Experimento de laboratorio de fisica

1. Laboratorio Integrado de Física 2020-I
Facultad de Ingenierías
1
Medición de la presión y la densidad de un fluido con un manómetro
Measuring the pressure and density of a fluid with a pressure gauge
Yisselle Vargas Uribe1
1
Facultad de ingeniería, Universidad de Antioquia. Dirección. Vía Apartadó-Carepa Km 1. Apartadó, Colombia.
RESUMEN:
Se construye un manómetro casero para medir la presión del aire almacenado en un globo y calcular la densidad
del aceite gracias a la diferencia de alturas que muestra el manómetro y la relación de presiones. Se realiza un
diagrama PV que muestra cómo varía la presión y el volumen del globo, con este se pudo comprobar que se
cumple la relación de proporcionalidad dada por la ley de gases ideales.
Palabras clave: manómetro, proporcionalidad, presión, volumen, densidad, fluido.
ABSTRACT:
A homemade manometer is built to measure the pressure of the air stored in a balloon and calculate the density
of the oil thanks to the difference in heights that the manometer shows and the pressure ratio. A PV diagram is
made that shows how the pressure and volume of the balloon vary, with this it was possible to verify that the
proportionality relationship given by the ideal gas law is fulfilled.
1. Introducción
Un manómetro es un instrumento que se utiliza
para medir la presión puntual de un gas o un
líquido encerrado en un recipiente, o que fluye por
una tubería o canal cerrado. Los manómetros son
muy utilizados en la industria y en la vida
cotidiana, para verificar la presión de gases
comprimidos o almacenados en taques. Por lo
general, están hechos con tubos de vidrio en forma
de U y llevan dentro un líquido, que al ser
empujado por la presión del gas o del fluido a
medir crea una diferencia de altura, la cual,
muestra la presión del gas que estamos analizando
(Bulmaro, s.f.).
En este experimento se elaboró un manómetro
casero y se midió la presión de diferentes
volúmenes de aire almacenados en un globo,
también se calculó la densidad de un fluido usando
una relación de presiones.
El aire almacenado en el globo se puede tratar
como un gas ideal y conociendo la presión y el
volumen se puede verificar si se cumple la ley de
gases ideales que establece una relación entre la
presión, el volumen y la cantidad de moles.

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2. Método Experimental
El manómetro que se observa en la figura 01 se
construyó usando una tabla de madera y poniendo
sobre ella una manguera de nivel en forma de U.
En uno de los extremos se puso una reducción para
conectar la manguera con el tubo de PVC y
conectarlo a una llave que es la que permite pasar
el aire, luego se pone un codo para que el tubo
quede en forma horizontal y sea más fácil colocar
el globo. Con ayuda de una jeringa se vierte agua
con colorante para que se pueda observar mejor el
cambio de altura.
Figura 01 Manómetro
Se infló un globo con un volumen determinado de
aire y se puso en el tubo de PVC como se muestra
en la figura 02, se dejó pasar el aire abriendo la
llave de paso lentamente para que el cambio brusco
de la presión no botara el agua. Se medió la
diferencia de altura y el perímetro de la bomba. Se
repitió este paso para diez volúmenes de aire
diferentes.
Figura 02 Medición para calcular la presión del
globo
Después de medir la diferencia de altura para los
diez volúmenes diferentes se quitó todo el sistema
de tubos. Con la jeringa se vertió una cantidad de
aceite, como se muestra en la Figura 03, y se midió
la diferencia de alturas para el agua y el aceite. Se
repitió para tres cantidades diferentes de aceite.
Figura 03 Medición para calcular la densidad del
aceite

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3. Resultados y análisis
En la Tabla 01 se muestra el perímetro de cada
globo que permitió conocer el radio (1) y con este
se calculó el volumen (2), idealizando el globo
como una esfera. Para el cálculo de la presión se
usó la fórmula de presión hidrostática (3).
𝑅 =
𝑃
2𝜋
(1)
𝑉 =
4
3
𝜋𝑅3
(2)
𝑃𝐻 = 𝜌𝑔ℎ (3)
Donde, h es la altura que se midió en el
manómetro, ρ es la densidad del agua (1000 kg/m3
)
y g la aceleración de la gravedad (9.807 m/s2
)
Tabla 01. Datos para el cálculo del volumen y la
presión del globo
Perímetro (m) Radio (m) Volumen (m3) h (m) Presión (Pa)
0.468 0.74 1.66 0.210 2059.47
0.513 0.81 2.19 0.192 1882.944
0.53 0.83 2.42 0.186 1824.102
0.57 0.90 3.01 0.188 1843.716
0.588 0.92 3.30 0.194 1902.558
0.616 0.97 3.79 0.208 2039.856
0.62 0.97 3.87 0.216 2118.312
0.626 0.98 3.98 0.220 2157.54
0.64 1.01 4.26 0.236 2314.452
0.659 1.04 4.65 0.260 2549.82
En la figura 04 se muestra un gráfico PV que
muestra la relación entre la presión y el volumen
con una ecuación que ajusta todos los valores
medidos con un factor de determinación (R2
) de
0.995, lo que la hace una buena aproximación.
Se puede observar que la primera parte de la curva
está bajando porque de acuerdo con la ley de los
gases ideales, la presión y el volumen son
inversamente proporcionales, y la cantidad de
partículas que está variando en este intervalo no es
suficiente para afectarlo. La segunda parte de la
curva está subiendo porque la cantidad de
partículas dentro del globo está aumentando al
inflarla con más aire, lo que provoca que la presión
y el volumen aumenten, probando que la presión y
el volumen son directamente proporcionales con la
cantidad de partículas de acuerdo a la ley de los
gases ideales.
Figura 04 Gráfico PV
Para el cálculo de la densidad del aceite (5) se usó
una relación de presiones (4).
𝑃𝐴 = 𝑃𝐵 (4)
𝜌𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 =
𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎
ℎ𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒
(5)
P = 197,95v2 - 1074,3v + 3287,1
R² = 0,995
1800,00
1900,00
2000,00
2100,00
2200,00
2300,00
2400,00
2500,00
2600,00
1,50 2,50 3,50 4,50
Presión
(Pa)
Volumen (m3)

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En Tabla 02 se muestran las diferencias de altura
del agua y el aceite, y el resultado de la densidad
del aceite.
Tabla 02. Datos para el cálculo de la densidad del
aceite
haceite (m) hagua (m) ρaceite (kg/m3
)
0.082 0.075 914.6341463
0.141 0.128 907.8014184
0.176 0.161 914.7727273
La densidad del aceite de oliva tiene valores entre
913 y 916 kg/m3
(Aceite de las Valdesas, s.f.) y se
puede observar que dos de los cálculos hechos
están dentro de este intervalo. Puede haber errores
al momento de tomar las mediciones de las alturas
porque se hizo con una regla con incertidumbre de
1mm que se intentaba poner lo más precisa donde
estaba el fluido y un error de 1mm provocaba un
cambio considerable en la densidad del aceite.
4. Conclusiones
Se comprobó que la presión es inversamente
proporcional al volumen, y que la presión y el
volumen son directamente proporcionales a la
cantidad de partículas. En la ley de los gases
ideales también existe otro parámetro que es la
temperatura y para este experimento no se tuvo en
cuenta, pero que es posible analizarlo midiendo la
temperatura del aire dentro del globo.
Un manómetro es un buen instrumento para medir
la presión de un fluido almacenado en un tanque o
que va circulando por una tubería, pero se debe
tener en cuenta el límite de medición que tiene
porque provoca errores. Si se necesita medir
presiones altas, es necesario utilizar un fluido más
denso como mercurio donde la altura no se vea
afectada tanto o un manómetro más grande, pero
este no sería muy práctico.
También, es posible conocer la densidad de un
fluido, pero es necesario que las mediciones se
hagan lo más precisas posibles porque un error de
un milímetro puede generar errores en el cálculo de
la densidad.
REFERENCIAS
Web:
[1] Bulmaro. (Sin fecha). ¿Cómo hacer un manómetro
casero? Recuperado de: https://www.comohacer.eu/como-
hacer-un-manometro-casero
[2] Giraldo, C. (2020). Manómetro casero – Mecánica
de fluidos. Recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=pOJBDRrcDEo&featur
e=youtu.be
[3] Aceite de las Valdesas. (Sin fecha). ¿Cuál es la
densidad del aceite de oliva? Recuperado de:
https://www.aceitedelasvaldesas.com/faq/propiedades-
composicion-aceite-oliva/densidad-del-aceite-de-oliva/