Adrián del Salvador Yaque Sánchez - Preparar y acondicionar elementos y máquinas de la planta química. QUIE0108

Estática de fluidosEstudia el comportamiento de los fluidos cuando estos están en reposo.

Como se sabe, en un fluido contenido en un recipiente existe presión en cualquier punto de este. En los gases es igual en todo su volumen, y en los líquidos la presión es la misma en cualquier punto en la misma dirección horizontal, es decir, a la misma altura o profundidad, y sin embargo, cambia en la dirección vertical por el efecto de la gravedad.

La presión en cualquier punto del líquido es directamente proporcional al peso de la columna vertical de dicho líquido situada sobre ese punto. La presión es a su vez proporcional a la profundidad del punto con respecto a la superficie, y es independiente del tamaño o forma del recipiente. La presión en un líquido aumenta con la profundidad, ya que descansa sobre él más líquido, y por tanto, en las capas más profundas hay más presión que en las proximidades a la superficie.

La presión en el fondo de una tubería vertical llena de agua de 3 cm de diámetro y 10 m de altura es la misma que en el fondo de un lago de 10 m de profundidad. De igual forma, si una tubería de 25 m de longitud se llena de agua y se inclina de modo que la parte superior esté solo a 10 m en vertical por encima del fondo, el agua ejercerá la misma presión sobre el fondo que en los casos anteriores, aunque la distancia a lo largo de la tubería sea mucho mayor que la altura vertical de esta. Pero la presión en el fondo de una columna de mercurio de la misma altura será 13,6 veces superior, ya que el mercurio tiene una densidad 13,6 veces mayor a la del agua.

Para calcular la presión de un líquido en un recipiente a cualquier profundidad del mismo se utiliza la siguiente expresión matemática:

P = P atm+ h · r · g

Donde en unidades del S.I.:

1 P = la presión ejercida sobre las paredes del recipiente que contiene el líquido en pascales (Pa).

2 Patm = la presión atmosférica en pascales (Pa).

3 h = profundidad a la que se encuentra el punto en que se quiere medir la presión en metros (m).

4 ρ = la densidad del líquido en kilogramo por metro cúbico (Kg · m -3).

5 g = la aceleración de la gravedad en metros por segundo al cuadrado (m · s - 2).

Además, a partir de la ecuación anterior, se puede calcular la diferencia de presión de un líquido entre dos puntos en un recipiente. Esta será:

P 2– P 1= (h 2– h 1) · ρ · g

Por tanto se puede concluir que la forma del recipiente no afecta a la presión de un líquido, ya que lo que determina la presión es la altura vertical de este.

En las plantas químicas es importante medir y controlar la presión en un recipiente o la diferencia de presiones en un proceso. Para ello se utiliza el manómetro de tubo en U.

Por ejemplo, sirve para calcular la presión de un depósito de gas donde la presión es la misma en todo su volumen, ya que los efectos de la gravedad sobre los gases son despreciables. Además, la presión en el fluido del manómetro no varía en dirección horizontal, por lo que P A= P B. La columna diferencial de fluido de altura h está en equilibrio estático y abierta a la atmósfera, entonces, con la ecuación del cálculo de la presión a una profundidad dada se obtiene que la presión en el depósito (P 2) es:

P 2= P atm+ h · ρ a· g

Donde:

ρ a= densidad del líquido en el tubo.

Otro caso es el cálculo de la diferencia de presiones entre dos puntos en un proceso, por ejemplo, antes y después de un equipo con cambio de presión. La presión P 2se ejerce sobre un brazo del tubo y P 1sobre el otro. Una de ellas puede ser incluso la presión atmosférica. La parte superior del manómetro está llena del líquido B con una densidad ρ By la parte inferior con el líquido A con una densidad ρ A. El líquido A es más denso que B y ambos son inmiscibles. La diferencia de presiones entre los fluidos A y B será:

P 1– P 2= h (ρ A- ρ B) · g

Aplicación práctica

Un manómetro en U se utiliza para calcular la caída de presión del agua entre dos puntos en un proceso industrial químico. El fluido más pesado, el mercurio, tiene una densidad de 13.600 Kg · m-3 y el menos pesado, el agua, tiene una densidad de 1.000 Kg · m-3. Si la lectura del manómetro es de 0,25 m. ¿Cuál es la diferencia de presiones en kilopascales?

SOLUCIÓN

Para resolver esta práctica se debe utilizar la ecuación:

P A– P B= h (ρ A– ρ B) · g

De tal manera que sustituyendo los datos se tendrá que la diferencia de presiones es:

P A– P B= 0,25 (13.600 – 1.000) · 9.81 = 30.901,5 Pa = 30,9 KPa

Aplicación práctica

Un manómetro en U se utiliza para calcular la presión en un tanque de gas, siendo la presión ejercida sobre el otro brazo del manómetro la atmosférica (96 KPa). El fluido del manómetro es el agua, con densidad de 1000 Kg · m-3 y la lectura del manómetro de 0,25 m. ¿Cuál será la presión en el tanque?

SOLUCIÓN

Para resolver esta práctica se debe utilizar la ecuación:

P = P atm+ h · ρ · g

De tal manera que sustituyendo los datos se tendrá que la presión absoluta en el tanque es:

P = 96.000 + 0,25 ·1.000 · 9,81 = 98.452,5 Pa = 98,5 KPa

Esta es la presión absoluta, pero si se quisiera saber la presión relativa en el tanque, habría que restarle la presión atmosférica, y por tanto sería:

98,5 – 96 = 2,5 KPa

La electricidad es una manifestación física relacionada con los electrones de los átomos. Se trata de una de las formas de energía que más ventajas está aportando en la actualidad a lo seres humanos y es imprescindible en cualquier planta química.

4.1. Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el desplazamiento de carga eléctrica en forma de electrones libres por un conductor eléctrico. Este desplazamiento se produce siempre desde el polo negativo al positivo, ya que el sentido lo establecen los electrones desde el punto donde hay exceso de estos hasta el punto donde hay defecto de ellos.

Intensidad de corriente. Voltaje. Resistencia eléctrica. Ley de Ohm

Las tres magnitudes fundamentales en electricidad son la intensidad de corriente, el voltaje y la resistencia eléctrica. Las tres se relacionan mediante la ley de Ohm.

Intensidad de corriente

La intensidad de corriente (I) es una medida de la cantidad de corriente eléctrica o cantidad de electricidad, y se expresa matemáticamente como:

I = Q / t

Definición

Intensidad de corriente eléctricaEs la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo.

Donde:

1 I = la intensidad de corriente eléctrica en amperios (A).

2 Q = la cantidad de carga en culombios (C).

3 t = el tiempo en segundos (s).

Por tanto, cuando en un circuito se mueve una carga de un culombio en un tiempo de un segundo, se puede decir que la corriente tiene una intensidad de un amperio.