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UNIVERSIDAD DON BOSCO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

Asignatura: FÍSICA II

LABORATORIO DE FÍSICA

CICLO: AÑO: Laboratorio: 04

Laboratorio 04: MANOMETRÍA

I. OBJETIVOS

General

Investigar y determinar la presión en el interior de fluidos en reposo, aplicando los diferentes principios de la

hidrostática.

Específicos

Conocer qué es un fluido y cuáles son sus características.

Establecer la diferencia entre presión absoluta (PABS) y presión manométrica (PMAN).

Realizar lecturas de columnas de líquido para determinar presiones manométricas.

Realizar los cálculos de las presiones absolutas utilizando la información experimental.

Determinar la densidad (ρ) de un líquido desconocido, conociendo la densidad de otro.

Calcular a partir de los datos experimentales, la presión manométrica y absoluta de un Gas

Usar los diferentes factores de conversión para expresar la presión en unidades de Pa, cmH2O y mmHg.

II. INTRODUCCIÓN

Los Fluidos son sustancias que presentan una gran movilidad entre sus partes, no tienen rigidez, ya que cambian de

forma por efectos de las fuerzas tangenciales pequeñas y esto se manifiesta por su capacidad de “fluir” (Figura 1). Los

líquidos o gases únicamente resisten esfuerzos normales a la presión.

Los líquidos son prácticamente incompresibles, mientras que los gases son altamente compresibles. Para su estudio

en reposo, los líquidos y los gases generalmente deben encontrarse confinados adoptando la forma del recipiente que

los contiene. De esta manera, su estudio se presenta en términos de la Densidad (ρ), Peso Específico (γ), Volumen (V)

y Presión (P).

La presión de los luidos puede ser Absoluta o Manométrica. En el primer caso, se tiene una presión referida a la

presión cero en el vacío. Por otra parte, la presión manométrica que se obtiene directamente de un manómetro,

indica la diferencia entre la presión de un punto determinado de un fluido y la presión Atmosférica. (Figura 2)

Figura 1: Modelo simplificado que muestra los

estados básicos de la materia.

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Tanto la Presión Absoluta (PABS) como la Presión Manométrica (PMAN) cambian linealmente con la profundidad h en los

líquidos. Estas se relacionan así:

(Ec. 1)

En la Ecuación 1, PATM es la Presión Atmosférica, que es la presión que se ejerce sobre la superficie terrestre, es decir

la presión en el fondo de la masa de aire en que vivimos. Esta presión varía con el estado del tiempo y la altitud. La

presión atmosférica normal al nivel del mar (valor medio) es de 1 atmósfera (1atm), definida como exactamente

101,325 Pa ó 1.013 x105 Pa.

Una de las propiedades de los fluidos es que dos puntos en un mismo líquido y a la misma profundidad tienen la misma

presión. Y en un fluido gaseoso, la presión es la misma a cualquier profundidad.

La Presión es entonces por definición a la magnitud de la fuerza (perpendicular) por unidad de área

(Ec.2)

En donde las unidades son [N/m2] denominadas “Pascales” en el Sistema Internacional; [Lb/pulg2] llamada PSI (Libra

sobre pulgada cuadrada, por sus siglas en inglés) en el Sistema Inglés.

Además de las unidades arriba mencionadas, existen aún más e acuerdo a las actividades técnicas o científicas en

que se desarrollen, por ejemplo, en mecánica de fluidos con relación a dispositivos como toberas, bombas de agua,

válvulas y tuberías, generalmente las presiones se dan como el equivalente de la presión ejercida por una columna de

agua o de mercurio (Hg). Así pues, una atmosfera estándar equivale a una presión de 760 mmHg en un tubo vertical,

esta lectura es conocida a partir de un instrumento de medición llamado Barómetro. Existen en la actualidad otros

instrumentos que permiten medir presiones como la manométrica y la de vacío, conocidos como Manómetro de

Bourdon y Vacuómetro, respectivamente.

Al tratar de obtener el dato de la presión en las unidades de Pascal o PSI, nos interesa conocer básicamente la altura

de la columna de un líquido cualquiera que ejerza la misma presión que el dato anterior, entonces, solo se tendrán que

igualar el dato de la presión en Pasca o PSI con la expresión ρgh en donde ρ tiene que ser la densidad del líquido

previamente identificado, considerando el valor de la gravedad y finalmente la incógnita que será el valor a encontrar.

Así por ejemplo, la presión ejercida por una columna de 110m de agua equivale a la presión que ejerce una columna

de 8.09m de mercurio.

Figura 2: Representación esquemática de la

relación entre los distintos tipos de presión.

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III. TAREA PREVIA

1.) Contestar las siguientes interrogantes:

¿Qué es un manómetro?

¿Describa que es un manómetro de tubo en U?

¿Qué es un líquido manométrico?

Mencione al menos 3 características que debe poseer un líquido para considerarlo como líquido manométrico.

¿Qué características tiene la presión de un gas que se encuentra dentro de un recipiente?

¿Qué es la presión manométrica?

2.) Se le recomienda resolver problemas de manometría usando la bibliografía sugerida por el docente de teoría.

IV. MATERIALES Y EQUIPO

Cantidad Material/Equipo

2 Tubo de Vidrio en U

2 Varillas sostén con base

1 Barómetro digital

1 Cinta Métrica

1 Vejiga

1 Tirro

2 Pinza sostén

V. PROCEDIMIENTO

PARTE A: DENSIDAD DE UN LÍQUIDO

a) Colocar agua en el interior del tubo en U, hasta una altura de 4 cm, tomando como referencia el fondo del

tubo. Tal como se muestra en la figura 3.

b) Verter cuidadosamente aceite en una de las ramas del tubo en U, provocando un desnivel de unos 5 mm entre

las ramas. (Ver figura 4)

c) Medir con la cinta métrica, las alturas h1, h2 y h3 tomando como referencia el fondo del tubo en U, tal como se

observa en la figura 5.

Figura 3: Manómetro con líquido

manométrico (agua).

Figura 4: Manómetro con líquido

manométrico y líquido desconocido

Figura 5: Medida de las alturas h1,

h2 y h3

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d) Proceda ahora a determinar las diferencias de altura (columnas de

líquido ∆h1 y ∆h2) a partir de las mediciones de las alturas h1, h2 y h3

realizadas en el paso anterior:

e) Tomando la Densidad [ρ] del agua como

calcular la densidad

del líquido desconocido aplicando el concepto de igualdad de presiones

a un mismo nivel.

PARTE B: PRESIÓN EN UN GAS

a) Verter el líquido manométrico proporcionado por su docente en el

tubo delgado.

b) Inflar el globo y colocarlo como se muestra en la figura 7.

c) Medir las alturas h1, h2 y h3 que se muestran en la figura 7.

d) Con los datos anteriores y asumiendo que la densidad del aire es de

, calcular la presión en el punto B y comparar con la presión

en el punto A.

Nota:

Una vez terminada la toma de datos y completar los espacios

faltantes. Limpiar y ordenar su mesa de trabajo antes de retirarse.

Figura 6: Columnas de líquido ∆h1 y ∆h2

𝑐𝑚

𝑐𝑚

3 𝑐𝑚

Figura 7: Presión en un gas confinado.

1

2

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VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS

PARTE I

1.) Medidas de las alturas de columnas de líquido ∆h1 y ∆h2 con sus respectivas unidades. (No olvidar constancia

de cálculos).

2.) A partir de los datos del literal anterior, calcular la densidad del líquido desconocido.

3.) A partir de la figura 6, determine las presiones en 1 y 2. ¿Son iguales las presiones en 1 y 2? Si, No, ¿por qué?

Explique.

4.) De acuerdo al resultado del literal 2, ¿El valor de la densidad es el que se esperaba? Si, No, ¿Por qué? Explique.

5.) Tomando como referencia la figura 6, ¿Cuál es el requisito fundamental para que la presión en 1 sea igual a la

presión en 2? Explique claramente.

6.) ¿Es posible calcular la densidad de un líquido desconocido utilizando como liquido manométrico otro que no

sea el agua? Justifique su respuesta.

PARTE II

1.) A partir de las medidas de las alturas h1, h2 y h3 del tubo en U (figura 7), calcule las alturas de las columnas de

fluido ∆h1= h1 – h2 y ∆h2= h3 – h2, con sus respectivas unidades.

2.) Calcular la presión manométrica del punto A en las siguientes unidades:

a. Pascal (Pa)

b. Centímetros de Agua (cmH2O)

c. Centímetros de Mercurio (cmHg)

3.) Calcular le presión absoluta del punto A en las mismas unidades del numeral anterior.

4.) Calcular la presión absoluta y manométrica en el punto B.

5.) ¿Si compara el valor de la presión manométrica y absoluta en A y en B, que se puede concluir? Explique.

6.) Elabore 5 conclusiones para su reporte, en base a los resultados obtenidos, causas de error y objetivos de la

práctica.

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Departamento de Ciencias Básicas

Laboratorios de Física y Química NOTA:

HOJA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES.

Asignatura: Física II

Nombre de la Practica: “Manometría”

DOCENTE:______________________________________________Fecha:_____/______/______ G.L.:__________

Miembros del grupo:

No Apellidos Nombres Carnet Firma G.T.

1

2

3

4

5

No Aspectos a Evaluar %Asig %Obten Observaciones 1 Presentación (Limpieza, orden, coherencia) 10

2 Medidas de las alturas h1,h2 y h3. Cálculo de columnas de líquido ∆h1, ∆h2 (Constancia de cálculos, unidades)

5

3 Calculó la densidad del líquido desconocido. 10

4 Determinó las presiones en los puntos 1 y 2 de acuerdo a

la figura 6. Explicó su respuesta. 10

5 Explicó si el valor de la densidad obtenida era la esperada. 5

6 Explicó el requisito fundamental para afirmar que la presión

en el punto 1 es igual a la presión en el punto 2. (Figura 6) 5

7 Explicó si es posible determinar la densidad de un líquido usando otro líquido manométrico distinto al agua.

5

8 Medidas de las alturas h1,h2 y h3 y cálculo de columnas de líquido ∆h1, ∆h2 (Constancia de cálculos, unidades)

5

9 Calculo la presión manométrica en el punto A según la

figura 7. Unidades, constancia de cálculos. 10

10

Realizó las conversiones de presión manométrica en el

punto A, en las unidades de Pa, cmH20 y cmHg. Constancia de cálculos y unidades.

10

11 Calculo la presión absoluta en el punto A según la figura 7. Unidades, constancia de cálculos.

5

12 Calculo la presión absoluta y manométrica en el punto B

según la figura 7. Unidades, constancia de cálculos. 5

13 Comparó y explicó de acuerdo a los resultados cómo son las presiones en los puntos A y B.

5

14 Elaboró las 5 conclusiones. 10

TOTAL DE PUNTOS 100