Manómetros y Barómetros: Instrumentos de Medición de Presión

Los manómetros son aparatos diseñados para medir la presión de gases y vapores. Se clasifican principalmente en dos tipos: manómetros de líquido y manómetros metálicos.

Manómetros de Líquido

Estos se subdividen en:

• Manómetros barométricos
• Manómetros de aire libre
• Manómetros de aire comprimido

Manómetro de Líquido de Rama Abierta

Estos instrumentos se utilizan para medir la presión positiva y pueden presentar diversas escalas. El modelo más básico consiste en un tubo de vidrio en forma de U que contiene un líquido apropiado (como mercurio, agua o aceite). Una rama del tubo está expuesta a la atmósfera, mientras que la otra se conecta al depósito cuyo fluido se desea medir. El fluido del recipiente entra en contacto con la columna líquida, permitiendo deducir la presión manométrica en el depósito. La presión manométrica (p – p_atm) es proporcional a la diferencia de alturas del líquido en ambas ramas. La sensibilidad del manómetro aumenta con la disminución de la densidad del líquido utilizado.

Manómetro de Líquido de Rama Cerrada

También conocido como manómetro truncado, este tipo se emplea para medir pequeñas presiones gaseosas, desde unos pocos torrs hasta 1 Torr. Es esencialmente un barómetro de sifón con ramas cortas. Si la rama abierta está expuesta a una presión superior a la altura máxima de la columna barométrica, el líquido llena la rama cerrada. En caso contrario, se genera un vacío barométrico en la rama cerrada, y la presión absoluta del depósito se puede determinar.

Manómetros Metálicos

Estos aparatos, al igual que los barómetros metálicos, se basan en la elasticidad de los metales. El modelo más común es el manómetro de Bourdon. En este, el elemento deformable es un tubo metálico elástico, curvado en forma de anillo y con sección elíptica. Una extremidad (A) se conecta al recipiente cuya presión se mide, y la otra (B) permanece cerrada. Al aumentar la presión, el tubo tiende a enderezarse, y el pequeño desplazamiento de la extremidad B se amplifica mediante un sistema mecánico que mueve una aguja sobre un cuadrante graduado.

Barómetros: Medición de la Presión Atmosférica

El barómetro es un instrumento fundamental para medir la presión atmosférica, definida como la fuerza ejercida por unidad de superficie por el peso de la atmósfera terrestre. Fue inventado por Evangelista Torricelli, quien lo denominó «Tubo de Torricelli» o Barómetro. La palabra «barómetro» proviene del griego «baros» (peso) y «metrón» (medida).

Funcionamiento General del Barómetro

Los primeros barómetros consistían en una columna de líquido dentro de un tubo cerrado en un extremo. El peso de esta columna de líquido equilibraba el peso de la atmósfera. Torricelli, en el siglo XVII, demostró que la presión atmosférica al nivel del mar equivale a la altura de una columna de agua de aproximadamente 10 metros. En los barómetros de mercurio, debido a su mayor densidad (13.6 veces la del agua), esta columna mide unos 760 mm.

Barómetro de Torricelli

Este barómetro, inventado por Torricelli en 1643, utiliza un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado en su extremo superior. Lleno de mercurio, se invierte y se sumerge el extremo abierto en un recipiente con el mismo líquido. Al destapar el extremo, el mercurio desciende, creando un vacío parcial en la parte superior del tubo.

Barómetro de Mercurio

Similar al de Torricelli, el barómetro de mercurio es un tubo de vidrio cerrado en un extremo, lleno de mercurio e invertido en una cubeta con mercurio. La altura de la columna de mercurio en el tubo es una medida directa de la presión atmosférica. Las lecturas de estos barómetros son cruciales para las predicciones meteorológicas, ya que las altas presiones suelen asociarse con buen tiempo, mientras que las bajas presiones indican la posibilidad de tormentas.

Barómetro de Bourdon

Este tipo de barómetro utiliza un tubo flexible, curvo y cerrado, a menudo con forma de herradura. El vacío en su interior permite que la presión del aire modifique la curvatura del tubo, lo cual se registra en una escala mediante una aguja indicadora.

Barómetro de Fortin

El barómetro de Fortin es un instrumento de alta precisión utilizado en laboratorios. Consiste en un tubo Torricelliano sumergido en mercurio dentro de una cubeta de vidrio tubular. La cubeta tiene una base de piel de gamo ajustable mediante un tornillo, permitiendo fijar el nivel del mercurio al punto de contacto con un cono de marfil. El aparato está recubierto de latón, con ranuras para observar el nivel de mercurio y una escala graduada con nonio para lecturas precisas. Incluye un termómetro y requiere correcciones por temperatura, gravedad y tensión de vapor del mercurio.

Barómetro de Vidi

Estos barómetros son compactos y sensibles a las variaciones de presión, siendo comunes en hogares. Contienen una caja metálica sellada al vacío. Las fluctuaciones de presión deforman la caja (abombándola o aplastándola), y este movimiento se transmite a una aguja que indica la presión en una escala. Una segunda aguja, ajustable manualmente, permite registrar las variaciones diarias de la presión atmosférica.

Piezométrico

Funcionamiento

El tubo piezométrico es un tubo conectado a un recipiente con un fluido. El nivel del fluido en el tubo se eleva hasta una altura que corresponde a la presión del fluido en el punto de conexión (orificio piezométrico), indicando el nivel de carga. Son muy útiles para determinar la componente estática de la presión en tuberías.

Vacuómetro

Funcionamiento

El vacuómetro de McLeod mide la presión de vacío comprimiendo una muestra de gas con mercurio, aplicando la Ley de Boyle-Mariotte para aumentar la sensibilidad. Para realizar una medición, el instrumento se inclina suavemente para que el mercurio ascienda por los capilares. Cuando el mercurio alcanza una línea de aforo, el gas en el capilar izquierdo queda aislado. Al continuar añadiendo mercurio, la presión de este gas atrapado aumenta, permitiendo su medición.

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