Presión Atmosférica

La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera sobre los objetos o seres inmersos en ella. En el interior de cualquier fluido estático, la presión queda determinada por el peso de la columna del propio fluido que tiene encima. La presión atmosférica disminuye exponencialmente con la altura. La presión a nivel del mar es de 760 mmHg = 1 atm.

Factores que Afectan a la Presión Atmosférica (P_atm)

• Altura: A mayor altura, menor presión, ya que hay menos cantidad de aire encima y está menos comprimido (menos denso).
• Temperatura (Tª): El calor varía la agitación de las moléculas de aire y, por lo tanto, su densidad (agrupamiento de las moléculas). La variación de densidad de una masa de aire con respecto a otras crea diferencias de presión del aire a nivel del suelo.
• Sol: Calienta de forma desigual las masas de aire, que adquieren distinta densidad y, por lo tanto, ejercen distinta presión. Esta diferencia de presión origina los vientos.

Presión en Fluidos

Cuando un fluido (líquido o gas) está en reposo, ejerce una fuerza perpendicular a cualquier superficie en contacto con él, como la pared de un recipiente o un cuerpo sumergido en el fluido.

Presión Hidrostática

Es la presión que soportan ambas caras de una lámina introducida en un líquido. Depende proporcionalmente de la profundidad y de la densidad del líquido. La paradoja hidrostática indica que la presión no depende del tamaño ni la forma del recipiente, solo de la profundidad.

Principio de Pascal

La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente. El elevador hidráulico es un dispositivo multiplicador de la fuerza con un factor de multiplicación igual al cociente de las áreas de los pistones.

Presión Absoluta y Relativa

• Presión Absoluta: Es la presión en un espacio absolutamente vacío (presión cero, fuera de la atmósfera).
• Presión Relativa: Es la presión a la que se encuentra un objeto dentro de la atmósfera.

Elementos de Medida de Presión

1. Barómetro de Mercurio: Basado en el Experimento de Torricelli, la columna de mercurio no caía debido a que la presión atmosférica (P_atm) ejercida sobre la superficie del mercurio y transmitida a todo el líquido, en todas direcciones, era capaz de equilibrar la presión ejercida por su peso. Ejemplo: Barómetro de Fortin.
2. Manómetros: Instrumentos que miden la relación entre un cambio de presión y un cambio de elevación en un fluido estático. Miden cualquier presión que sea distinta a la atmosférica, en sustancias líquidas o gases. Hay tres tipos principales:
   • Manómetros en U: Los fluidos manométricos típicos son agua, mercurio y aceites coloreados. El manómetro de tubo cerrado mide presiones menores a la P_atm, y el de tubo abierto mide presiones iguales o mayores que la P_atm.
   • Manómetros Metálicos: Los más utilizados en la industria, miden la presión en el interior de recipientes con gases. Ejemplo: Manómetro de Bourdon.
   • Manómetros de Fuelle: Tienen un elemento elástico en forma de fuelle al que se le aplica la presión a medir. Esta presión estira el fuelle y el movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja indicadora.
3. Vacuómetros: Miden el vacío, es decir, presiones inferiores a la P_atm. Consisten en un tubo en forma de U con una rama conectada al recipiente con la presión a medir. El desnivel producido entre las dos ramas indica la presión del gas en el recipiente. La escala graduada debería deslizarse hasta que el cero se corresponda con el nivel del líquido en la rama corta.

Gases a Presión en el Laboratorio

Los gases se almacenan en recipientes bajo presión.

Tipos de Gases (Punto de Vista Físico)

• Comprimidos: A temperatura ambiente normal, se mantienen en estado gaseoso bajo presión dentro de su envase. Ejemplos: metano, H₂, CO, O₂ y N₂.
• Licuados: Mediante frío, presión o una combinación de ambos, se convierten en líquidos y se transportan en recipientes a una determinada presión. Ejemplos: cloro, amoníaco, propano y butano.
• Disueltos: Se disuelven en un líquido a una determinada presión. Ejemplos: amoníaco disuelto en agua, acetileno disuelto en acetona.
• Criogénicos: Gases que se licúan a temperaturas más bajas que las temperaturas ambiente normales. No pueden mantenerse indefinidamente en el recipiente, ya que reciben calor de la atmósfera a través de sus paredes. Ejemplos: aire, gas natural, argón, N₂, CO₂, O₂.

Tipos de Gases (Punto de Vista Químico)

• Inflamables: Ejemplos: metano, H₂, propeno y butano.
• Tóxicos: Ejemplos: Cl₂, amoníaco, H₂S y SO₂.
• Comburentes u Oxidantes: Ejemplos: O₂, flúor y NO₂.
• Corrosivos: Ejemplos: Cl₂, HCl, HF y HBr.
• Autoinflamables: Ejemplos: fosfina, seleniuro de hidrógeno y trietilamina.
• Inertes: Ejemplos: argón, helio y N₂.

Identificación y Manipulación de Botellas de Gas a Presión

Los gases para uso en el laboratorio se suministran en distintos tipos de botellas, a alta o baja presión, dependiendo de las propiedades del gas. En cada botella de gas a presión se distinguen dos partes: el cuerpo (parte inferior) y la ojiva (parte superior). El color de la ojiva varía en función del riesgo asociado al contenido de la botella.

Códigos de Colores de las Ojivas:

• O₂: Blanco
• N₂: Negro
• H₂/Inflamable: Rojo
• CO₂: Gris
• Óxido Nitroso/Oxidante: Azul
• Helio: Marrón
• Tóxico: Amarillo
• Inerte: Verde

La etiqueta de las botellas de gases a presión incluye información adicional: nombre y dirección del fabricante, características del gas, fórmula, pictograma correspondiente y medidas de seguridad.

Manorreductores

Son necesarios para descargar la botella. Permiten reducir la presión desde unos 150 bar de la botella hasta la presión de uso, que suele ser de 0.5 a 4 bar. Se enroscan a la botella en la parte superior de la ojiva. Un manorreductor tiene dos manómetros: uno de alta presión (presión de la botella) y otro de baja presión (presión de servicio). Los manorreductores regulan la presión, pero no el caudal, aunque al mantener la presión constante, también mantienen el caudal.

Medidas de Seguridad con Manorreductores y Botellas de Gas

• Situar las botellas fuera del laboratorio, preferiblemente en una caseta de gases.
• Fijar la botella adecuadamente para evitar el riesgo de caída.
• Trasladar las botellas utilizando carretillas portabotellas.
• Conocer el tipo de gas que se está manipulando.

Aparatos para Producción de Presión: Compresores

Un compresor es una máquina que aporta energía a fluidos compresibles (gases y vapores) para hacerlos fluir, aumentando su presión y reduciendo su volumen. El gas o vapor entra al compresor a una presión dada (P1) y se descarga con una presión superior (P2). La energía necesaria para este trabajo la proporciona un motor eléctrico. El ciclo de trabajo del compresor se divide en: admisión, compresión y escape.

Tipos de Compresores

• Alternativos de Pistón o de Membrana: El aire se comprime por el movimiento de vaivén de un émbolo (pistón) en un cilindro o de una membrana. Se produce una depresión o sobrepresión que abre o cierra las válvulas de admisión o escape.
• Compresores Rotativos: El gas se comprime por la acción dinámica de paletas, lóbulos o tornillos giratorios.