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

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

PresiónEs 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 (m 2), 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 10 3y 10 6Pa respectivamente.

También se utilizan otras unidades de presión como:

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 -2y lbf · pulg -2, también se denominan Kg · cm -2y lb · pulg -2respectivamente.

Definición

Presión absolutaEs la presión real de un fluido, y se mide en relación con el vacío absoluto.

Presión relativaEs 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

CompresibilidadEs 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 (E v):

E v= [-Dp] / [(DV)/V]

Donde:

1 Ev = módulo de elasticidad volumétrico en unidades de presión, es decir, newton por metro cuadrado o pascales, (N · m-2) (Pa), si es S.I., o libra fuerza por pulgadas al cuadrado, (lbf · pulg2), si es S.A.

2 Dp = incremento de presión, inicial y final, en las mismas unidades de presión.

3 DV = incremento de volumen, inicial y final, en unidades de volumen.

4 V = volumen inicial, en unidades de volumen.

El signo negativo de la ecuación es debido a que un aumento de presión produce una disminución de volumen.

Valores altos del módulo volumétrico indican que el fluido es relativamente incompresible, y por tanto, se necesita un cambio muy grande en la presión para producir un cambio pequeño en el volumen.

Los valores del módulo volumétrico para líquidos son muy grandes, por lo que se puede afirmar que los líquidos en general se pueden considerar como incompresibles para cualquier aplicación práctica en ingeniería. Esto quiere decir que los líquidos tienen volúmenes o densidades prácticamente constantes.

Presión de vapor

En un recipiente cerrado con un líquido en su interior, como por ejemplo la gasolina, se hace el vacío porque este líquido tiene tendencia a vaporizarse y sus moléculas son continuamente expulsadas hacia la superficie. Cuando tiene lugar el equilibro y el número de moléculas que salen del líquido es igual que las que entran se dice que el vapor está saturado. La presión ejercida por el vapor sobre la superficie del líquido se denomina presión de vapor del líquido, y se denota como p v.