Medidores de presión: definición, dónde se utilizan y tipos
¿Qué son los medidores de presión?
Los medidores de presión son herramientas que se emplean para medir una magnitud física llamada presión. La presión se define como el cociente entre la componente perpendicular de la fuerza y el área sobre la que actúa, quedando definida a través de la siguiente ecuación:
P = F/A
Donde P es la presión y F es la fuerza perpendicular al área A. La unidad de la presión en Sistema Internacional de Unidades es el pascal, abreviado Pa. Como es una unidad pequeña para las presiones que se manejan con frecuencia, los múltiplos del pascal, como el kilo, el mega y el giga son de uso extendido.
Para medir la presión se han creado multitud de dispositivos, que se pueden agrupar en alguna de estas categorías, según el principio físico del que hagan uso:
- Basados en principios mecánicos, como la deformación causada por una fuerza.
- Los que hacen uso de principios eléctricos, que convierten una fuerza en corriente eléctrica.
¿Dónde se utilizan los medidores de presión?
La presión es, junto con la temperatura, una de las magnitudes que más se miden en todo el mundo. Ello se debe a que los fluidos, ya sean gases o líquidos, ejercen presión sobre las paredes de los recipientes que los contienen y sobre los objetos en su interior.
Los medidores de presión son instrumentos imprescindibles en diversas áreas, siendo las principales:
- Ciencias naturales, como geociencias y en estudios médicos, climatológicos y ambientales.
- Procesos industriales diversos: farmacéuticos, de alimentos, metalúrgicos y automotrices, entre otros.
En los estudios climáticos la medida de la presión es muy importante, ya que es un indicador principal del clima: bajas presiones se asocian con lluvias y tormentas, mientras que altas presiones señalan cielos despejados.
Por otro lado, en todos los procesos industriales y metalúrgicos hay numerosos fluidos ejerciendo presión continuamente en tuberías y recipientes, ya sea que estén en reposo o en movimiento. De allí la necesidad de conocer su valor en todo momento, a fin de regular adecuadamente dichos procesos.
Otro ejemplo muy familiar es la comprobación de la potencia automotriz, para lo cual se mide el nivel de compresión en los cilindros del motor, que es la presión medida cuando el pistón está en el punto de volumen mínimo. Asimismo, los neumáticos deben llenarse a una presión adecuada, la cual se comprueba con un medidor portátil diseñado para este fin.
La presión arterial o tensión arterial es un indicativo del estado de salud general de las personas y es un examen de rutina, que se practica fácilmente con un aparato llamado esfigmomanómetro o tensiómetro.
Clases de presión
El medidor de presión a utilizar depende de la clase de presión que se quiere medir:
- Presión absoluta, es la que se mide respecto al vacío absoluto y siempre es positiva. La presión atmosférica es absoluta y su valor estándar, a nivel del mar, es de 101325 Pa. Se mide con un barómetro, por eso también se la llama presión barométrica.
- Presión relativa, se mide respecto a una presión de referencia, que es la presión atmosférica. Su valor puede ser positivo o negativo. El instrumento para medirla es el manómetro.
Tipos de medidores de presión
Según el tipo de presión a medir, se han diseñado diversos instrumentos. Estos son los principales:
Barómetros
Los barómetros miden la presión atmosférica. Hay de varios tipos, según el mecanismo sensor.
Barómetro de mercurio
Este instrumento fue inventado por el físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). Consiste en un tubo lleno de mercurio invertido sobre un recipiente que también está lleno de mercurio y abierto a la atmósfera.
Al invertir el tubo, el mercurio desciende, dejando un espacio en su parte superior donde se hace casi vacío, excepto por una pequeña cantidad de vapor de mercurio. Allí la presión absoluta es bastante cercana a 0.
La fuerza que ejerce el aire sobre la parte expuesta de mercurio y el peso de la columna de mercurio en el tubo se equilibran, ya que todo el conjunto está en reposo.
Ahora bien, la fuerza del aire sobre la superficie del mercurio se ejerce a través de la presión, y esta a su vez está relacionada con la altura de la columna de mercurio en el tubo, un valor cercano a 760 mm y equivalente a 101325 Pa.
Barómetro de agua
Este barómetro emplea agua en lugar de mercurio, pero la columna de líquido es más larga, ya que el agua es más liviana: 10.3 m de altura.
Barómetro aneroide
Este dispositivo no emplea líquido, sino una cámara de metal parcialmente al vacío que se contrae o expande según la presión a la que esté sometida. La diferencia de presión es transmitida por un resorte, cuya elongación mueve una varilla sujeta al indicador del medidor. La presión se lee en una pantalla provista de una escala.
Cuando se añade al instrumento un sistema registrador de algún tipo, como papel y tinta, o una pantalla digital entonces el instrumento es un barógrafo y permiten visualizar en forma de gráfico las variaciones de la presión atmosférica, útil para predecir el clima.
Manómetros
Por lo regular los manómetros miden la presión relativa, aunque en ocasiones pueden dar lecturas absolutas.
Manómetro de tubo en U
Sirve para medir presiones relativas pequeñas y moderadas. El más sencillo consiste en un tubo con forma de U de vidrio o plástico, lleno de fluido, como por ejemplo mercurio, con una de las ramas sellada o abierta a la atmósfera y la otra conectada a la presión que se desea medir.
Cuando se aplica una presión por uno de los extremos, el mercurio sube por la otra rama hasta que el peso de la columna equilibra la presión del extremo. La diferencia entre el nivel original y el nuevo nivel es proporcional a la diferencia de presión entre los dos puntos.
Una variante del manómetro de tubo en U es el manómetro de tubo inclinado, que se usa para medir pequeñas diferencias de presión.
Manómetro de carátula
Este tipo de manómetro traslada las variaciones de presión a una escala graduada o carátula, a través de algún mecanismo. Este puede ser por ejemplo la deformación de un resorte o de un tubo con forma de C o enrollado en espiral, que tiende a enderezarse cuando se le aplica presión por un extremo o a curvarse más si esta disminuye.
El tubo se llama tubo de Bourdon, por Eugene Bourdon, el ingeniero francés que lo inventó en 1849.
La deformación del tubo mueve un tope provisto de un sistema mecánico con engranajes que convierte el movimiento lineal del tubo en uno de rotación por otro el extremo, ahí se conecta una aguja indicadora que se puede mover sobre una carátula. La posición de la aguja sobre la escala graduada de la carátula señala el valor de la presión.
Manómetro digital
Hacen que una diferencia de presión provoque una variación en alguna magnitud eléctrica como la resistencia, por ejemplo. Dicha variación se puede convertir en una corriente eléctrica que es proporcional a la diferencia de presión y la lectura se hace sobre una pantalla digital.
En un manómetro de este tipo, la deformación elástica del sensor hecho de un material conductor, produce un cambio en su resistencia eléctrica. El cambio en la resistencia está relacionado con el cambio de presión. Del mismo modo se puede variar la capacitancia en un capacitor o la inductancia en un inductor.
Otra clase de sensor es de tipo piezoeléctrico, como el cuarzo o la turmalina, en el que un cambio en la presión sobre un cristal de alguno de estos minerales se traduce en un voltaje.
Referencias
- Cimbala, C. 2006. Mecánica de Fluidos, Fundamentos y Aplicaciones. Mc. Graw Hill.
- Instituto Universitario de Tecnología Alonso Gamero. Laboratorio de Procesos Químicos: Manometría. Guía de Laboratorio de Operaciones Unitarias I.
- Mott, R. 2006. Mecánica de Fluidos. 4ta. Edición. Pearson Educación.
- Universidad de Buenos Aires. Medición de presión. Recuperado de: materias.fi.uba.ar.