Este documento presenta una serie de problemas de termodinámica relacionados con la presión de los gases y los fluidos. Aborda conceptos como la presión atmosférica, la presión hidrostática, y la variación de la presión y la temperatura con la altitud. El documento proporciona ejercicios para calcular presiones en diferentes escenarios, como debajo del nivel del mar, a diferentes altitudes, y en sistemas de pistones y cilindros. Se dan valores de referencia para las soluciones de los problemas.

1. TALLER PRESIÓN
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TALLER PRESIÓN
TERMODINÁMICA
UNIVERSIDAD DE AMÉRICA
Ing. JAIME ARTURO CALVACHE
1. El primer instrumento preciso para medir las propiedades de los
gases a alta presión, fue hecho por E. Amagat en Francia entre
los años 1869 y 1893. Antes de desarrollar La balanza de peso
muerto, trabajó en una mina y utilizó un manómetro de mercurio
para medir presiones superiores a 400 bar. Determine la altura
del manómetro de mercurio requerido. (R/ h = 302,3 m).
2. Determine la presión en el caso de un submarino sumergido a 40 m
bajo el nivel del mar. La gravedad específica del agua de mar es
de 1,025. La presión barométrica es de 75 cm de mercurio (R/ P =
502 kPa)
3. Las presiones superiores a 3000 atm se miden con una balanza de
peso muerto. El diámetro del pistón es de 0,17 in. ¿Cuál es la
masa aproximada en lbm de las pesas requeridas? (R/ m = 1000,7
lbm)
4. a) Una persona tiene una masa de 100 kg. Calcule el peso a una
altitud de 40º y 1500 m sobre el nivel del mar. (R/ 980 N). b) Un
motor de automóvil pesa 300 lbf a una elevación de 1000 pies y
20º de latitud. ¿Cuál es la masa del motor, y cuánto pesaría si
estuviera a 20º de latitud y a 4000 pies? (R/ 300,6 lbm y 299,9
lbf)
5. Un pistón con una masa de 5 kg se ajusta en un cilindro con A =
15 cm2, que contiene un gas. Este conjunto se encuentra en una
centrífuga que produce una aceleración de 25 m/s2. Encuentre la
presión del gas si se supone que fuera del cilindro hay una
presión atmosférica estándar. (R/ 184,7 kPa)

2. TALLER PRESIÓN
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6. Un instrumento para medir la aceleración de la gravedad en Marte
está construido de un resorte de donde se suspende una masa de
0,4 kg. En un lugar de la Tierra donde la aceleración local de la
gravedad es de 9,81 m/s2, el resorte se extiende 1,08 cm. Cuando
el aparato desciende en Marte, la radio informa que el resorte se
extiende 0,4 cm. Cuál es la aceleración de la gravedad marciana?
(R/ 3,633 m/s2)
7. Cuál será la altura de la columna de agua de 1 cm2 de área que
equilibrará la presión atmosférica al nivel del mar? Cual la de
Bogotá?. Repita los cálculos para el alcohol y mercurio ρ
(ρ
alcohol = 790 kg/m3, ρ mercurio = 13600 kg/m3) (R/ h agua = 10,33
m)
8. En un manómetro de vacío se lee 60,2 cm de mercurio. Determine la
presión absoluta en kPa si el barómetro marca una lectura de 75,7
cm de mercurio (R/ P = 20,6 kPa)
9. La presión absoluta del vapor en el condensador de una planta de
generación es igual a 5 cm de mercurio. Si la presión barométrica
es igual a 950 mbar, calcular la presión de vacío (R/ 883,3 mbar)
10. The hydraulic lift in an auto-repair shop has a cylinder diameter
of 0.2 m. To what pressure should the hydraulic fluid be pumped
to lift 40 kg of piston/arms and 700 kg of a car? (R/ P = 332
kPa)
11. La variación de un fluido con la altura está definida por la
ecuación hidrostática. Modele la atmosfera como una columna de
aire (masa molar = 29) para la altura de Bogotá (2640 m) bajo las
siguientes condiciones:
a) Columna isotérmica de aire a 10ºC y gravedad constante.

3. TALLER PRESIÓN
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b) Columna isotérmica de aire a 10ºC y gravedad variable. Utilizar
la siguiente expresión: donde es 9,807 m/s2
y es la elevación respecto al nivel del mar en m.
c) Gravedad constante y considere la temperatura promedio de la
atmósfera en todo el mundo se determina aproximadamente en
función de la altitud con la siguiente ecuación:
siendo la temperatura de la atmosfera en K
y la altitud en km; = 0 al nivel del mar
d) Considere variables tanto la temperatura como la gravedad (Puede
encontrar su respuesta de forma analítica o por solución
numérica de la ecuación diferencial planteada)
Compare sus respuestas y encuentre el porcentaje de error con el
valor real de la presión atmosférica de Bogotá y con la
siguiente expresión empírica para el cálculo de la presión
atmosférica media en la tierra, donde esta en kPa y
en km
12. What is the pressure at the bottom of a 5 m tall
column of fluid with atmospheric pressure 101 kPa on
ρ
the top surface if the fluid is: a) water at 20°C (ρ
ρ
= 997 kg/m3) b) glycerine 25°C (ρ = 1260 kg/m3) or c)
ρ
light oil (ρ = 910 kg/m3). (R/ a) 149,9 kPa, b) 162,8 kPa y c)
145,6 kPa)
13. Two piston/cylinder arrangements, A and B,
have their gas chambers connected by a pipe.
Cross-sectional areas are A = 75 cm2 and AB =
25 cm2 with the piston mass in A being mA = 25
kg. Outside pressure is 100 kPa and standard

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gravitation. Find the mass mB so that none of the pistons have to
rest on the bottom. (R/ 8,33 kg)
BIBLIOGRAFÍA
CENGEL, Y. Termodinámica, Mc Graw Hill, 6º Edición, 2009.
HIMMELBLAU, D. Principios básicos y cálculos en Ingeniería
Química, Prentice Hall, 1997
VAN WYLEN, G. “Fundamentals of Thermodynamics”, Wiley, 6ta
Edition, 2003