Ventilacion

Propiedades de los Gases

1) Características Generales de los gases

1.1) No tienen forma ni volumen propio: ocupan cualquier recipiente que los contengan.

1.2) Se difunden rápidamente: de forma general, los gases se esparcen y propagan con mayor rapidez que los líquidos, influyendo en esto las condiciones en que se encuentran.

1.3) Son compresibles: debido a la separación tan grande que tienen entre sus moléculas, cuando un gas se comprime de hecho lo que ocurre es que las moléculas que lo componen son forzadas a mantenerse cerca unas de otras, reduciéndose el espacio entre ellas y, por tanto, el volumen total ocupado.

1.4) La densidad es más baja que los líquidos y sólidos esto se comprende también porque las moléculas de los gases están más separadas.

A continuación repasaremos algunos conceptos a fin de poder continuar con los gases.

2) Presión

2.1) Definición

De esta forma obtenemos la siguiente fórmula:

Donde

F = Fuerza perpendicular a la superficie de aplicación

S = Superficie donde se esta aplicando la fuerza

P = Presión existente en la superficie (S), generada por la aplicación perpendicular de la fuerza (F)

Ejemplo:

Se tiene un pequeño bloque que pesa 1 kgf (F = 1 kgf), apoyado sobre una superficie de 10 cm2 (S= 10 cm2).

¿Cuál es la presión ejercida sobre la superficie en kgf/cm2?

Desarrollo:

P = 1 (kgf) /10 (cm2) = 1 / 10 (kgf/cm2) = 0,1 (kgf/cm2)

Respuesta

La presión ejercida es de P = 0,1 (kgf/cm2)

¿Expresado en kilo Pascales (kPa)?

Desarrollo

P = 0,1(kgf/cm2) * {98,07 kPa / 1 (kgf/cm2)} = 9,807 (kPa)

Respuesta

La presión expresada en kPa es P = 9,807 (kPa)

Ejemplo

Se tiene una fuerza medida en Newton (N), igual a F = 10 (N), aplicada sobre una superficie medida en metros cuadrados (m2), igual a S = 2 (m2)

En consecuencia la Presión es P = F / S = 10 (N) / 2 (m2) = 5 (N/m2)

Concepto

a)Si tenemos que F1 ˂ F2 entonces P1 = F1 / S ˂ P2 = F2 / S

Es decir, al aumentar la fuerza ejercida sobre la misma superficie, aumentara la Presión ejercida sobre S.

Si F1 = 4 ˂ F2 = 8. Por otra parte si S = 2 tendremos que:

Teniendo una fuerza F1 = 4 aplicada sobre S = 2 luego P1 = 4/2 = 2

Si se aumenta la fuerza a F2 = 8 que se aplica sobre S = 2 luego P2 = 8/2 = 4

b) Por otra parte, si S1 ˂ S2 entonces P1 = F / S1 ˃ P2 = F / S2

Es decir, al aumentar la superficie donde se aplica la fuerza, disminuirá la Presión ejercida.

Si F = 4, y S1 = 2 ˂ S2 = 4 tendremos que:

Si partimos aplicando F = 4 sobre la superficie S1 = 2 luego P1 = 4/2 = 2

Si la misma fuerza F = 4 esta sobre una superficie mayor S2 = 4 tenemos P2 = 4/4 = 1

Las unidades de presión utilizadas:

1 N/m2 = 1 Pa

1 (kgf/cm2) = 98,07 kPa

1 mm H2O = 9,807 Pa

1 in H2O = 249,1 Pa

Caso relevante: calcule la presión existente en la base de una columna de agua, cuya altura es h, su diámetro es D, el peso específico del agua es ϒH2O. Ver figura.

La base del cilindro de agua es horizontal y el peso del agua es vertical y descendente.

Por lo cual, tenemos una fuerza perpendicular a un área. Lo anterior nos permite establecer que

P base = Peso H2O / A base

Pero como:

Peso = mH2O * g y por otra parte,

ρ H2O = mH2O/VH2O luego podemos despejar mH2O = ρ H2O * VH2O

Entonces sustituyendo

Peso = ρ H2O * VH2O * g = ρ H2O * g * VH2O = ϒH2O * VH2O

También sabemos que VH2O = A base * h

Reemplacemos en la ecuación de presión

P base = Peso H2O / A base = ϒH2O * VH2O / A base = ϒH2O * A base * h / A base = ϒH2O * h

Es decir,

El alumno puede ver que el cálculo de la presión en la base de la columna no requiere conocer el área de la base.

Ejemplo

Se sabe que el peso especifico del agua es ϒH2O = 1 (kgf/dm3), si se tiene una columna de agua de 10 (m) .

¿Cuál es la presión en la base de la columna?

De la formula sabemos que P base = ϒH2O * h

Pero antes de multiplicar requerimos que las unidades de ϒ y h sean coherentes, en este caso elegiremos transformar los metros en decímetros.

h = 10 (m) * {10 (dm) / 1 (m)} = 100 (dm)

Ahora aplicamos

P base = ϒH2O * h = 1 (kgf/dm3) * 100 (dm) = 100 (kgf/dm2)

Observamos que kgf es unidad de fuerza y que dm2 es unidad de área. Lo cual es correcto.

Pero debemos llevar las unidades a una de presión estándar (kgf/cm2).

Usaremos la equivalencia 1 (dm2) = 100 (cm2)

P base = 100 (kgf/dm2) * {1 (dm2) / 100 (cm2)} = 1 (kgf/cm2).

Finalmente tendremos que 10 (m) columna de agua crean una presión en la Base de P base = 1 (kgf/cm2).

El manómetro en U

Realicemos el siguiente experimento:

Colocamos una manguera trasparente y la ponemos con forma de U. Cada tramo vertical tendrá unos 17 cm de alto. Luego la llenamos por uno de los extremos con agua hasta que en ambos lados verticales tengan agua hasta unos 7 cm de altura. Ponemos una huincha de medir en uno de los lados.

Soplamos en un extremo hasta que el agua de los 5 cm del tramo vertical del lado por donde soplamos (ver figura) pase al otro extremo y tengamos una diferencia en el otro lado de 10 cm de agua

Los 10 cm de agua, más, la presión atmosférica sobre dicha columna son sostenidos por la presión de aire que se ejercen con la boca (soplido).

Luego la ecuación queda

Donde

h = altura de la columna de agua

ρ = densidad absoluta del fluido ( en este caso agua)

g = aceleración de gravedad

p atm= Presión atmosférica

Nota: 1 (N) es 1 (m kg s-2) = 1 (m x kg/s2)

De acuerdo a nuestro estudio podemos simplificar

Si sustituimos por la igualdad ϒH2O = ρH2O * g

Donde

La columna de agua h = 10 (cm) = 100 (mm) = 0,1 (m)

Es práctica utilizar las unidad de presión

• mm.c.a = milímetros columna de Agua

• m.c.a = metros columna de Agua

• mm.c.Hg

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