Manómetro de tubo abierto

Manómetro de tubo abierto

El manómetro de tubo abierto se rige de un tubo de vidrio doblado en forma de U. Una de sus ramas es más larga y abierta al exterior, por otro lado, la otra rama es más corta, se ensancha formando un receptáculo y luego se dobla en ángulo recto, quedando también abierta al exterior. El tubo se apoya en una tabla de madera en la que hay marcada una escala graduada en centímetros. Antes de medir es necesario introducir suficiente cantidad de mercurio (en nuestro caso glicerina) en el manómetro que quedará almacenado en su mayoría en el receptáculo.

El manómetro de tubo abierto se utiliza para medir la presión manométrica del gas contenido en un recipiente. Para ello (ver esquema de la figura inferior) la rama izquierda se conecta al recipiente que contiene el gas que se halla a una presión absoluta P desconocida.

Tras la conexión, y siempre que la presión P sea superior a la atmosférica, se producirá el ascenso de mercurio por la rama izquierda hasta alcanzar una posición de equilibrio. En ése momento podemos afirmar que la presión es la misma en las dos ramas del tubo manométrico al nivel marcado por el punto A.

La presión a ese nivel, analizando la rama izquierda es:

P_((izq))=P_atm+ d_((Hg))∙g∙h

Donde: P(atm) (presión atmosférica); d(Hg) (densidad de Mercurio a la temperatura de trabajo); h (altura de la columna de mercurio que se halla por encima de ese punto).

Analizando ahora la rama derecha, es evidente que:

P_((der))=P

Como ya hemos indicado P_((izq))=P_((der)), al estar al mismo nivel, por lo que:

P=P_atm+d_((Hg))∙g∙h

Lo que nos permite conocer la presión absoluta P siempre que se conozca la presión atmosférica.

El manómetro (o manómetro en U)

La forma más tradicional de medir presión en forma precisa utiliza un tubo de vidrio en forma de "U", donde se deposita una cantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, para presiones pequeñas el manómetro en U de mercurio sería poco sensible).

Este tipo de manómetros tiene una ganancia que expresa la diferencia de presión entre los dos extremos del tubo mediante una medición de diferencia de altura (es decir, una longitud).

La ganancia se puede obtener analíticamente, de modo que este tipo de manómetros conforma un estándar de medición de presión. Si el gas sobre el líquido en ambos extremos del manómetro fuese de densidad despreciable frente a la del líquido, si el diámetro del tubo es idéntico en ambas ramas, si la presión en los extremos fuesen P1 y P2, si el líquido (a la temperatura de operación) tuviese densidad ρ, si la diferencia de altura fuese h, entonces la diferencia de presiones estará dada por P2-P1=ΔP=ρgh.

Presión de fluidos

Es la fuerza ejercida por un fluido por unidad de superficie.

P=F/A

Presión absoluta (P)

Es la suma de la presión manométrica (Pm) y la presión atmosférica (Po).

P=P_m+P_o

Presión manométrica (Pm)

Es la diferencia que existe entre la presión absoluta (P) y la presión atmosférica (Po).

P_m=P-P_o

Presión manométrica pulmonar

Está dada por el proceso de la respiración humana constituido por inspiración yespiración de una determinada cantidad de aire, esto es posible gracias a ladiferencia de presiones pulmonar y atmosférica.La presión manométrica pulmonar de una persona la podemos hallar de formaexperimental con la ayuda de un manómetro abierto que puede ser de agua o de glicerina, la presión manométrica pulmonar está dada en función de su peso específico y por la diferencia de alturas del líquido manométrico respecto a unnivel de referencia, es decir:

P_m=P-P_o=d∙g∙h

Pm= Presión manométrica pulmonar

d = densidad del líquido manométrico

h= altura manométrica

g= aceleración manométrica

Capacidad vital de los pulmones

Es aquella cantidad o volumen de aire que el hombre es capaz de expeler después de una inspiración profunda, dependiendo dicha capacidad del entrenamiento, edad y sexo de la persona. La determinación de tal capacidad requiere el uso de un espirómetro. Para fines prácticos, se considera que la capacidad vital de los pulmones es de 3500 cm3.

PARTE EXPERIMENTAL:

Materiales:

Manómetro abierto con solución de glicerina

Boquilla de plástico

Papel milimetrado

Soporte milimetrado

Regla de madera

Parte experimental:

Limpiar la boquilla de plástico con un algodón y alcohol. Luego, tomar aliento y soplar; observar el avance de la solución de glicerina con una regla y el papel milimétrico. Repetir este proceso seis veces.

Realizar este proceso con cuidado, ya que de espirar muy fuerte, la solución de glicerina podría rebalsarse del manómetro y arruinar el experimento; ya que estos valores sirven de referencia.

Tener en cuenta las características de las personas que podrían afectar el procedimiento, como edad, sexo y actividad física.

Con los valores obtenidos, hallar la presión manométrica pulmonar y la presión absoluta pulmonar.

OBTENCION Y PROCESAMIENTO DE DATOS BRUTOS:

Registro de datos:

La altura manométrica que se obtuvo cuando los alumnos soplaron en la boquilla del manómetro.

ALUMNOS ELEVACION DE LA GLICERINA (cm)

Nohely 12.0

Yahaira 9.5

Carmen 11.0

Mariana 10.5

Giulio 13.0

María Lucía 12.0

Procesamiento de datos:

La altura de la elevación de la glicerina se multiplica por dos, debido a que estaba en estado de equilibrio y al elevarse son los dos extremos.

Para hallar la altura manométrica en Pascal se usa la siguiente fórmula:

P_m= ρ_líquido*g*h

El líquido es la solución de glicerina y su densidad de la glicerina es 1250 kg / m3

Tabla 1

ALUMNO ALTURA MANOMÉTRICA EDAD (AÑOS) SEXO ACTIVIDAD

(cm) (Pa)

Nohely 24.0 3000 17 F Vóley

Yahaira 19.0 2375 15 F Básquet

Carmen 22.0 2750 18 F Danza

Mariana 21.0 2625 17 F Básquet

Giulio 26.0 3250 18 M Ciclismo

Ma. Lucía 12.0 3000 17 F Natación

Teniendo en cuenta la siguiente equivalencia, se llena la siguiente tabla:

1 atm=760 mmHg=1033 cm de H_2 O=101300 Pa (N/m^2 )

Para hallar la presión absoluta pulmonar se suman las equivalencias con la presión manométrica pulmonar respectiva.

ALUMNO PRESIÓN MANOMÉTRICA PULMONAR PRESION

...