Medición PRESIÓN

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Observación Atmosférica
Equipo Docente
Oscar A. Frumento, Dr. Federico Norte, Lic. Magalí Medone
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOS COMECHINGONES
Medición de elementos atmosféricos 
PRESIÓN
Índice:
1. Definición de presión atmosférica
2. Variación vertical de la presión
3. Influencia de la temperatura y el vapor de agua
4. Cartas de superficie y altura Geopotencial
5. Variación horizontal de la presión
6. Fuerza del gradiente de presión
7. Sistemas de alta y baja presión
8. Medición de la presión atmosférica
8.1 Barómetro de mercurio
8.2 Barómetro aneroide
8.3. Barógrafo
8.4. Manómetro de Bourdon
8.5. Sensores electrónicos – Transductores de presión
1. Definición de presión atmosférica
La presión atmosférica en un cierto punto corresponde a la fuerza (peso) que la columna
atmosférica sobre ese lugar ejerce por unidad de área, debido a la atracción gravitacional de la
Tierra.
Unidades
La unidad utilizada para la presión atmosférica 
se denomina hectopascal (hPa) o milibar (mb) y 
corresponde a una fuerza de 100 Newton/m2
Presión atmosférica normal a nivel del mar
Es de 1013.25 hPa = 1013.25 mb = 1 atm
Columna de 
aire, de 1 m2 
de sección
Fuerza 
gravitacional
Presión en la 
superficie
2. Variación vertical de la presión
La presión atmosférica promedio nivel del mar es ligeramente
superior a 1000 hPa, lo que corresponde a una fuerza cercana a
10 toneladas por m2 (1 Kg /cm2). Como la atmósfera es
compresible, el efecto de la fuerza gravitacional hace que su
densidad disminuya con la altura, lo cual a su vez explica que la
disminución de la presión con la altura no sea lineal.
𝑑𝑃
𝑑𝑍
= −𝜌. 𝑔
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑
Ecuación hidrostática:
Se observan 4 ciudades (A, B, C y
D) a diferentes elevaciones por
encima del nivel del mar, todas
con diferentes presiones.
Los valores locales son corregidos
por elevación y reducidos al nivel
del mar para comparación.
Si se agregan mediciones de otras
ciudades. Se pueden ir trazando
isobaras, que son líneas de igual
presión
3. Influencia de la temperatura y del vapor de agua
La temperatura es una medida d e la energía cinética media de las moléculas. Si la temperatura
del aire sube, sus moléculas tienen mayor movimiento.
Como la atmósfera no está confinada, el aire es libre para expandirse o contraerse y por lo tanto,
su densidad es variable.
Cuando el aire es calentado, el espaciamiento entre moléculas aumenta y la densidad disminuye,
provocando una disminución de la presión: para volúmenes iguales el aire caliente es menos
denso que el aire frío.
La mayor presencia de vapor de agua en el aire disminuye la densidad del aire porque el peso
molecular del agua (18,016 kg/mol) es menor que el peso molecular medio del aire (28,97
kg/mol). Por lo tanto, a iguales temperaturas y volúmenes, una masa de aire más húmeda ejerce
menos presión que una masa de aire más seca.
En general, la temperatura tiene mayor influencia sobre la presión que el contenido de
vapor de agua.
Mapa de presión a nivel del mar
Las isobaras están graficadas cada 4 hPa
Cartas de superficie
La carta de presión a nivel del mar es una carta
de presión a altura constante, en este caso
particular, representa el nivel más bajo de la
atmósfera.
En la meteorología operativa para estudiar la
atmósfera en distintos niveles se utilizan cartas
a presión constante.
Para ello se trabaja habitualmente con mapas
de altura geopotencial a niveles isobáricos
estándar; en general se utilizan los niveles
correspondientes a 1000, 850, 500 y 250 hPa.
4. Cartas de superficie y altura Geopotencial
Altura geopotencial
La altura geopotencial de define como la altura,
referida al nivel del mar, de un punto en la
atmósfera, expresada en unidades proporcionales al
geopotencial en dicho punto, es decir, al trabajo
necesario para llevar una masa unidad desde el nivel
del mar hasta ese punto.
Se expresa en metros geopotenciales (mgp) siendo la
relación entre la altura geopotencial (Z) y la altura
geométrica (z) la siguiente:
Donde 9,8 es el valor de la aceleración de la gravedad
media global, y g es la aceleración de la gravedad (que
depende de la altura, de la latitud y de otros factores).
Cambios de altura de una
superficie isobárica (500
mb) Donde la superficie
se hunde más
rápidamente, las líneas
están más cerca.
Las líneas de altura
geopotencial se conocen
como isohipsas.
9,8. 𝑑𝑍 = 𝑔. 𝑑𝑧
5. Variación horizontal de la presión
La presión atmosférica varía de un lugar a otro y fluctúa de un día para otro y
de hora en hora.
En latitudes medias el tiempo está dominado por una continua procesión de
diferentes masas de aire que producen cambios en la presión atmosférica y en
el tiempo.
Una masa de aire es un volumen enorme de aire que es relativamente
uniforme (horizontalmente) en cuanto a temperatura y concentración de
vapor de agua.
Por qué algunas masas de aire ejercen mayor presión que otras? Por las
diferencias en la densidad del aire como consecuencias de las diferencias de
temperatura o contenido de vapor de agua o ambas.
𝑑𝑃 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 ≫ 𝑑𝑃 𝑒𝑛 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙
∇𝑃 =
∆𝑝
∆𝑛
Gradiente horizontal de presión
∆𝑝 = p2 –p1
∆𝑛 = distancia real entre isobaras =distancia 
en el mapa*escala
6. Fuerza del gradiente de presión
Ecuación que nos muestra como cambia la presión con la distancia (horizontal):
𝐹𝐺𝑃 =
∆𝑃
𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
7. Sistemas de alta y baja presión
Cuando en un mapa de isobaras existe una zona en la que la presión
es más alta que a su alrededor y las isobaras son cerradas aparece una
“A” y decimos que hay un anticiclón.
En esta zona la estabilidad atmosférica será alta, puesto que el
movimiento del aire es descendente evitando la formación de
nubosidad.
Si por el contrario la presión empieza a decrecer, en el punto en el que
alcanzan su valor mínimo aparece una “B” y decimos que hay una zona
de baja presión, depresión o ciclón cuando las isobaras aparecen
cerradas a su alrededor. En este caso habrá mayor inestabilidad.
8. Medición de la presión atmosférica
En 1643 Torricelli inventó el barómetro para medir la presión atmosférica. Consisten en tubo de vidrio
cuyo extremo superior está sellado. El tubo se llena de mercurio, y luego se invierte, con el extremo
inferior colocado en un recipiente con mercurio. La diferencia entre los niveles del mercurio en el interior
del tubo y en el recipiente inferior corresponde a la presión atmosférica.
𝑃 = 𝜌. 𝑔. ℎ
¿Qué altura tendría la columna para medir una presión de 1 atm (1013,25 hPa)? (𝜌𝑚 = 13600 𝑘𝑔/𝑚
3 )
ℎ =
13600
𝑘𝑔
𝑚3
.
9,8𝑚
𝑠2
1𝑎𝑡𝑚
ℎ = 0,76𝑚
8.1. Barómetro de mercurio
Lo que se mide es la altura de una columna de mercurio cuyo peso es compensado por la presión de la atmósfera.
El modelo más frecuente (barómetro Fortín).
1 mm de Hg (a 0°C) = 1.333 hPa
1 hPa = 1 milibar (mb).
Se coloca en el interior de la estación meteorológica, ya que no puede estar expuesto al sol ni a corrientes de
aire. Deben colocarse sobre paredes por las que no pasen cañerías y debe estar a una altura en la que sea fácil
medir y completamente vertical.
Para medir la presión el primer paso es llevar el mercurio de la cubeta, mediante un tornillo, hasta el extremo de
un índice de marfil (es el 0 de la escala). Este procedimiento se llama enrase. Luego se debe ajustar el vernier de
manera que apenas toque el menisco que forma el mercurio.
Paralelamente se debe medir la temperatura del termómetro adjunto. Todo esto debe realizarse rápidamente
para que el calor de nuestro cuerpo no incida en la medición.
Una vez leído el dato de presión se deben hacer algunas correcciones:
Por temperatura, ya que la altura del mercurio varía con la temperatura
Por gravedad (reducir a 45º de latitud y 0 metros)
a) Corrección por temperatura:
Las variaciones de temperatura producen variaciones en la
densidad del mercurio y dilataciones, por lo que parapoder
comparar las distintas lecturas se deben corregir a la lectura que
marcarían a una misma temperatura.
La temperatura que se toma como patrón es la de cero grados,
por lo que esta corrección se denomina también a REDUCCION A
CERO.
Existen tablas con factores de corrección para cada temperatura.
Multiplicando la lectura de la presión en el barómetro (en mm de
Hg.) por el factor correspondiente a la temperatura que indica el
termómetro unido se tiene la cantidad a restar a la lectura, para
obtener el valor de la presión reducido a cero grados.
b) Corrección por instrumental
Los errores residuales de la graduación de la escala de un
barómetro deberían determinarse mediante comparación con un
instrumento patrón. Pueden contener errores que se deban a la
inexactitud en la posición o en la subdivisión de la escala, a la
capilaridad o a un vacío imperfecto.
c) Corrección por gravedad:
La lectura de un barómetro de mercurio a una presión y
temperatura dadas depende del valor de la gravedad, que
varía a su vez con la latitud y con la altitud.
Convencionalmente se ha adoptado como valor tipo el
correspondiente al nivel del mar y a una latitud de 45º.
Estas correcciones suelen, en general, ser menores que las
anteriores. La tabla para correcciones por latitud
geográfica es la siguiente. Para latitudes entre 0º y 45º
estos valores han de ser restados y para latitudes
superiores deben ser sumados:
Corrección por latitud. Altura barométrica en mm reducidas a cero grados.
c) Corrección por gravedad:
Por último, la tabla para la corrección por altitud, cuyos valores deben restarse a la altura barométrica:
Corrección por altitud. Altura barométrica en mm.
Ejemplo:
Realizar la corrección partiendo de los siguientes datos:
1º Corrección por temperatura:
Para 16º el factor que corresponde es –0.002607, por lo que el valor de la corrección es igual a: 
743.2 x -0.002, 607 = -1.94
Por tanto la altura barométrica reducida a 0ºC es 743.2 - 1.94 = 741.26
2º Corrección instrumental:
Le sumamos la correspondiente a este barómetro: 741.26 + 0.3 = 741.56 mm
3º Corrección por gravedad:
Respecto a la latitud, vemos en la tabla que a 30º y 740 mm corresponde restar 1.0:
741.56 – 1.0 = 740.56
Y por último en el cuadro de abajo vemos que para 1000 m de altitud y una altura barométrica de 700 hay que restar 0.1, por lo que nos queda:
740.56 – 0.1 = 740.46 mm de Hg.
Ese valor sería la presión atmosférica reducida a cero grados, corregido el error instrumental y llevada a la gravedad existente a una latitud de 45 º y 0 metros de altitud.
•Lectura barómetro: 743.2 mm
•Lectura termómetro unido: 16.3 ºC
•Corrección instrumental: + 0,3
•Latitud: 30º
•Altitud: 850 m
8.2. Barómetro aneroide
Está constituido por una cámara en cuyo interior se ha hecho vacío.
Una de las paredes de la cámara actúa como un diafragma que se deforma en respuesta a los cambios de
presión exterior. Es frecuente que se coloquen varias cámaras en series para amplificar la señal.
8.3. Barógrafo
Utiliza un barómetro aneroide y proporciona un registro continuo de la presión atmosférica.
La plumilla está apoyada lateralmente sobre un tambor rotatorio sobre el que se coloca un papel graduado, de
manera que va trazándose sobre él la correspondiente gráfica de la presión atmosférica,
8.4. Manómetro de Bourdon
El manómetro de Bourdon usa el radio de la curva de un tubo arqueado que contiene el gas cuya presión se
detecta. El radio cambia con las variaciones en la presión respecto de la presión del gas que circunda el tubo
y dicho cambio de radio se puede usar para desplazar una aguja indicadora.
8.5. Sensores electrónicos - Transductores de presión
Los transductores son elementos que pueden convertir las magnitudes físicas captadas (temperatura, presión, etc) en magnitudes
eléctrica.
Los transductores de presión, contienen un sensor que detecta la presión del medio donde se encuentre y el transductor de ese
dispositivo lo convierte en una señal eléctrica.
El sensor digital de la presión del aire es el componente
con el pequeño orificio de entrada visible en el centro de
la placa de circuitos, debajo de la letra S.
Todos los demás componentes cumplen funciones de
acondicionamiento de la señal y compensación de la
temperatura.
TP Piezorresistivos: constan de una membrana, en su mayoría de silicona, con 
galgas extensiométricas integradas (DMS), que miden la expansión causada por la 
aplicación de presión. (Usado en los radiosonda Vaisala)
TP Piezorresistivo
TP resonante
TP de Resonancia: A diferencia de otros que utilizan la desviación de un cuerpo de 
medición, éstos usan los cambios en la frecuencia de resonancia en un elemento 
para medir la tensión mecánica causada por la aplicación de presión.