Presión absoluta: fórmula, cómo se calcula, ejemplos, ejercicios
La presión absoluta es la que se mide en comparación con el vacío absoluto, por lo cual siempre es una cantidad positiva. Esto tiene sentido, ya que en el vacío no hay materia alguna que ejerza fuerza, y en consecuencia no hay presión.
En cambio la presión relativa se mide siempre respecto a otra que se toma como referencia, siendo la más usual la que ejerce la masa gaseosa que envuelve a la Tierra: nuestra atmósfera, ya que siempre estamos sujetos a ella.
Por este motivo la mayoría de los instrumentos utilizados para medir presión, llamados manómetros, están calibrados para que el cero corresponda precisamente a dicha presión atmosférica.
La presión atmosférica se define como la fuerza por unidad de área que ejerce la atmósfera terrestre, utilizándose el pascal como unidad de medida de la presión en el Sistema Internacional de medidas SI, tanto para la presión atmosférica como cualquier otra.
Al emplear instrumentos como un medidor de presión para neumáticos, por ejemplo, lo que en realidad medimos es la diferencia que existe entre la presión del neumático y la que ejerce la atmósfera. Sin embargo, también existen instrumentos para medir la presión absoluta, los barómetros.
Sea Pab la presión absoluta, Patm la presión atmosférica estándar (a nivel del mar) y Pman (o en inglés Pgage) la que mide el manómetro, la relación entre ellas es:
Pab = Patm + Pman
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Como los barómetros son los instrumentos que mide la presión absoluta, a esta se la llama a veces presión barométrica. Es muy sencillo calcularla, aun si no se tiene un barómetro, pues basta con sumar a la presión manométrica el valor de la presión atmosférica estándar.
Hay que aclarar que la presión atmosférica varía según el lugar de la Tierra donde se mida, ya que es dependiente de la altitud, la temperatura y otras condiciones climáticas. El valor estándar de la Patm en pascal es 101325 Pa, siendo normal que varíe en el rango de 96000 a 105000 Pa aproximadamente.
Si un fluido cualquiera tiene una presión manométrica de 65000 Pa digamos, respecto a la presión atmosférica, esto significa que su presión absoluta es, de acuerdo a la ecuación anterior:
Pabs = 65000 + 101325 Pa = 166325 Pa.
La presión atmosférica se mide con un barómetro, aparato inventado en 1643 por el físico italiano y asistente de Galileo, llamado Evangelista Torricelli (1608-1647).
En su famoso experimento, Torricelli llenó un tubo de mercurio, de longitud mayor a 762 mm y manteniendo abierto uno de sus extremos, lo volcó sobre un recipiente abierto, también lleno de mercurio.
El científico observó que la columna del líquido siempre se elevaba a una determinada altura h, dejando en la parte superior un vacío, salvo por la presencia de una pequeña cantidad de vapor de mercurio.
Dicha altura h es proporcional a la presión P en la base de la columna de líquido:
h= P/γHg
Donde γHg es el peso específico del mercurio, definido como peso por unidad de volumen o también como el producto de la densidad por la aceleración de gravedad g. La presión atmosférica sería la suma de la presión de vapor del mercurio en la parte superior del tubo y la presión P, sin embargo la primera es tan pequeña que en la práctica P coincide con Patm.
De esta forma:
h= Patm/γHg → Patm = γHg x h
Torricelli observó que la altura de la columna se mantenía en 760 mm, y sabiendo que la densidad del mercurio es 13600 kg/m3 y la aceleración de gravedad es 9.91 m/s2, se obtiene que la presión atmosférica vale:
Patm = γHg x h = 13600 x 9.8 x 0.760 Pa = 101293 Pa.
Otros valores para la presión atmosférica en distintas unidades son 1.013 bar = 1013 milibares = 14.70 lb/in2 (libras por pulgada cuadrada o psi, unidad de uso común en países de habla inglesa).
Además hay una unidad que toma como referencia su valor, llamada precisamente atmósfera, de manera que 1 atmósfera (abreviada atm) equivale a 101293 Pa.
La presión atmosférica también se puede expresar directamente en mm de Hg, unidad que ahora se conoce como torr, en honor a Evangelista Torricelli.
La altura de la columna de mercurio difiere según el lugar, por lo tanto da lugar a distintos valor de Patm. Por ejemplo, en algunas ciudades de Latinoamérica, ubicadas a diferentes altitudes sobre el nivel del mar:
-Ciudad de México: 585 mm
-Caracas: 674 mm
-Bogotá: 560 mm
-La Paz: 490 mm
– Los seres vivientes en la Tierra estamos adaptados a la presión atmosférica, que es una presión absoluta originada por el peso de los gases que conforman la atmósfera. Así que aunque no la percibimos como una fuerza sobre nosotros, dicha presión existe y es necesaria para mantener la vida como la conocemos.
– El concepto de presión absoluta se utiliza continuamente al estudiar el clima y la atmósfera terrestre, así como en el diseño de barómetros.
– Otro ejemplo de uso de la presión absoluta es en la determinación de la altura de las aeronaves mediante el altímetro. Como la presión atmosférica experimenta variaciones con la altura, no es buena idea convertirla en una referencia, así que se utiliza la presión absoluta para asegurar la precisión en las medidas, muy importante para la seguridad de los vuelos.
Un manómetro se conecta a una cámara, arrojando una medida de 24 kPa, en un lugar donde la presión atmosférica es de 92 kPa. ¿Cuál es la presión absoluta de la cámara?
Solución
Los datos del enunciado tienen las presiones en kPa o kilopascal. El pascal es una unidad bastante pequeña, así que los prefijos kilo, mega y giga son frecuentes. Un kPa equivale a 1000 Pa, pero como ambos datos están en las mismas unidades, se pueden sumar sin problemas y al final hacer una conversión a pascal si se desea.
Utilizando la ecuación: Pab = Patm + Pman y sustituyendo valores queda:
Pab = 92 kPa + 24 kPa = 116 kPa = 116000 Pa
Para la mayor parte de las aplicaciones cotidianas, como medir la presión de los neumáticos o la compresión de un motor, el nivel de referencia de presión 0 se toma como la presión atmosférica.
Así que cuando el medidor de presión de un neumático arroja un valor de 32 psi, se trata de una presión relativa. ¿Cuál es la presión absoluta en el neumático en este caso?
Solución
La presión absoluta es la suma del valor arrojado por el medidor de presión y el de la presión atmosférica en el lugar. Como se dijo antes, la unidad psi es usada comúnmente en países de habla inglesa.
Tomando el valor estándar de 14.7 psi, la presión absoluta del neumático es:
Pabs = 32.0 psi + 14. 7 psi = 46.7 psi 46.7 lb/in2
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