Existen una gran variedad de instrumentos de medición de los cuales los científicos no pueden prescindir. Uno de ellos es el manómetro, el cual básicamente cumple la función de ser un instrumento de medición de la presión tanto del gas como del aire. Este equipo da una manera más rápida y precisa para obtener una lectura de la presión de cualquier muestra que sea colocada dentro. A continuación veremos de qué se compone, cómo funciona y cómo se utiliza correctamente dentro de sus distintas aplicaciones.
¿Qué son y para qué se usan los manómetros?
Es un instrumento el cual realiza su función mostrando la diferencia que hay entre la presión de aire o de líquido en comparación con cualquier fuente externa. La palabra manómetro etimológicamente deriva de dos palabras griegas. La primera es “manós” la cual designa a cualquier cosa que sea delgada o rara de su forma, la segunda palabra es “metron” la cual hace referencia a una medida (plural metra).
Usualmente; estos equipos son indispensables para realizar mediciones de las presiones que hay en la atmósfera de la tierra. Los profesionales científicos que se encargan de realizar estudios relacionados al clima y al estudio tanto del medio ambiente terrestre como el de otros planetas se apoyan de este equipo. También suele utilizarse al realizar estudios relacionados al estudio de gases.
Tipos de manómetros
Son equipos especialmente indispensables para aquellos científicos que tratan de realizar estudios relacionados con el clima y el medio ambiente. Hay de distintas formas y tipos, todos funcionan de manera eficiente. Los simples y los diferenciales tienen usos distintos.
El manómetro que posee un sistema y forma más simpe consiste en un tubo piezómetro o de un solo tubo central, el cual se apoya de una base que se utilizar para almacenar líquido. Sin embargo, los que son más comunes pero que poseen un sistema un poco más complejo se integran de diversos tubos conectados entre sí adquiriendo una forma en U.
Los manómetros más simples (con un solo tubo), solamente se utilizan para realizar mediciones de líquidos. Los más complejos (con un sistema integrado por varios tubos dispuestos en formas de U), se utilizan para realizar comparaciones de presiones entre gases. También, hay cuya forma es U se encuentra invertida, estos se utilizan cuando se requiere hacer una lectura donde la diferencia entre las densidades de los dos líquidos es pequeña.
Por otra parte; están los que son del tipo cisterna, donde este espacio de almacenaje es más grande que el área del tubo. Otros similares a estos son los inclinados, cuta única diferencia es que uno de sus extremos está inclinado con un ángulo de grado menor y por ello son especialmente útiles para realizar mediciones de presiones pequeñas.
Estos pueden ser fabricados con diferentes tipos de materiales, sin embargo la mayoría de ellos son de vidrio. En los últimos años con la evolución de las tecnologías y de prácticamente de toda la industria también se pueden encontrar aquellos manómetros más modernos elaborados de diversos tipos de plásticos resistentes. Éstos a su vez integran sistemas de lectura mucho más duraderos, precisos y fáciles de utilizar como son aquellos que poseen pantallas digitales.
También puede ser utilizado con fines médicos para tratar de realizar mediciones de la presión arterial de un ser humano. En este caso se le llama esfigmomanómetro. Su mecanismo es un poco complejo, en un principio requiere un poco de práctica poder lograr manejar correctamente este equipo. Cuando se escucha el sonido del pulso indica que el mercurio dentro del medidor está detectando la presión sistólica. En cambio, cuando no se puede escuchar está indicando la presión diastólica.
Uno digital utiliza un microprocesador y un transductor de presión para detectar leves cambios en la presión. Mide la presión diferencial reportando mediciones positivas, negativas o diferenciales entre presiones.
¿Cómo funcionan los manómetros?
Funcionan según el principio del equilibrio hidrostático y se utiliza para medir la presión estática ejercida por un líquido o un gas. El equilibrio hidrostático indica que la presión en cualquier punto de un fluido en reposo es igual, y su valor es solo el peso del fluido suprayacente. Los diferentes tipos de manómetros funcionan y se manejan de distintas formas. Además, estos equipos no requieren para su uso ser calibrados
Los que son de un solo tubo, deben se llenados con el líquidos que será analizado. Se puede tomar de ejemplo el elemento del mercurio, el cual además es estable bajo presión. En cambio los que son en forma de U, deben ser llenados con el bombeo del gas hacia el tubo de manera que sea posible sellar el mismo en un extremo. El otro se dejará libre con la finalidad que se vaya escapando el nivel por acción natural.
El siguiente paso es dejar que se equilibre el líquido en la sección medio del tubo, también esto depende de la fuerza que pueda poseer el gas. Hay que tomar en cuenta que el líquido puede ser empujado en dirección hacia abajo por causa de la presión atmosférica. También; es posible que el tubo se cierre en un extremo, el gas que queda atrapado puede empujar con la fuerza necesaria para que el líquido vuelva hacia el otro extremo.
Esta fuerza de empuje entre estos elementos es lo que permite realizar una medición. Se observa hasta qué punto se pudo ser empujado el líquido, entre el extremo sellado y el que quedó abierto. Si el líquido está nivelado, recto en ambos tubos, entonces el gas es igual a la presión del aire exterior. Si, en cambio, el líquido se observa que está a mayor nivel en el extremo que se encuentra sellado indica que la presión del aire es más pesada que el gas. Cuando el gas es más pesado que el aire, el líquido será empujado hacia el extremo sellado.
Para entenderlo de otra forma, los que tienen forma de U funcionan midiendo la presión diferencial, lo cual significa que muestra la diferencia que existe entre ambos extremos. Por ejemplo, si se aplica presión de un lado, el líquido que se ha introducido empieza a retroceder de este extremo pero en el otro aumenta. Esto va aumenta hasta que alcanza un equilibrio entre el peso unitario del fluido y la presión aplicada.
La “presión” o la intensidad de la presión se define como fuerza por unidad de área, o P = F / A, donde P se mide en N / m 2 . La presión del fluido se mide con respecto a la referencia individual variable que es específica del dispositivo o del procedimiento. Cuando se mide con respecto al cero absoluto (o vacío completo), se llama presión absoluta. Cuando se mide por encima o por debajo de la presión atmosférica, se denomina presión manométrica.
Datos básicos para utilizarlos de forma correcta
El piezómetro se encuentra abierto de uno de sus extremos a la presión atmosférica, mientras que el otro se conecta a donde se realizará la medición. El aumento de líquido estará de acuerdo con la presión en el punto A. Si h es la altura del líquido en el piezómetro, la presión en el punto A viene dada por: Presión en N / m 2 = ρ × g × h
Un extremo del tubo en U se une al punto donde se mide la presión, mientras que el otro extremo está abierto a la presión atmosférica. La presión en el punto B en la figura está dada por: P = ρ 2 gh 2 – ρ 1 g h 1. Las siguientes son las pautas para utilizar la fórmula:
P = presión
ρ 2 = densidad del líquido pesado
h 2 = altura del líquido pesado por encima de la línea de referencia
ρ 1 = densidad del líquido ligero
h 1 = altura del líquido ligero por encima de la línea de referencia.
Los manómetros en forma de U realizan lecturas diferenciales dado a que la gravedad específica de los líquidos es diferente. Un líquido que es más denso que los dos fluidos se usa en el tubo en U, que es inmiscible con los otros fluidos. La presión en el punto A sea P A y que en el punto B ser P B, esto es igual a: P A – P B = g × h (ρ g – ρ 1). Las siguientes son las pautas para poder aplicar la fórmula:
h = diferencia en el nivel de mercurio en el tubo en U
ρ g = densidad del líquido pesado
ρ 1 = densidad del líquido A.
En el caso se los manómetros en U invertidos, el aire está a mitad del tubo. Como en los dos extremos hay diferentes presiones, el líquido aumenta en los dos lados. Se utiliza aire o mercurio como fluido manométrico. Si P A es la presión en el punto A y P B es la presión en el punto B, la fórmula es: P A – P B = ρ 1 × g × h 1 – ρ 2 × g × h 2 – ρ g × g × h. Las siguientes son las pautas para poder utilizar la fórmula:
ρ 1 = densidad del líquido en A
ρ 2 = densidad del líquido en B
ρ g = densidad de líquido ligero
h = diferencia de líquido ligero
Para un manómetro de pozo el aumento en el nivel de líquido en el tubo se considera mientras que en el pozo se ignora. Si p 1 y p 2 son presiones absolutas aplicadas como se muestra:
hp 1 A – p 2 A = Ahρg
h = (p 1 – p 2 ) / ρg