque.

Presión absoluta y relativa

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).

Unidades de medida, presión y sus factores de conversión

La presión atmosférica media es de 101 325 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar. 1 Atm = 1,01325 bar = 101325 Pa = 1 kg/cm² y 1 m.c.a = 9.81 kPa

Unidades de presión y sus factores de conversión.
  Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr
1 Pa (N/m²)=
1
10-5
10-6
0,102
0,102×10-4
0,987×10-5
0,0075
1 bar (daN/cm²) = 100000 1 0,1 1020 1,02 0,987 750
1 N/mm² =
106
10
1
1,02×105
10,2
9,87
7500
1 kp/m² =
9,81
9,81×10-5
9,81×10-6
1
10-4 0,968×10-4 0,0736
1 kp/cm² =
98100
0,981 0,0981 10000 1
0,968
736
1 atm (760 Torr) = <center>101325 1,01325 0,1013 10330 1,033
1
760
1 Torr (mmHg) =
133
0,00133 1,33×10-4
13,6
0,00136 0,00132 1

Las obsoletas unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio, están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo estándar de fluido bajo cierta gravedad estándar. Las unidades de presión manométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua (mm c.d.a.).

Presión de un fluido

Un sólido es un cuerpo rígido y puede soportar que se le aplique fuerza sin que cambie sensiblemente su forma, un líquido solo puede soportar que se le aplique fuerza en una superficie o frontera cerrada si el fluido no esta restringido en su movimiento, empezará a fluir bajo el efecto del esfuerzo cortante en lugar de deformarse elásticamente.

Los líquidos ejercen presión en todas direcciones.

La fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene actúa siempre en forma perpendicular a las paredes.

La presión de un líquido a cierta profundidad es la misma en todo el fluido a ésa profundidad y es igual al peso de la columna del fluido a esa altura. Matemáticamente tenemos que: W = DV Donde W es el peso de la columna del líquido D es la densidad de peso o peso específico del mismo y V es el volumen de la columna. Pero V = Ah, es decir área de la base por la altura, entonces W=DAh y si P=W/A, o P=DAh/A simplificando A la presión de un líquido quedaría P = Dh o P = gh

En otras palabras, la presión del fluido en cualquier punto es directamente proporcional a la densidad del fluido y a la profundidad bajo la superficie del mismo.

Propiedades de la presión en un medio fluido

  1. La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción.
  2. La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad no es constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal.
  3. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica.

Aplicaciones

Frenos hidráulicos

Los frenos hidráulicos de los automóviles son una aplicación importante del principio de Pascal. La presión que se ejerce sobre el pedal del freno se transmite a través de todo el líquido a los pistones los cuales actúan sobre los discos de frenado en cada rueda multiplicando la fuerza que ejercemos con los pies.

Refrigeración

La refrigeración se basa en la aplicación alternativa de presión elevada y baja, haciendo circular un fluido en los momentos de presión por una tubería. Cuando el fluido pasa de presión elevada a baja en el evaporador, el fluido se enfría y retira el calor de dentro del refrigerador.

Como el fluido se encuentra en un ciclo cerrado, al ser comprimido por un compresor para elevar su temperatura en el condensador, que también cambia de estado a líquido a alta presión, nuevamente esta listo para volverse a expandir y a retirar calor (recordemos que el frío no existe es solo una ausencia de calor).

Neumáticos de los automóviles

Se inflan a una presión de 310.263,75 Pa, lo que equivale a 30 psi (utilizando el psi como unidad de presión relativa a la presión atmosférica). Esto se hace para que los neumáticos tengan elasticidad ante fuertes golpes (muy frecuentes al ir en el automóvil). El aire queda encerrado a mayor presión que la atmosférica dentro de las cámaras (casi 3 veces mayor), y en los neumáticos más modernos entre la cubierta de caucho flexible y la llanta que es de un metal rígido.

Presión ejercida por los líquidos

La presión que se origina en la superficie libre de los líquidos contenidos en tubos capilares, o en gotas líquidas se denomina presión capilar.

Se produce debido a la tensión superficial. En una gota es inversamente proporcional a su radio, llegando a alcanzar valores considerables.

Por ejemplo, en una gota de mercurio de una diezmilésima de milímetro de diámetro hay una presión capilar de 100 atmósferas. La presión hidrostática corresponde al cociente entre la fuerza normal F que actúa, en el seno de un fluido, sobre una cara de un cuerpo y que es independiente de la orientación de ésta.

Depende únicamente de la profundidad a la que se encuentra situado el elemento considerado. La de un vapor, que se encuentra en equilibrio dinámico con un sólido o líquido a una temperatura cualquiera y que depende únicamente de dicha temperatura y no del volumen, se designa con el nombre de presión de vapor o saturación.

Fuentes