Propietats dels gasos

PRESSIÓ= Força que actua per unitat de superfície  P=F/S. Es pot expressar Pascal, bar, atmosfera, Kg/cm2 i psi (lliures per polsada quadrada).  SI: 1 Pascal = 1N/m2 SCG:BARIA = Dina/Cm2 S TÈCNIC:Kp / m2. També s’utillitza el bar i el Kg/cm2:1 bar=105 Pa =1,02kg/cm2
Aprox: 1 Bar ~ 1 Atm ~ 1Kg/cm2 ~ 105Pa ~ 760 mmHg

Els líquids exerceixen forces: -perpendiculars sobre les parets del recipient que els conté. -i sobre la superfície de qualsevol objecte que s’hi trobi submergit.

L’existència d’aquestes forces indica que existeix una pressió exercida pels líquids.

(PRESSIÓ HISROSTÀTICA)

  P= δ h g (EQUACIÓ FONAMENTAL DE LA HIDROSTÀTICA)

La pressió a la base d’una columna de líquid, només depèn de la profunditat i no de la quantitat de líquid(i de la densitat). A més profunditat  la quantitat de líquid que hi ha sobre un punt serà major de manera que hi ha més força (pes) sobre la superfície  i la pressió serà major.

Com també depen de la densitat: δ * V * g   m = δ*V  a major δ major pes més Pressió 

LEYES HIDROSTÀTICA

-Un líquid tancat en un recipient crea una pressió en el seu sinus i exerceix una força perpendicular sobre les parets que el contenen
-Els fluids (líquids i gasos) exerceixen també una pressió P = δ h g , sobre qualsevol cos submergit en ells.

-La pressió serà més gran quan més dens sigui el fluid i major la seva profunditat.

-Tots els punts situats a la mateixa profunditat tenen la mateixa pressió.

EL MANÒMETRE és una aplicació important de les lleis de la pressió hidrostàtica. Ens permet mesurar la pressió en un dipòsit o equip que conté un líquid.

Consisteix en un tub en forma de U, una branca està oberta a l'atmosfera i l’altra es connecta al dipòsit o equip del qual volem mesurar la P. Al seu interior s’aboca un líquid qualsevol. El líquid està en equilibri i la pressió a tots els punts de la mateixa línia horitzontal serà la mateixa. Pdipòsit = Patm + δ h g 
Aquesta Pdipòsit és absoluta,però moltes vegades ens interessa conèixer la pressió relativa o manomètrica,que és la diferència entre la P absoluta i la Patm: Pmanomètrica=δ h g   

PRINCIPI PASCAL

Si s’exerceix una Pressió en una zona d’un líquid tancat, el líquid transmet la mateixa pressió a totes les parts del líquid

Una aplicació del principi de Pascal són les màquines hidràuliques dispositiu que permeten multiplicar les forces. (La premsa hidràulica,el gat hidràulic,el fre hidràulic,L’ascensor, grua)

En trepitxar el fre, exercim una força sobre el pedal, la força es transmet a un émbol de secció petita que es mou dins d’un pistó. Aquesta força crea una pressió a l’interior del líquid de frens. El fluid transmet la pressió quasi instantàniament a totes direccions. A l’altre extrem del circuit hidràulic, es situa un altre pistó i amb el seu émbol. Si la secció del segon émbol és més gran que la del primer, la força s’amplificarà en aquest punt. El sistema hidràulic canvia també la direcció i sentit de la força aplicada.

PRINCIPI D'ARQÍMEDES

L’empenyiment exercit pel líquid quan un cos es troba totalment submergit en ell, és igual al pes del líquid desplaçat (per a líquids i gasos)

El pes  depèn de la densitat del sòlid L’empenyiment  depèn de la densitat del líquid

LLEI GASOS IDEALS:

1.
Llei de Boyle-Mariotte → En gasos ideals, si la temperatura (T) és constant, pressió (P) i volum (V) són inversament proporcionals. A T constant –> P1*V1 = P2*V2 = Constant

2.
Llei de Charles i Gay-Lussac → En gasos ideals, si la pressió és constant, la temperatura absoluta i el volum directament proporcionals.A P constant → V1/T1=V2/T2

Si unim les dues lleis, obtenim la relació entre les variables que intervenen en els gasos ideals:   P1·V1/T1=P2·V2/T2=constant

EXPERIMENT DE TORRICELI (1.643): Es va agafar un tub de vidre d’un metre de longitud i el va omplir de “plata viva” (Mercuri).Va tapar el tub amb el dit, el va invertir i el va introduir en un recipient amb Mercuri. En retirar el dit va comprovar que el metall descendia fins formar una columna de 13,6 vegades menor que la que obtenia al realitzar l’experiment amb aigua. Com sabia que el Mercuri era 13,6 vegades més pesat que l’aigua, va deduir que ambdues columnes de líquid suportaven el mateix contrapès, va sospitar que solament l’aire era capaç de realitzar aquesta força.

Pabs:

Pressió que es mesura en relació al zero absolut de pressió

Patm:

És la pressió exercida per l’atmosfera terrestre mesurada mitjançant un baròmetre.

Prel o man

Determinada per un element que mesura la diferència entre la pressió absoluta i l’atmosfèrica del lloc on s’efectua la mesura. A mesura que augmenta o disminueix la pressió atmosfèrica, disminueix o augmenta respectivament la pressió llegida (no aplicable a pressions altes)

Pdiferencial:

diferència entre dos pressions

Buit:

diferència de pressions entre la pressió absoluta i la pressió atmosfèrica existent, és a dir, és la pressió mesurada per sota de l’atmosfèrica, en mm de Hg, mm de columna d’aigua o polsades de columna d’aigua.

ELEMENTS PRIMARIS DE COLUMNA DE LÍQUID

Mesuren la pressió comparant-la amb l’exercida per un líquid de densitat i alçada coneguda. Mesura directa. 

Tub en U obert.:

Tub en U amb dues branques obertes, una en comunicació amb l’atmosfera (P atm) i l’altra a la pressió de procés (P), de manera que la diferència d’alçada entre les branques indicarà la pressió (en aquest cas, pressió relativa): Pressió manomètrica= P – PAtm = p g h Sent p la densitat del fluid manomètric

Tub en U tancat

de manera que hi ha una branca tancada en la qual s’ha fet el buit, Pabs =  p g h

ELEMENTS ELÀSTICS

Es basen en la llei de Hooke: Si s’aplica una força per sota del límit d’elasticitat, la deformació d’un cos és proporcional al esforç (força) aplicat: F = k x (Sent F l’esforç aplicat, k una constant i x la deformació)    Si l’esforç desapareix, el cos deformat recupera la seva posició inicial.

TUB BOURDON

-
El tub Bourdon C (menys utilitzat) és un tub de secció el·líptica que forma un anell gairebé complert, tancat per un extrem. En augmentar la pressió a l’interior del tub, aquest tendeix a redreçar-se i el moviment es transmet a l’agulla indicadora. Generalment el tub Bourdon es d’acer inoxidable, aliatge de coure o aliatges especials.

En augmentar la temperatura, el Mercuri es desplaça augmentant la pressió. El tub Bourdon tendeix a obrir-se degut a l’augment de pressió i llavors desplaça l’agulla mesuradora. Un augment de pressió desplaçarà l’agulla cap a la dreta. Una baixada de pressió ho farà cap a l’esquerra.

L’element en espiral

S’enrolla el tub Bourdon en forma d’espiral al voltant d’un eix comú. Dóna més precisió i més estabilitat que el Bourdon tipus C, però el camp de mesura és més petit. Els materials de construcció són similars als del Bourdon tipus C.

-
L’helicóïdal es forma enrotllant més d’una espira en forma d’hèlix. Aquests elements proporcionen un desplaçament gran de l’extrem lliure i, per això, són ideals per als registradors. Tenen un moviment més ampli que el d’espiral.

DIAFRAGMA

El diafragma consisteix en una o diverses càpsules circulars connectades rígidament entre si per soldadura, de manera que en aplicar una pressió cada càpsula es deforma (i, per tant es desplaça) i la suma dels petits desplaçaments es amplificada per un joc de palanques. Aplicació: regulació de pressió
1.- Connexió a la pressió. 2.- Membrana ondulada que es bomba cap a dalt amb la pressió (diafragma) 3.- Mecanisme de mesura. 4.- Agulla indicadora.

Es tracta d’un disc metàl·lic flexible amb superfície plana o amb ondulacions concèntriques. Aquestes ondulacions augmenten la seva capacitat de resposta. El material del diafragma, generalment, és d’aliatge de níquel. S’utilitza per a pressions petites. El camp de mesura està entre 50 mm c.D.A. I 2 bars. La precisió és de 0.5-1%. Quan es troben dos diafragmes soldats al llarg del seu perímetre es té el que s’anomena càpsula.

MANXA

La manxa és un element elàstic preparat a partir d’un tub fi sense soldar (d’una sola peça), a fi de donar-li una major resistència se li posa una molla de calibratge.
1.- Connexió a la pressió. 2.- Manxa que es dilata cap a dalt per efecte de la pressió. 3.- Mecanisme de mesura.4.- Agulla i escala graduada.
La manxa és similar al diafragma però es pot dilatar i contraure amb un desplaçament considerable. Els elements de manxa es caracteritzen per una gran durada demostrada en assaigs amb els quals han aguantat milions de cicles de flexió sense deformar-se.

El material utilitzat per a la seva construcció, generalment, es bronze amb fòsfor. S’utilitzen per a pressions petites, el seu camp de mesura és de 100 mm columna d’aigua fins a 2 bars.La seva precisió és de 0.5-1% en tota l’escala.

MESURADORS DE PRESSIÓ ABSOLUTA:

Consisteixen en un conjunt de manxa i diafragma oposat a una manxa segellada al buit absolut. El moviment resultant de la uníó de les dues manxes equival a la pressió absoluta del fluid. El material utilitzat per a la construcció de les manxes és llaütó o acer

inoxidable. S’utilitzen per a la mesura exacta i el control precís de baixes pressions, a les que puguin afectar les variacions de la pressió atmosfèrica. Per exemple: Vacuòmetre El vacuòmetre només mesura diferent de zero quan la pressió és inferior a l’atmosfèrica, per a pressions igual o superior a l’atmosfèrica la seva mesura és zero. Es pot utilitzar per al manteniment d’una pressió absoluta de 50 mm de Hg en una columna de destil·lació.
La membrana (1) separa la cámara de medición (3) y la cámara de referencia (2) con presión absoluta cero – La presión diferencial entre cámara de medición (3) y cámara de referencia (2) provoca una flexión de la membrana (1) – El elemento sensible se apoya en caso de sobrepresión sobre un asiento para su protección. – La trayectoria del desplazamiento se transmite mediante fuelles (4)desde la cámara de medición y mediante una biela (5)se realiza la transmisión al mecanismo para proporcionar la indicación.

ELEMENTS ELECTRÒNICS:

TANSUDCTORS PIEZOLECTRÒNICS, En la mesura piezoelèctrica de la pressió, la força actua sobre un mecanisme que la pot mesurar elèctricament. S’aprofita la propietat que tenen certs cristalls o dispositius electromecànics de modificar les seves propietats elèctriques quan estan sotmesos a pressió, és a dir, en deformar-se físicament per l’acció d’una pressió generen un senyal elèctric. Ex: Quars.

1 Font d’alimentació de corrent 2 Caixa piezoelèctrica.3 Instrument amb escala graduada en unitats de pressió. 4 Força actuant.

GALGUES EXTENSIOMÈTRIQUES: És un dels mesuradors més utilitzats.Es basa en el canvi de resistència elèctrica que pateix un conductor en canviar la seva forma com a conseqüència d’estar sotmès a una força (Efecte piezorressitiu).

La deformació d’un element depèn: del material de construcció, de la geometria de l’element i de la força aplicada.

ELEMENTS DE MESURA DE BUÏT

La pressió atmosfèrica: 1,033 Kg/cm2 es pren com a referència, les pressions superiors a elles es denominen pressions, les pressions inferiors es diuen buits.

TRANSDUCTORS MECÀNICS DE MANXA I DIAFRAGMA. Treballen de manera diferencial entre la P atmosfèrica i la P del procés. Poden estar compensats respecte a la pressió atmosfèrica i calibrats en unitats absolutes. O sigui, es pot treballar a pressió relativa (manomètrica) o absoluta. En ser dispositius mecànics, les forces disponibles en un gas a pressió molt baixa són tan petites que aquests instruments no són adients per a les mesures d’alt buit i estan limitats a valors d’1 mm Hg abs.

MESURADOR McLEOD: S’utilitza com aparell de precisió en el calibratge dels altres instruments.Es basa en comprimir una mostra del gas de gran volum conegut a un volum més petit i a pressió més gran

mitjançant una columna de Mercuri en un tub capil·lar. La pressió del gas es dedueix aplicant la Ley de Boyle-Mariotte (P * V = cte). El seu interval de mesura és de 5 - 10-5 mm Hg.

TRANSDUCTORS TÈRMICS: Es basen en el principi de la proporcionalitat entre l’energia dissipada des de la superfície calenta d’un filament escalfat per un corrent constant i la pressió del gas ambient quan el gas està a baixes pressions absolutes.

Transductor bi-metàl·lic:

Utilitza una espiral bimetàl·lica escalfada per una font de tensió estabilitzada. La pressió és produïda per les molècules de gas. Les molècules de gas absorbeixen calor de l’espiral i la refreden. Qualsevol canvi de temperatura modificarà l’espiral i serà detectada a l’escala, ja que l’espiral està acoblada a un índex que assenyala l’escala de buit. 
També hi ha Transductor tèrmic de Termopar i Transductor Pirani. 
TRANSDUCTOR D'IONITZACIÓ Es basen en la formació dels ions que es produeixen en les col·lisions que hi ha entre molècules i electrons. La velocitat de formació d’aquests ions varia directament amb la pressió.

Transudctor piezoelèctric