14. Presión absoluta, presión manométrica y presión atmosférica

14.1 El valor depende de la referencia

Decir que un recipiente está a 200 kPa puede resultar ambiguo. ¿Esos 200 kPa se cuentan desde el vacío o desde la presión del aire exterior? Ambas convenciones son útiles, pero describen valores diferentes.

Para interpretar correctamente una medición debemos identificar el cero de la escala empleada.

14.2 Presión absoluta

La presión absoluta toma como cero el vacío ideal, un estado sin partículas que ejerzan presión.

Una presión absoluta nula es un límite ideal. En la práctica se pueden alcanzar presiones muy pequeñas, pero no valores absolutos negativos.

14.3 Presión atmosférica

La atmósfera ejerce presión sobre los cuerpos y fluidos que están en contacto con ella. Esta presión atmosférica, p_atm, se debe al peso y al movimiento microscópico del aire.

No es una constante universal: cambia con la altitud y con las condiciones meteorológicas. Para cálculos que no requieren gran precisión suele emplearse un valor de referencia cercano a 101 kPa al nivel del mar.

14.4 Atmósfera estándar

La atmósfera estándar es una unidad definida exactamente:

También equivale a 1,01325 bar y, de manera convencional, a 760 mmHg. No debe confundirse este valor de referencia con la presión atmosférica local, que puede ser mayor o menor.

14.5 Presión manométrica

La presión manométrica toma como cero la presión atmosférica local. Indica cuánto supera o cuánto queda por debajo de ella la presión del sistema.

Muchos medidores de neumáticos, compresores y recipientes presurizados muestran esta diferencia, porque es la relevante para conocer la carga neta respecto del ambiente.

14.6 Relación entre las tres presiones

Al despejar la relación anterior obtenemos:

Las tres cantidades deben estar expresadas en unidades compatibles. Si p_atm y p_man están en kPa, el resultado estará en kPa.

14.7 Presión manométrica positiva, nula y negativa

14.8 Vacío parcial

En ingeniería, la palabra vacío suele describir una presión absoluta menor que la atmosférica, no necesariamente la ausencia total de materia.

Si p_atm = 101 kPa y un recipiente tiene p_abs = 35 kPa:

También puede decirse que hay 66 kPa de vacío, aunque esa forma positiva exige aclarar la convención.

14.9 El límite de una lectura manométrica negativa

Como p_abs no puede ser negativa, la presión manométrica mínima posible depende de la presión atmosférica:

Con una atmósfera local de 101 kPa, una lectura de −120 kPa manométricos sería físicamente imposible. Al convertirla produciría una presión absoluta negativa.

14.10 Recipiente abierto y recipiente cerrado

En un recipiente abierto, la superficie libre del fluido está en contacto con la atmósfera. En ese punto, la presión absoluta coincide con p_atm y la presión manométrica es cero.

En un recipiente cerrado, el gas o líquido puede tener una presión diferente de la ambiental. La diferencia entre el interior y el exterior determina la fuerza neta sobre una pared, como vimos en el tema anterior.

14.11 Instrumentos con referencias diferentes

Un manómetro relativo compara la presión medida con la atmósfera local. Si su puerto está abierto al aire, marca aproximadamente cero.

Un sensor absoluto compara con una cámara sellada cercana al vacío. Un sensor diferencial compara directamente dos presiones cualesquiera. Conocer el tipo de sensor evita sumar o restar la atmósfera dos veces.

14.12 Ejemplo: presión de un neumático

Un medidor indica 220 kPa manométricos y la presión atmosférica local es 98 kPa. La presión absoluta del aire es:

La lectura de 220 kPa es útil para el inflado; los 318 kPa son necesarios si el aire se analiza mediante relaciones termodinámicas absolutas.

14.13 Ejemplo: cámara de baja presión

Una cámara registra 18 kPa absolutos mientras el ambiente está a 100 kPa. Su presión manométrica es:

La pared debe resistir una diferencia de 82 kPa dirigida desde el exterior hacia el interior.

14.14 Cuándo usar presión absoluta

Las relaciones que dependen del número de choques moleculares o comparan presiones mediante cocientes requieren presión absoluta. Algunos ejemplos son las leyes de los gases, la densidad de un gas y ciertos cálculos de flujo compresible.

Una pista útil es la presencia de un cociente como p₂/p₁: cambiar arbitrariamente el cero altera ese cociente, por lo que debe usarse la escala absoluta.

14.15 Cuándo es suficiente la presión manométrica

La presión manométrica resulta conveniente cuando interesa la diferencia respecto del aire circundante: inflado de un neumático, operación de un compresor o fuerza neta sobre una tapa expuesta a la atmósfera.

Si la misma p_atm actúa sobre ambos lados de una superficie, sus contribuciones se cancelan y puede trabajarse directamente con la presión manométrica.

14.16 No confundir presión atmosférica con cero

Que un manómetro abierto marque cero no significa que no exista presión. Significa que las presiones a ambos lados de su elemento sensible son iguales.

El aire continúa ejerciendo alrededor de 100 kN sobre cada metro cuadrado. Esa gran fuerza no aplasta los objetos comunes porque suele estar equilibrada por presiones internas o por fuerzas de la estructura.

14.17 Especificar siempre unidad y referencia

Una comunicación técnica clara debe escribir, por ejemplo, 250 kPa abs o 250 kPa man. Las abreviaturas inglesas psia y psig distinguen presión absoluta y manométrica cuando se usa psi.

Si la referencia no está indicada, debe consultarse la documentación del instrumento o el contexto antes de emplear el dato.

14.18 Conversión con JavaScript

Podemos representar explícitamente la referencia para impedir ambigüedades:

function convertirPresion({ valor, referencia }, presionAtmosferica) {
  if (referencia === "absoluta") {
    if (valor < 0) throw new RangeError("La presión absoluta no puede ser negativa");
    return { absoluta: valor, manometrica: valor - presionAtmosferica };
  }

  if (referencia === "manometrica") {
    const absoluta = presionAtmosferica + valor;
    if (absoluta < 0) throw new RangeError("La lectura implica una presión absoluta negativa");
    return { absoluta, manometrica: valor };
  }

  throw new Error("Referencia desconocida");
}

const presiones = convertirPresion(
  { valor: 220, referencia: "manometrica" },
  98
);

console.log(`Absoluta: ${presiones.absoluta} kPa`);
console.log(`Manométrica: ${presiones.manometrica} kPa`);

Salida:

Absoluta: 318 kPa
Manométrica: 220 kPa

14.19 Laboratorio de referencias de presión

Modificá la presión absoluta del sistema y la presión atmosférica local. El diagrama muestra las dos referencias y calcula la lectura manométrica.

14.20 Ejercicio resuelto

Un sensor absoluto mide 72 kPa dentro de un depósito. Un barómetro local indica 96,5 kPa. Calculá la presión manométrica y la fuerza neta sobre una tapa plana de 0,40 m², cuyo exterior está expuesto a esa atmósfera.

Primero calculamos la diferencia:

Luego aplicamos la diferencia de presión al área:

La fuerza apunta hacia el interior, porque la presión exterior es mayor.

const presionAbsoluta = 72;       // kPa
const presionAtmosferica = 96.5;  // kPa
const area = 0.40;                // m²

const presionManometrica = presionAbsoluta - presionAtmosferica;
const fuerzaNeta = presionManometrica * area; // kPa·m² = kN
const sentido = fuerzaNeta < 0 ? "hacia el interior" : "hacia el exterior";

console.log(`Presión manométrica: ${presionManometrica.toFixed(1)} kPa`);
console.log(`Fuerza neta: ${Math.abs(fuerzaNeta).toFixed(1)} kN ${sentido}`);

Salida:

Presión manométrica: -24.5 kPa
Fuerza neta: 9.8 kN hacia el interior

14.21 Errores frecuentes

• sumar p_atm a un valor que ya era absoluto;
• usar presión manométrica en una relación que requiere presión absoluta;
• suponer que p_atm local siempre vale exactamente 1 atm;
• interpretar una presión manométrica negativa como una presión absoluta negativa;
• informar un valor sin indicar unidad ni referencia.

14.22 Ejercicio propuesto

Un depósito cerrado contiene gas a 285 kPa absolutos. La presión atmosférica local es 97 kPa y una tapa plana del depósito tiene un área de 0,015 m².

1. Calculá la presión manométrica del gas.
2. Calculá la fuerza neta que el gas y la atmósfera ejercen sobre la tapa.
3. Indicá el sentido de la fuerza neta.
4. Explicá por qué no debe utilizarse directamente 285 kPa para calcular esa fuerza neta.

14.23 Ideas para recordar

• La presión absoluta se mide desde el vacío ideal y no puede ser negativa.
• La presión atmosférica es la presión absoluta del aire local.
• La presión manométrica mide la diferencia respecto de la atmósfera.
• Se relacionan mediante p_abs = p_atm + p_man.
• Una presión manométrica negativa representa un vacío parcial.
• Todo dato de presión debe indicar su unidad y su referencia.

En el próximo tema estudiaremos cómo varía la presión dentro de un fluido en reposo cuando cambia la profundidad.