¿Que es la presión?

¿Que es la presión? Definición de presión

La presión (p) se define como la cantidad de fuerza (F) que se ejerce sobre una unidad de área de una sustancia, o sobre una superficie (A):

La unidad de presión en el SI es el pascal (Pa = N/m²), equivalente, aproximadamente, a 0,1 mmca. Por tanto, se trata de una unidad muy pequeña. Por ejemplo, la presión atmosférica es 101.325 Pa (= 1 atm). Para las caídas de presión de un circuito de agua puede emplearse el kilopascal (kPa), equivalente, aproximadamente, a 0,1 mca. Para presiones más altas se usará el megapascal (MPa), que equivale a 1.000 kPa. Una unidad muy cómoda y práctica es el bar (1 bar = 100.000 N/m²  = 10⁵ Pa = 100 kPa = 1 kp/cm². El mbar es muy empleado en la medida de la presión atmosférica (101.325 Pa = 1.013,25 mbar). En el sistema IP se usa la libra por pulgada cuadrada (ib/in² o psi, pounds per square inch), la libra por pie cuadrado (lb/ft² o psf) y la pulgada de mercurio (in Hg).
Por ejemplo, cuando un peso de 1 kp (= 9,81 N) descansa sobre un área de 1 cm² , se ejerce una presión de 1 kp/cm². De forma similar, cuando un peso de 100 kp = (981 N) descansa sobre un área de 1 cm² , se ejerce una presión de 100 kp/cm². Si ese mismo peso de 100 kp descansara sobre un área de 1 m² , la presión sería de 1.000 kp(0,1 kp/cm²)

Presión absoluta, presión manométrica y presión de vacío

La presión en cualquier sistema de unidades se puede expresar como presión absoluta (p_abs) o como presión relativa o manométrica (p_man). Esta denominación no afecta a la unidad, sino al cero de la escala. La presión absoluta se mide con relación al 0 absoluto (vacío total o 100% de vacío) y la presión relativa (efectiva) con relación a la presión atmosférica local (p_atm). La presión de vacío es una presión inferior a la presión atmosférica local, y se mide con el vacuómetro (mide presiones negativas).
La mayoría de los manómetros miden presiones relativas con relación a la presión atmosférica local (presión barométrica). Para hallar la presión absoluta con exactitud habrá que sumar a la presión leída en el manómetro la presión atmosférica local medida exactamente con un barómetro. De aquí resulta la ecuación fundamental:

p_abs = p_man + p_atm  o  p_abs = p_atm + p_vac

donde: p_abs = es presión absoluta (Pa); p_man = presión manométrica o relativa, medida con un manómetro (Pa); p_{atm =} presión atmosférica o barométrica, medida con un barómetro (Pa); p_vac presión de vacío, medida con un vacuómetro (Pa).

Muchas veces no se necesita gran precisión y entonces se suma a la lectura del manómetro (presión relativa) la atmósfera técnica, que es igual a 1 bar. De este modo se obtiene la siguiente ecuación aproximada (unidades en esta ecuación: bar):

P_abs = P_man + 1

En el sistema IP, para diferenciar la presión absoluta, manométrica y de vacío, se utiliza, respectivamente, el psia (absolute), el psig (gauge) y el psiv (vacuum).

Presión Hidrostática (presión de una columna de líquido)

En un recipiente lleno de líquido, el líquido que hay en el fondo está soportando sobre sí el peso del que tiene encima, ya que, por falta de cohesión, el líquido de los alrededores no puede sostener por flexión ni por tensión de corte, al líquido adyacente.

V = A x h
Por tanto, la presión hidrostática o presión de columna de líquido, es la presión que se está ejerciendo en el interior de un líquido, como consecuencia de su propio peso. Es decir, la presión hidrostática es independiente del valor de la superficie, aumentando con la profundidad. Dicho de otra manera, todos los puntos situados en el mismo plano horizontal, tienen la misma presión.

Presión atmosférica

El físico italiano Torricelli (1608-1647), discípulo de Galileo Galilei, fue quien determinó por primera vez de manera experimental, en 1643, el valor de la presión atmosférica. Hizo lo siguiente: a nivel del mar, llenó completamente un tubo de aproximadamente 1 m de longitud, con mercurio. Tapó con el dedo la única boca abierta del tubo, dio la vuelta a éste, e introdujo tubo y dedo en una cubeta también con mercurio. Soltó el dedo y observó que el nivel del mercurio dentro del tubo, descendía hasta quedarse a 760 mm sobre el nivel de la cubeta. En su descenso, el mercurio había producido el vacío absoluto en la parte de tubo de arriba; por tanto en el nivel superior interior al tubo, la presión era nula (valor cero). En el nivel exterior (en la cubeta), la presión atmosférica está «sosteniendo» los 760 mm de mercurio del tubo.

Torricelli concluyó que el peso del aire sobre esta superficie del mercurio conseguía equilibrar el peso de la columna de mercurio. De acuerdo a sus resultados, la presión ejercida por la atmósfera al nivel del mar, eleva una columna de mercurio 760 mm. Este valor es conocido como presión atmosférica normal (barométrica) a nivel del mar.

Para conocer el valor de la presión atmosférica en pascales, se calcula la presión hidrostática de mercurio desde el plano horizontal libre de la cubeta (p_m = 13.600 kg/m³):

p_atm = p x g x h = 13.600 x 9,8 x 0,760 = 101.325 pa

Efectuando el experimento de Torricelli al nivel del mar, con un tubo largo y lleno de agua, se comprobaría que la columna interior al tubo, es precisamente de 10,33 metros. Efectivamente, comparando la medida de la presión atmosférica dada en metros de columna de mercurio y metros de columna de agua, tenemos:

p_atm = p_m x g x h_m = p_w x g x h_w

La conversión entre las diferentes unidades de presión es la siguiente:

1 atm = 760 mm Hg = 101.325 Pa = 10,33 mca = 1,033 kp/cm² = 14,7 psia = 29,92 in Hg

Dada la casualidad de que 1,033 kp/cm² es tan próximo a 1 puede admitirse que 1 atm (atmósfera normal) equivale a 1 kg/cm² (atmósfera métrica). A nivel práctico tenemos:

10⁵ Pa = 1 bar = 1 atm = 1 kp/cm² = 10 mca

*información extraída del libro: Refrigeración industrial de Carlos González Sierra.