Presión Atmosférica: Medición y Unidades - Conceptos Básicos

La Presión Atmosférica

La presión atmosférica es el peso de una columna de aire que tiene como base la unidad de superficie y como altura la de la atmósfera. Es una de las variables meteorológicas más importantes para el estudio de la atmósfera.

Unidades de Presión

Las primeras medidas de la presión atmosférica se refieren al experimento realizado por Torricelli en 1643. Torricelli llenó de mercurio un tubo de vidrio de 1 metro de largo aproximadamente, luego lo volteó tapando con un dedo el extremo abierto del tubo y lo introdujo verticalmente en un recipiente también lleno de mercurio. Observó cómo la columna de mercurio descendía hasta alcanzar una altura de unos 760 mm sobre el nivel del mercurio de la cubeta, dejando un volumen vacío en el extremo del tubo (vacío de Torricelli o cámara barométrica). Torricelli dedujo que la presión ejercida por la atmósfera sobre la superficie libre de mercurio de la cubeta era suficiente para equilibrar la presión ejercida por la columna. La altura de dicha columna constituye una medida de presión atmosférica.

Principales Unidades de Medida

1. Milímetros de Hg: También conocida por el nombre de Torr, es la presión equilibrada por una columna de Hg de 1 cm² de sección y 1 mm de altura, siendo la densidad del Hg de 13,59 gcm^-3 (a 0 ºC y 45º de latitud).
2. Pulgadas de Hg: Es la unidad análoga a la anterior pero en los países anglosajones. Se refiere a la presión equilibrada por una columna de Hg de 1 pulgada cuadrada de sección y 1 pulgada de altura.
3. Baria: Fuerza de una dina actuando sobre una superficie de 1 cm².
4. Dina: Es la unidad de fuerza en el sistema CGS.
5. Bar: Como la baria resultaba muy pequeña para fines prácticos, se decidió adoptar una unidad 1 millón de veces mayor (1 bar = 1.000.000 barias).
6. Milibar: En el campo específico de la meteorología, se hizo común el uso de la milésima del bar, el milibar (mb), que es la presión que ejercen 1000 dinas por cm².
7. Hectopascal: En la actualidad, la comunidad científica internacional ha adoptado el Sistema Internacional (SI), cuyas unidades fundamentales son el m, kg y s. Para este sistema la unidad de medida de presión es el Newton (N) por metro cuadrado, que denominamos Pascal (Pa). Debido a que es una unidad muy pequeña y a efectos de facilitar la transición de un sistema a otro se ha optado por expresar la presión atmosférica en hectopascales (hPa) (1 hPa = 100 Pa = 100 N/m²). El hPa es idéntico al mb.

*La Organización Meteorológica Mundial ha adoptado desde 1982 el hPa como medida de presión atmosférica, aunque dada su equivalencia con el mb, seguimos encontrando esta última frecuentemente.

Presión Atmosférica y Equivalencias

Denominamos valor medio de la presión, presión normal o atmósfera física a aquella presión que equilibra una columna de Hg de 760 mm a 0ºC al nivel del mar y 45º de latitud. La masa de mercurio en las condiciones anteriores se puede obtener a través de la expresión: m = p h S = 13,59 gcm^-3 x 76 cm x 1 cm² = 1033 g y su peso (fuerza): p = m g = 1033 g x 981 cms^-2 = 1.013.212 dinas de forma que este peso (fuerza) referido a la unidad de superficie sería p/cm², o sea, la presión normal (atmósfera física) es 1.013.212 barias, que pasada a mb sería 1013,2 mb.

1 mm = 1,33 mb = 1,33 hPa 1 hPa = 1 mb = 0,75 mm

Tipos de Barómetros

La palabra barómetro viene del griego Báros (presión) y Métron (medida). Un barómetro es un instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. Existen dos tipos, los de mercurio y los aneroides.

Barómetro de Fortín

Se compone de un tubo Torricelliano que se introduce en el mercurio contenido en una cubeta de vidrio en forma tubular, provista de una base de piel de gamo (gamuza) cuya forma puede ser modificada por medio de un tornillo que se apoya en su centro y que, oportunamente girado, lleva el nivel de mercurio del cilindro a rozar la punta de un pequeño cono de marfil. Así se mantiene un nivel fijo. El barómetro está totalmente recubierto de latón, salvo dos ranuras verticales junto al tubo que permiten ver el nivel de mercurio. En la ranura frontal hay una gradación en mm y un nonius para la lectura de décimas de mm. En la posterior hay un pequeño espejo para facilitar la visibilidad del nivel. Junto al barómetro va unido un termómetro. Los barómetros Fortín se usan en laboratorios científicos para medidas de alta precisión. Las lecturas deben ser corregidas teniendo en cuenta todos los factores que puedan influir sobre las mismas: la temperatura ambiente, la aceleración de la gravedad del lugar, la tensión de vapor del mercurio, etc. Existen barómetros de este tipo específicamente diseñados para ser utilizados a bordo de barcos. Tienen un estrechamiento capilar en el tubo con el fin de amortiguar las oscilaciones y una suspensión cardán a fin de asegurar su verticalidad. Así y todo, estos sistemas muestran un retardo (histéresis) respecto a las variaciones de la presión atmosférica que pueden llegar a ser de varios minutos.

Barómetro Aneroide

Estos son los más utilizados en los barcos porque no necesitan un sistema de suspensión cardán para mantenerlos rectos. No obstante, son menos exactos, lo que hace necesario compararlos frecuentemente con barómetros patrón. Los barómetros aneroides se fundamentan en la elasticidad de los metales. Se componen de una caja hermética de paredes delgadas en la que se ha hecho el vacío (la caja es cilíndrica en el barómetro de Vidi y de tubo en forma de circunferencia y forma de elipse en el de Bourdon). Cuando la presión atmosférica varía, la pared superior de la caja se deforma y su desplazamiento se transmite por un mecanismo amplificador a una aguja móvil que recorre un círculo graduado.

Barógrafo

O barómetro registrador, se compone de varias cajas aneroides superpuestas, a fin de aumentar la deformación, y la aguja se sustituye por un estilete que se apoya en un papel arrollado sobre un tambor animado de un movimiento de rotación uniforme.

Barómetro Electrónico

Están dotados de un sensor cerámico de capacidad variable de gran precisión y estabilidad. Su cápsula cerámica simétrica se deforma por la acción de la presión atmosférica. Cuando la presión aumenta, unos electrodos de oro situados en el interior de la cápsula se aproximan entre sí, aumentando por tanto su capacidad. Estas variaciones de capacidad son detectadas y convertidas a una señal de salida analógica (normalmente entre 0 y 5 V) por un circuito integrado incorporado al sensor. La precisión de estos sensores puede alcanzar valores de 0,005 % a fondo de escala en todo el intervalo de medidas (desde 600 a 1100 mb). Este tipo de barómetros son muy estables en el tiempo y ofrecen un baja histéresis. (Ej.: SPA-270). El mejor lugar para situar los barómetros en un barco sería cerca de la línea de flotación y del centro de gravedad del buque. No obstante, en barcos grandes suelen estar en la caseta de derrota, lo que producirá un error inevitable en las lecturas. Estos errores se podrían reducir si se utiliza un barómetro marino que amortigüe en la medida de lo posible las oscilaciones.