Presión es una magnitud medida en muchísimas instancias de la vida cotidiana. Por ejemplo, cuando se instala un equipo de aire acondicionado, en una visita al medico, para asegurar el aire de los neumáticos, para poder pronosticar lluvia y en un sinfín de procesos industriales.

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie:

La unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades es el Pa  [kg/(m∗s2 )], aunque en la práctica se  usan también otras unidades como Bar, psi, kg/cm2, mmHg, etc

Existen 3 tipos de presión, presión absoluta, presión relativa y presión diferencial:

• Presión absoluta: es la presión real total que se ejerce sobre una superficie, se usa como referencia de cero el vacío absoluto.
• Presión relativa: es la presión relativa a atmósfera que se ejerce sobre una superficie, se usa como referencia de cero la presión atmosférica.
• Presión diferencial: es la presión relativa a otra presión que se ejerce sobre una superficie. Los medidores de presión diferencial son muy usados para medir caudal y en salas limpias.

Esto puede  observarse mas claramente en el siguiente gráfico:

Los equipos de medición de presión mas comunes son:

• Manómetro de columna de líquido
• Manómetro de Bourdon
• Manómetro digitales
• Balanzas de peso muerto

Manómetro de columna de líquido

Consiste en un tubo relleno de liquido doblado en forma de U o similar que mide la diferencia de presiones entre ambas columnas. Conectando ambos extremos de la U a 2 ambientes se obtienen los manómetros diferenciales usados en áreas limpias para tener diferencias de presión y evitar entrada o salida de elementos.

Manómetro de Bourdon

Consiste en un tubo aplanado que tiende volver a su forma previa (circular) cuando se aplica una presión. A medida que aumenta la presión y el tubo vuelve a su estado original tiende a desenrollarse con lo cual mueve la aguja.

Estos manómetros, cuando la escala es menor a 2 bar, tienen a perder la exactitud por corrimiento de cero si son sometidos a fluctuaciones de presión. Un manómetro de Bourdon con ajuste de cero, espejo para reducir el error de paralelismo y buena exactitud puede costar mas que un manómetro digital. Los manómetros están definidos por clases según la resolución, cuando mas grande es el manómetro mejor es la clase ya que el marco permite tener mejor resolución.

Los manómetros de Bourdon no deberían ser usados como patrón para calibraciones.

Manómetro digitales

Actualmente la mayoría de los manómetros digitales están basados en piezoeléctricos.

Los materiales piezoeléctricos pueden convertir la tensión mecánica en electricidad, y la electricidad en vibraciones mecánicas. El cuarzo es un ejemplo de un cristal piezoeléctrico natural. Los cristales de cuarzo están hechos de átomos de silicio y oxígeno en un patrón repetitivo. En el cuarzo, los átomos de silicio tienen una carga positiva y los átomos de oxígeno tienen una carga negativa. Normalmente, cuando el cristal no está bajo ningún tipo de estrés externo, las cargas se dispersan uniformemente en las moléculas a través del cristal. Pero cuando el cuarzo se estira o comprime, el orden de los átomos cambia ligeramente. Este cambio causa que las cargas negativas se acumulen en un lado y las cargas positivas se acumulen en el lado opuesto. En un circuito que conecta un extremo del cristal con el otro, se puede utilizar esta diferencia potencial para producir corriente. Entre más presión tiene el cristal más fuerte será la corriente eléctrica.

Este potencial es lineal con la presión. Este tipo de sensores pueden ser usados en los equipos de baja o alta exactitud dependiendo la pureza del cuarzo, del corte y de como se caracterice el mismo. Estos manómetros pueden llegar a exactitudes tan buenas como 0.01% de lectura y son usados en general como patrones de presión. Debe tenerse cuidado de no usar un manómetro digital que este especificado para uso con gas en un sistema hidráulico, ya que esto puede arruinar el instrumento.

Balanzas de peso muerto

Consiste de masas apiladas sobre un pistón que aplican una fuerza debido a la gravedad, al tener el pistón un área conocida, entonces genera una presión P según la formula:

El principio de funcionamiento de las balanzas de pesos muertos es el de balancear una fuerza conocida (definida por las masas puestas en el pistón y la gravedad local) con la fuerza producida por presión del fluido sobre el pistón. Cuando estas fuerzas se equilibran la presión en el sistema es igual a la presión generada por la balanza de pesos muertos.

Este tipo de equipo son los patrones por excelencia en los laboratorios de calibración ya que la deriva de este tipo de equipos puede ser tan chica como 3ppm (0.0003% de lectura). Estos equipos son los mas complicados de usar, requieren personal altamente calificado para su correcto funcionamiento y un ambiente estable herméticamente y libre de vibraciones, con lo cual solo pueden ser usados en un laboratorio, pero son los más exactos y estables en el tiempo, no siendo necesario la recalibración anual. 

El área del pistón se ve afectado por la temperatura y por la presión generada (a altas presiones) ya que en ambos casos el área del pistón cambia del área calibrada. Por lo tanto se debe tener especial cuidado cuando se trabaja con presiones por arriba de los 100 bar.

Para balanzas de alta presión hidráulica se usa la formula:

Para balanzas neumáticas se usa:

Y el empuje del aire se calcula como:

Donde:

P es la presión atmosférica en hPa, RH es la Humedad relativa en %HR y t es la temperatura en °C.}

Por lo tanto cuando se mide presión con una balanza de pesos muertos es necesario tener en cuenta muchas variables para el cálculo de incertidumbre, entonces estos equipos en general se terminan usando como patrones de alta exactitud cuando no es posible calibrar con manómetros digitales.

Selección de equipo

Salvo que uno vaya a seleccionar un equipo para un laboratorio de calibraciones de alto nivel, para el resto de las aplicaciones, ya sean ensayos, producción o incluso calibraciones de laboratorios secundarios, los manómetros digitales (o transmisores) son los ideales ya que pueden ir desde 0.5% de fondo de escala hasta 0.025%. Son mucho mas fáciles y rápidos de usar que las balanzas de pesos muertos y en la mayoria de los casos en caso de ser necesario pueden ser ajustados.