Preparar y acondicionar elementos y máquinas de la planta química. QUIE0108. Adrián del Salvador Yaque Sánchez
la temperatura. El efecto de la presión sobre la tensión superficial es despreciable.
Los efectos de la tensión superficial solo son apreciables en fenómenos de pequeñas dimensiones, como en el caso de tubos capilares, burbujas, gotas y situaciones similares.
Sabía que...
El efecto de capilaridad es el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de diámetro pequeño insertado en un líquido. La superficie libre curva de un líquido en un tubo capilar se llama menisco.
La tensión superficial de una sustancia puede cambiar de forma importante con la presencia de impurezas. Por tanto, a un líquido se le puede añadir algunos productos químicos, denominados surfactantes, para disminuir su tensión superficial.
La tensión superficial se denota por la letra griega s, y sus unidades son de fuerza por longitud, es decir, en el S.I. de newton por metro (N · m-1) y en el S.A. de libras-fuerza por pies (lbf · pie-1).
Presión. Concepto de presión
La presión (P) ejercida por un fluido vendrá expresada por la relación entre una fuerza (F) y la superficie (S) sobre la que dicha fuerza actúa:
P = F / S
Definición
Presión Es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de superficie.
Si se adopta como unidad de fuerza, por ejemplo, el newton (N), y como unidad de superficie el metro cuadrado (m2), todo ello según el S.I. se tiene como unidad de presión el pascal (Pa), es decir:
1 Pa = 1 N · m-2
La unidad de presión pascal es muy pequeña para las presiones con las que se trabaja en la práctica, por lo que se utilizan normalmente sus múltiplos, el kilopascal (kPa) o el megapascal (MPa) que equivalen a 103 y 106 Pa respectivamente.
También se utilizan otras unidades de presión como:
| El bar | 1 bar = 105 N · m-2 = 105 Pa = 100 kPa |
|---|---|
| La atmósfera | 1 atm = 101.325 N · m-2 = 101.325 Pa = 101,325 kPa = 1,01325 bar |
| El kilogramo-fuerza (o kilopondio) por centímetro cuadrado | 1 Kgf/cm-2 = 98.000 N · m-2 = 98.000 Pa = 98 kPa = 0,9807 bar = 0,9679 atm |
Como se puede apreciar, las unidades de presión bar, atm y Kgf/cm-2, son prácticamente equivalentes entre sí.
En el S.A., la unidad de presión es la libra-fuerza por pulgada cuadrada (lbf · pulg-2) o también denominada psi, siendo la relación con la atm de:
1 atm = 14,233 psi
Las unidades de presión Kgf · cm-2 y lbf · pulg-2, también se denominan Kg · cm-2 y lb · pulg-2 respectivamente.
Definición
Presión absoluta Es la presión real de un fluido, y se mide en relación con el vacío absoluto.
Presión relativa Es la presión comparada con otra presión con la que está estrechamente relacionada. Si se compara con la atmosférica se denomina presión manométrica.
Al indicar la presión se debe mencionar si esta es absoluta o relativa. El valor absoluto de la presión es el que esta tiene en sí, y el valor relativo es el que posee cuando se la compara con alguna otra presión con la que esté íntimamente relacionada. Si se compara con la atmosférica (que depende de la altura respecto el nivel del mar) se denomina manométrica, aunque también es relativa.
Por tanto:
Presión absoluta = presión relativa o manométrica + presión atmosférica
Ejemplo
Si un manómetro, equipo de medición de presiones relativas, marca una presión de 5 bar en un equipo a presión, se sabe que es relativa, y que la absoluta es de 6 bar (suponiendo que la presión atmosférica sea de 1 bar a nivel del mar). Si el manómetro marca en el mismo equipo una presión de 0 bar, este está a presión atmosférica, ya que todos los instrumentos de medida de presión se calibran para que den una la lectura cero en la presión atmosférica.
La presión atmosférica es la presión ejercida sobre todos los cuerpos que hay sobre la Tierra por la atmósfera. Los instrumentos destinados a medir la presión atmosférica se llaman barómetros.
Las presiones por debajo de la atmosférica se conocen como presiones de vacío y se miden con instrumentos de vacío.
Los fluidos están sometidos a variaciones grandes de presión en función del sistema en que se utilizan.
Ejemplo
El agua en las tuberías domésticas, está a una presión superior a la atmosférica para que salga con rapidez del grifo.
Existen dos principios importantes acerca de la presión en fluidos:
1 La presión actúa de modo uniforme en todas las direcciones de un volumen pequeño de fluido.
2 En un fluido confinado por fronteras sólidas, la presión actúa de manera perpendicular a la pared.
Por tanto, si se conoce la cantidad de fuerza que se ejerce sobre un área dada, es posible calcular la magnitud de la presión en un fluido.
Compresibilidad de los gases. Incompresibilidad de los líquidos
Si se tiene aire u otro gas dentro de un cilindro equipado con un émbolo móvil y muy ajustado, es posible comprimirlo con mucha facilidad si se empuja. Por ejemplo, cuando se infla un balón o una llanta de una bicicleta con una bomba de mano. Conforme se oprime el émbolo, el volumen del gas de reduce de manera apreciable, al tiempo que la presión se incrementa. Pero si el cilindro tuviese agua en vez de aire habría que aplicar una fuerza enorme, lo que aumentaría la presión del agua, pero su volumen cambiaría muy poco.
Estas observaciones conducen a las siguientes descripciones generales de líquidos y gases:
1 Los gases se comprimen con facilidad.
2 Los líquidos se comprimen muy poco.
La compresibilidad se refiere al cambio de volumen (V) y por tanto de densidad que sufre la masa de un fluido, es decir, los gases, cuando está sujeta a un cambio de presión. Cada gas tiene un factor de compresibilidad diferente, es decir, que para igual masa, temperatura y presión en un mismo cilindro de compresión se tienen diferentes volúmenes para distintos gases.
Definición
Compresibilidad Es la propiedad que presentan los gases de poder ser comprimidos.
Una propiedad usada normalmente para caracterizar este fenómeno es el módulo de elasticidad volumétrico o módulo volumétrico (Ev):