Física en procesos industriales

Mecánica: presión y fluidos

Manuel Alejandro De la Puente Rojas

Física en procesos industriales

Instituto IACC

26/07/2021

Desarrollo

A.- Para identificar en ambas situaciones cuando se está en presencia de presión atmosférica o presión del fluido, es necesario analizar sus definiciones y también las variables que las componen. De esta forma, en términos generales, la presión es una fuerza que actúa por unidad de área (por lo que se mide en [N/m^2 ]); considerando esta definición, la presión atmosférica se entiende como la fuerza por unidad de área que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre, teniendo un valor de 101325 Pascales (𝑃𝑎 según el sistema internacional de medidas) cuando se está a nivel del mar, ya que esta magnitud dependerá de la altura geográfica donde se situé.

Por su parte, la presión de fluido se podría entender como la cantidad de fuerza que ejerce un fluido sobre el medio que lo contiene (Jiménez, C., 2018); esta magnitud considera tanto las características intrínsecas del fluido (como la densidad) como también la altura o profundidad que presente, la aceleración de gravedad y la presión atmosférica, pudiendo determinar su valor a través de la siguiente ecuación:

P=pfluido*g*h+Patm

Así, a partir de lo mencionado anteriormente y considerando además los datos que se aportan del caso, se podría distinguir que para la situación “A” no habría presión de fluido actuando dentro del bidón, ya que sí este se encuentra vacío y a su vez sin tapa o cierre, no habría una presión interna contenida en el recipiente, de esta forma, sólo estaría actuando la presión atmosférica que sería de 101325 [𝑃𝑎].

Ahora bien, en la situación “B”, si al inicio ya estaba presente la presión atmosférica, ahora al introducir los 25 litros de agua pura dejando el bidón a la mitad de su capacidad, se genera además la presión de este fluido en el recipiente.

B.- Para realizar el cálculo de esta magnitud, se deben considerar tanto los datos que entrega el problema como también otros que se deben deducir a partir de las características planteadas en la situación “B”.

Por una parte, se asume que se encuentra a nivel del mar, por lo que la presión atmosférica sería de 101325 [𝑃𝑎]. A su vez, se menciona que el recipiente sólo es llenado con 25 litros, por lo que sólo alcanza la mitad de su capacidad de llenado, es por esto que si el bidón es de 50 litros y mide 1,5 [m], con los 25 litros llegaría a una altura promedio de 0,75 [m].

Otro dato relevante para este cálculo es la característica de densidad que presenta el fluido, ya que se señala que se introduce agua pura la que presenta una densidad de 1000 [kg/m^3 ].

Finalmente se necesita el valor de la aceleración de gravedad, la que se considerará como 10 [m/s^2 ] según los talleres anteriores.

A partir de estos datos, es posible utilizar la ecuación de:

P=pfluido*g*h+Patm

Por lo que al reemplazar los datos mencionas en la ecuación queda que:

P=1000 [kg/m^3 ]*10 [m/m^2 ]*0,75 [m]+101325 [Pa]

De esta forma, se resuelve primeramente las multiplicaciones, tal que:

P=7500[Pa]+101325 [Pa]

Lo que al sumar da una presión de:

P=108825 [Pa]

Si bien se menciona que se necesita calcular la presión al fondo del bidón, según la “Ley o principio de Pascal” (Jiménez, C., 2018) la presión que ejerce un fluido en un recipiente se transmite de igual forma en todo el contenedor, por ende, la presión será la misma tanto al fondo como en otro lugar del bidón.

C.- Para responder esta pregunta, primeramente, es necesario entender qué es la densidad en términos físicos y cuáles son las

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