Cómo funcionan los barómetros. Presión atmosférica y pronóstico del tiempo.

barómetro aneroide

El barómetro es un instrumento ampliamente usado en meteorología para medir la presión atmosférica, también conocida como presión barométrica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie del aire de la atmósfera. El barómetro es uno de los instrumentos básicos que tienen las estaciones meteorológicas.

Si bien existe una gran variedad de barómetros, en meteorología se utilizan básicamente dos tipos: el barómetro de mercurio y el barómetro aneroide.

Cómo funciona el barómetro de mercurio clásico

El diseño del barómetro de mercurio clásico, o tubo de Torricelli, consiste en un tubo de vidrio de 100 centímetros de largo con un extremo abierto y el otro sellado. El tubo se llena con mercurio. Después, el tubo se coloca en vertical con el extremo sellado hacia arriba y el extremo abierto sumergido en el mercurio contenido en un recipiente llamado depósito. Tras colocar el tubo de vidrio de esta forma, el mercurio en el tubo se desplaza hacia abajo, dejando un espacio vacío en la parte superior, como se muestra en la figura. El barómetro de mercurio fue creado por el físico italiano Evangelista Torricelli; con éste dispositivo Torricelli midió por primera vez la presión atmosférica en 1642.

Barómetro de mercurio
Barómetro de mercurio o tubo de Torricelli.

El principio del funcionamiento del barómetro de mercurio es equilibrar el peso de la columna de mercurio con la fuerza que ejerce la presión atmosférica sobre la superficie del mercurio en el depósito. El funcionamiento del barómetro se muestra esquemáticamente en la figura anterior. La presión atmosférica es el peso del aire de la atmósfera que está por encima del depósito de mercurio; la altura del mercurio en el tubo se adecuará de forma que el peso del mercurio en el tubo de vidrio sea exactamente igual al peso del aire sobre la superficie del mercurio en el depósito. Una vez que se hayan equilibrado ambas fuerzas, es decir, el peso del mercurio de la columna y el peso del aire sobre la superficie del mercurio, la presión atmosférica se mide registrando la altura de la columna de mercurio en el barómetro. Un valor de referencia de la presión atmosférica, medida a nivel del mar a una temperatura de 15°C, corresponde a una altura de la columna de mercurio de 760 milímetros.

Si el peso del mercurio en la columna es menor que la fuerza que ejerce la presión atmosférica en la superficie del mercurio, el nivel del mercurio en el tubo de vidrio aumenta para equilibrar las fuerzas, y se tiene una situación de alta presión respecto al nivel previo. En meteorología, en zonas de alta presión o anticiclones, el aire se desplaza hacia la superficie de la tierra más rápidamente de lo que puede fluir hacia las zonas circundantes, aumentando su densidad y por lo tanto su peso por unidad de superficie. Las situaciones de alta presión se asocian a clima estable sin lluvias.

En el caso contrario, cuando el peso del mercurio en la columna es mayor que la fuerza que ejerce la presión atmosférica, el nivel del mercurio desciende, y se tiene una situación de baja presión respecto al nivel previo. En meteorología, en zonas de baja presión el aire se desplaza alejándose de la superficie de la tierra más rápidamente de lo que puede ser reemplazado por el aire que fluye desde las zonas circundantes, generando el efecto opuesto al descrito en el párrafo anterior. Situaciones de alta presión o borrascas se asocian a clima inestable, con nubosidad y precipitaciones.

Cómo funciona el barómetro aneroide

El barómetro aneroide, diseñado por el científico francés Lucien Vidie en 1843, consta de una pequeña caja de metal flexible, sellada. Pequeños cambios en la presión del aire en el exterior de la caja hacen que las paredes de la caja se deformen, debido a que la presión en el interior de la caja no se modifica. La deformación de las paredes de la caja accionan un dispositivo mecánico que se traduce en el movimiento de una aguja sobre una escala graduada. De esta forma, el movimiento de la aguja representa las variaciones de la presión atmosférica.

Barómetro aneroide.
Barómetro aneroide

El barómetro de mercurio y el barómetro aneroide

El barómetro de mercurio tiene la desventaja de que usa mercurio, un metal pesado tóxico. Y, por las características de su diseño, es voluminoso y frágil. Los barómetros aneroides son una alternativa muy habitual a los barómetros líquidos. Son precisos y prácticos, más compactos que los barómetros de mercurio y más adecuados para muchos usos. Los barómetros aneroides son los más utilizados en hogares y en aviones pequeños.

Barómetros en los teléfonos móviles

Aunque no tenga un barómetro en su hogar, en la oficina, en un barco o en un avión, es probable que su teléfono inteligente tenga un barómetro digital incorporado. Los barómetros digitales funcionan como un aneroide, excepto que las partes mecánicas se reemplazan por un sensor de presión. Entonces, ¿por qué los teléfonos tienen un sensor de la presión atmosférica asociado a los datos climáticos? Muchos fabricantes de teléfonos móviles lo incorporan para mejorar las mediciones de altitud provistas por los servicios GPS de los teléfonos, ya que la presión atmosférica está directamente relacionada con la elevación.

Milibares, milímetros de mercurio y pascales

La presión barométrica se puede medir en cualquiera de las siguientes unidades.

  • Milímetros de mercurio (mm Hg). Son las unidades mas comunes, asociadas al funcionamiento de los barómetros de mercurio. Registran la altura de la columna de mercurio en milímetros.
  • Milibares (mb). Unidades de presión atmosférica utilizadas por los meteorólogos. Es la milésima parte del bar, que es una unidad de medida de la presión de los gases.
  • Pascales (Pa). Unidades de presión del sistema internación SI. 1 mb es equivalente a 100 pascales.
  • Atmósferas (Atm). Es la presión presión atmosférica al nivel del mar a una temperatura de 15°C.

Para convertir los valores de presión atmosférica entre las distintas unidades se pueden usar las siguientes equivalencias.

760 mm Hg = 1 Atm = 101325 Pa = 1013,25 mb

Fuente

Domínguez, Héctor. Nuestra atmósfera: como comprender los cambios climáticos. LD Books. ISBN 9707320524.