Equilibrio Térmico y Medición de Presión: Principios y Aplicaciones Industriales

1. El Equilibrio Térmico

¿Qué es el equilibrio térmico?

Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que, en sus condiciones iniciales, tenían temperaturas diferentes. Al igualarse las temperaturas, se suspende el flujo de calor y el sistema formado por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.

Experimento de Laboratorio para Demostrar el Equilibrio Térmico

El procedimiento realizado en el laboratorio fue el siguiente:

• Preparación inicial: En un calorímetro se colocó un volumen de agua desconocido, a la que se le tomó la temperatura con un termómetro, determinando así su temperatura inicial.
• Calentamiento: Paralelamente, se calentó a «baño maría» otro volumen de agua contenido en un tubo de ensayo grande. A esta muestra se le suministró calor hasta que alcanzó su punto de ebullición.
• Contacto térmico: Una vez hecho esto, se introdujo dicho tubo de ensayo dentro del calorímetro, permitiendo que ambas masas de agua entraran en contacto térmico.
• Medición de temperaturas: A continuación, se registraron las temperaturas cada 10 segundos, tanto dentro del tubo de ensayo como fuera de él, hasta completar el primer minuto. Posteriormente, las mediciones se tomaron cada 30 segundos hasta alcanzar los 480 segundos, momento en el cual las sustancias ya habían llegado a su equilibrio térmico.

2. Conceptos Fundamentales sobre la Presión

¿Qué es la presión?

La presión es la magnitud física que relaciona la fuerza aplicada con la superficie sobre la que actúa. Es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. En sí, es una magnitud física escalar que mide la fuerza ejercida en dirección perpendicular por unidad de superficie.

Presión Absoluta y Presión Relativa (Manométrica)

En determinadas aplicaciones, la presión no se mide como la presión absoluta, sino como la presión por encima de la presión atmosférica. Esta medición se denomina presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica.

Consecuentemente, la presión absoluta es la suma de la presión atmosférica más la presión manométrica (que es la presión que se mide con un manómetro).

Presión Absoluta = Presión Atmosférica + Presión Manométrica

3. Instrumentos para la Medición de Presión

El Barómetro

El barómetro es un instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. La presión atmosférica se define como la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera; es decir, el peso del aire ejerce una presión sobre la Tierra. Este instrumento fue inventado por Evangelista Torricelli, y su primer diseño fue conocido como el «Tubo de Torricelli».

Tipos de Barómetros

Barómetro de Mercurio (o de Torricelli)

Inventado por Torricelli en 1643, es uno de los barómetros más conocidos. Consiste en un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. El procedimiento para su funcionamiento es:

1. Se llena el tubo completamente de mercurio.
2. Se invierte y se coloca el extremo abierto en un recipiente que también contiene mercurio.
3. Al destaparlo, se observa que el mercurio del tubo desciende unos centímetros, dejando un vacío en la parte superior. La altura de la columna de mercurio restante es la que equilibra la presión atmosférica.

Tubo de Bourdon

Este dispositivo consiste en un tubo flexible, cerrado, curvo y con forma de herradura. En el interior de este tubo reina el vacío y la presión ejercida por el aire modifica la curvatura del tubo, movimiento que a su vez se registra en una escala graduada.

El Manómetro

Los manómetros son aparatos destinados a medir la presión de gases y vapores en recipientes cerrados. Se distinguen dos tipos principales: manómetros de líquido y manómetros metálicos. A su vez, los manómetros de líquido se clasifican en manómetros barométricos, de aire libre y de aire comprimido.

Diferencia Clave entre Barómetro y Manómetro

• El barómetro se usa exclusivamente para medir la presión atmosférica, es decir, mide la presión en un recipiente abierto.
• El manómetro, en cambio, la mide en recipientes cerrados (tanques, tuberías, etc.).