Medidas de Presión: Conceptos Fundamentales y Métodos de Medición
Conceptos Clave de Presión
La presión se define como la fuerza normal que, distribuida uniformemente, actúa sobre una superficie dada. Esta fuerza puede ser ocasionada por líquidos, gases, vapores o cuerpos sólidos. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es el newton.
La presión absoluta se refiere al cero absoluto. Otra forma de determinarla es sumando la presión atmosférica a la presión relativa indicada por un manómetro.
La presión atmosférica es causada por el peso de la atmósfera que rodea la Tierra hasta una altitud aproximada de 500 km. Depende de los cambios climáticos, tomándose como referencia un valor medio denominado atmósfera.
La presión diferencial es la diferencia entre dos presiones. Cuando se mide la diferencia de presión entre dos puntos con el mismo cero de referencia, se denomina presión diferencial.
La presión relativa es la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Si la presión absoluta es mayor que la atmosférica, la presión relativa es de signo positivo. Por el contrario, si la presión absoluta es menor que la atmosférica, la presión relativa es de signo negativo.
Presión en Líquidos y Gases
Presión en los Líquidos
La presión en un punto cualquiera de un líquido se define por la ecuación fundamental de la estática de fluidos: P = P₀ + ρgh. A diferencia de los gases, un líquido es prácticamente incompresible, mientras que un gas puede ser fácilmente comprimido.
Presión en los Gases
Las moléculas de gas dentro de un recipiente se mueven aleatoriamente, generando colisiones. La presión resultante es la fuerza total ejercida por la pared del recipiente sobre el gas, dividida por la superficie de la pared. La presión de un gas depende de:
- El número de moléculas del gas.
- La masa de las moléculas del gas.
- La velocidad media, que aumenta cuando el gas se calienta, incrementando también la presión.
Unidades de Medida de Presión
Nota:
- 1 kg/cm² ≈ 0.981 bar ≈ 1 bar
- 1 bar = 100 kPa
- 1 atm = 1.013 bar = 760 mmHg
- 1 kg/m² = 1 mmCA
- 1 mmCA = 0.0981 mbar = 9.806 Pa
Rango de Medida
Los rangos de medida de presión pueden variar ampliamente, desde:
- Algunos milímetros de columna de agua (mmCA).
- Hasta muchos kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm²).
Indicación de Presión
- Medida directa: Los instrumentos que miden directamente la presión determinan su magnitud de acuerdo con alguna de las leyes físicas y obtienen la indicación a partir de ellas.
- Medida indirecta: Los instrumentos que miden presión de manera indirecta utilizan algún efecto (como deflexión elástica, efecto óptico, eléctrico, etc.) para indicar la presión medida.
Instrumentos de Medida Directa de Presión
Un manómetro es cualquier elemento que mide directamente la presión.
Aunque existen otros tipos de medidores de presión de forma directa, como manómetros de tubo inclinados, manómetros en «U» con varios líquidos, balanzas tipo pistón, etc., los casos más comúnmente usados en la práctica son:
- Medida de presión con columna de líquido: El principio de medida se basa en la aplicación directa de la ecuación
P = hρg, donde la presión medida «P» se compara con el peso de una columna de líquido «h». - Medida de presión por balance con líquido de referencia: Con este método, el líquido solo sirve para separar las cámaras de presión. La presión a medir actúa sobre una superficie y se compara con la fuerza debida al peso.
Instrumentos de Medida Indirecta de la Presión
Los instrumentos para la medida indirecta de la presión utilizan el efecto que produce la presión sobre cuerpos con ciertas figuras o sobre algunos materiales.
Los casos más utilizados son:
- Medida de presión con elementos resilientes: La resiliencia es una propiedad de los materiales que permite la deformación elástica, volviendo a su posición original siempre que no se sobrepasen los límites que llevan a la deformación permanente o rotura del material. El primer manómetro basado en la resiliencia fue el manómetro con tubo Bourdon. Se compone de tres bloques de funcionamiento:
- Elemento de medida: Convierte la presión en movimiento.
- Amplificación de movimiento: Amplifica y convierte el movimiento en ángulo de rotación.
- Escala graduada: Convierte la posición de la aguja en unidades de presión.
- Medida de presión con instrumentos basados en señales eléctricas: Este tipo de instrumentos convierte la deformación producida por la presión en señales eléctricas. Las señales son amplificadas y enviadas al sistema de indicación.