PREGUNTAS GUIA No. 4

NÚCLEO PROBLÉMICO

1.     ¿Cómo repercute la presión y la temperatura en la vida del hombre?

Rta: La temperatura suele decrecer con la altitud, pero cuando una capa de aire frío se asienta bajo una capa de aire caliente produciendo una inversión térmica, la mezcla atmosférica se retarda y los contaminantes se acumulan cerca del suelo. Las inversiones pueden ser duraderas bajo un sistema estacionario de altas presiones unido a una baja velocidad del viento.

La suma de pesos de los gases componentes habituales del aire en el lugar donde se desenvuelve la vida humana, genera la denominada "presión atmosférica", que a nivel del mar es de 760 mm de mercurio (Hg), y que es la suma de los parciales que corresponden al resto de componentes gaseosos.

Al ascender a medio ambiente elevado, baja la presión atmosférica y por el contrario, en el descenso a medio ambiente bajo el nivel del mar, sube proporcionalmente la presión.

Los daños están en relación con el volumen gaseoso de ciertas estructuras del cuerpo, pues al aumentar la presión, se reduce el volumen gaseoso (compresión) e inversamente cuando desciende la presión, aumenta el volumen gaseoso (expansión). Se ven parcialmente afectados el oído, los senos paranasales y el parénquima pulmonar y tanto más cuanto enfermedades de base obstruyan los conductos de comunicación al exterior atmosférico y dificulten más la entrada que la salida del aire.

Como efectos, reseñamos la barotitis (con gran dolor ótico), la barosinusitis (con gran dolor facial) y las diferentes afecciones del pulmón, sobre todo en el ascenso desde el fondo del mar o descenso, efectuados sin entrenamiento o equipos oportunos.

Debemos reseñar los efectos que el medio ambiente puede desencadenar físicamente al ser humano, cuando se traslada de su hábitat normal por ejemplo a las alturas, pudiendo aparecer el "mal de montaña" como expresión de una "hipopresión absoluta" por el ascenso. A unos 3.000 metros de altitud la presión atmosférica del O2 descendió a 110 mm de Hg (desde los 157 que tenía a nivel del mar), y a unos 6.000 metros de altitud descendió aún más y hasta 75 mm de Hg Esto conlleva una falta muy importante de O2 en la sangre y en los tejidos vascularizados, lo que genera una demanda de regulación fisiológica, son responsables ambos fenómenos del cuadro clínico severo que se puede presentar con edema cerebral y edema pulmonar agudo, que en ocasiones en ascensos bruscos lleva a la muerte.

La estancia durante largo tiempo de la vida en alturas notables, genera el cuadro del "mal crónico de altura" con policitemia e hipertensión pulmonar, propias de habitantes residentes en zonas montañosas.

Entre las afectaciones más importantes podemos destacar:

• Aumento del riesgo de incendios de bosques.

• Pérdidas potenciales de tipos específicos de ecosistemas, en áreas de montaña, humedales y zonas costeras.

• Alteraciones en la dinámica de producción de alimentos. Aunque pudiera registrarse un aumento de la productividad agrícola por un limitado periodo, probablemente habrá fuertes efectos de caídas sensibles en algunas regiones.

• Aumento del riesgo de daños resultantes de inundaciones, deslizamiento de suelos y otros eventos climáticos, tales como muertes, heridas, enfermedades infecciosas, y afectaciones a la infraestructura.

• Aumento de la incidencia de enfermedades originadas en vectores, como dengue y malaria, con su consecuente incremento de la presión sobre los sistemas públicos de salud.

La sociedad, entonces, enfrentará nuevos riesgos y presiones por los impactos del cambio climático. Estos impactos afectarán en mayor medida, a los sectores más pobres, ya que parten de una situación sanitaria más débil, viven en zonas más vulnerables, desarrollan actividades más relacionadas con el medio natural y cuentan con menos recursos para adaptarse a las nuevas situaciones.

PREGUNTAS PROBLEMA

1. ¿CÓMO SE CALIBRA UN MANÓMETRO?

RTA: Para calibrar los instrumentos de presión pueden emplearse varios dispositivos que figuran a continuación, y que utilizan en general manómetros patrón.

Los manómetros patrón se emplean como testigos de la correcta calibración de los instrumentos de presión.  Son manómetros de alta precisión con un valor mínimo de 0,2 % de toda la escala.  Esta precisión se consigue de varias formas:

 1.  Dial con una superficie especular, de modo que la lectura se efectúa por coincidencia exacta del índice y de su imagen, eliminando así el error de paralaje.

2.  Dial con graduación lineal, lo que permite su fácil y rápida calibración.

3.  Finura del índice y de las graduaciones de la escala.

4.  Compensación de temperatura con un bimetal.

5.  Tubo Bourdon de varias espiras.

6.  Se consigue una mayor precisión (de 0,1 %) situando marcas móviles para cada incremento de lectura del instrumento.

La calibración periódica de los manómetros patrón se consigue con el comprobador de manómetros de peso muerto o con el digital.

El comprobador de peso muerto consiste en una bomba de aceite o de fluido hidráulico con dos conexiones de salida, una conectada al manómetro patrón que se está comprobando, y la otra a un cuerpo de cilindro dentro del cual desliza un pistón de sección calibrada que incorpora un juego de pesas.

La calibración se lleva a cabo accionando la bomba hasta levantar el pistón con las pesas y haciendo girar éstas con la mano; su giro libre indica que la presión es la adecuada, ya que el conjunto pistón-pesas está flotando sin roces.  Una pequeña válvula de alivio de paso fino y una válvula de desplazamiento, permiten fijar exactamente la presión deseada cuando se cambian las pesas en la misma prueba para obtener distintas presiones, o cuando se da inadvertidamente una presión excesiva.

El comprobador de manómetros portátil utiliza la misma bomba empleada en el comprobador anterior y se utiliza para comprobar manómetros e instrumentos de presión, utilizando un manómetro patrón.  Su funcionamiento es parecido al del comprobador anterior, excepto que las dos conexiones de salida se destinan una al manómetro patrón y la otra al instrumento de presión a comprobar.

El comprobador de manómetros digital consiste en un tubo Bourdon con un espejo soldado que refleja una fuente luminosa sobre un par de fotodiodos equilibrados.  Se genera así una señal de corriente que crea un par igual y opuesto al de la presión que actúa sobre el tubo  Bourdon.  Una resistencia de precisión crea una señal de tensión directamente proporcional a la presión del sistema.

Complementando el instrumento anterior con potenciómetros de ajuste y una servoválvula se obtiene un comprobador de presión de precisión.  La precisión del comprobador de manómetros digital alcanza ± 0,003% de toda la escala, con una estabilidad de ± 0,005% de la lectura.

Añadiendo un ordenador y el software adecuado se consigue una automatización de la calibración con salida gráfica y por impresora, lo que permite satisfacer los requerimientos de la norma de calidad ISO 9000.

Para presiones bajas, del orden de 1 bar se emplean columnas de mercurio portátiles para pruebas en campo, o de fijación mural en el taller de instrumentos.  Según el modelo disponen de tres tipos de graduaciones: 0-1000 mm columna de mercurio (c. de Hg.), 0-1,4 bar o de 0-20 psi.  Estas columnas de mercurio tienen conexiones en la parte inferior y superior aptas para la medida de presión y de vacío, respectivamente.

Para la medida de presiones más bajas se utilizan columnas de agua hasta 1,5 m de longitud, que tienen asimismo conexiones en la parte inferior y superior para medir presión o vacío, respectivamente.

2. ¿CÓMO SE CALIBRA UN TERMÓMETRO?

RTA: Un termómetro se calibra poniéndolo en hielo y marcando el nivel alcanzado. Luego se lo coloca en agua que hierve y también se marca el nivel. Entre estas dos marcas, se divide la columna en cien espacios: los grados centígrados de la escala Celsius. A la marca del hielo, se le asigna el valor cero, y a la otra, cien.

MATERIAL

• Calorímetro de Regnault y mechero.
• Termómetro a estudiar.
• Vaso de vidrio, hielo.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Un termómetro de mercurio consta básicamente de un depósito de vidrio que se prolonga en una varilla provista de un tubo capilar vacío, (ver figura), por el que asciende el mercurio al dilatarse, como consecuencia de la absorción de calor. Sobre la varilla se graba una escala graduada. La lectura X en la escala está relacionada con la temperatura T a la que se encuentra el termómetro.

Calibrar un termómetro no es más que encontrar la relación matemática entre X y T. Para ello, se utilizan dos temperaturas conocidas que en nuestro caso serán la de fusión del hielo Tf y la de ebullición del agua, Te. La fusión y la ebullición son transiciones de fase que, a presión constante, ocurren a una temperatura determinada, que se conoce con mucha precisión y se mantiene constante a lo largo del proceso de transición.

La temperatura de fusión del agua apenas se ve afectada por los cambios de presión, de modo que podemos tomar Tf =0ºC. En este caso, la lectura Xf se denomina punto cero del termómetro.

Por el contrario, la temperatura de ebullición Te es muy sensible a la presión. Por ello, para calibrar el termómetro necesitaremos conocer con bastante precisión la presión atmosférica en el laboratorio y, a partir de ella, la temperatura de ebullición Te.

MÉTODO

1. Determinación del punto cero

En un vaso con hielo finamente picado se introduce el termómetro. Para estar seguros de que el sistema está en el punto de fusión, es preciso añadir una cierta cantidad de agua destilada mezclándola bien con el hielo y esperar (unos 5 minutos) hasta que el nivel del mercurio en el termómetro se estabilice; cuando esto ocurre, el nivel del mercurio marca el punto cero del termómetro, Xf. La lectura ha de realizarse con cuidado para evitar el error de paralaje.

2. Determinación de la presión en el laboratorio y del factor de escala

Se vierte agua en el calorímetro hasta aproximadamente los 2/3 de su volumen. A continuación se introduce el termómetro de manera que su bulbo quede fuera del agua. Se enciende el mechero y se espera a que hierva el agua durante unos minutos, al cabo de los cuales hacemos la lectura Xf. .

Para determinar la temperatura de ebullición del agua, es necesario conocer la presión atmosférica H (en mm de Hg). Para ello disponemos de un barómetro de mercurio situado en la pared cercana a la puerta del laboratorio. El barómetro cuenta con un nonius que hay que colocar manualmente a la misma altura que el menisco de la columna de mercurio (evitando siempre errores de paralaje). Una vez que se ha colocado el nonius a la altura correcta, se toma la lectura ht que nos indica la altura de la columna. En el Apéndice 2, se explica cómo realizar la lectura del nonius.

La presión atmosférica es igual a la altura multiplicada por la densidad del mercurio y por la aceleración de la gravedad. Sin embargo, la densidad del mercurio depende ligeramente de la temperatura y la aceleración de la gravedad depende ligeramente del lugar en donde nos encontremos.

PREGUNTAS GENERADORAS

1. ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA FUNDAMENTAL ENTRE UNA PRESIÓN BAROMÉTRICA Y LA MANOMÉTRICA?

RTA:

·         Presión manométrica: Es la que se mide con un manómetro, y es la de un equipo o maquinaria operando a presión, por ejemplo una caldera. la presión relativa se refiere a cuantas veces una presión considerada estándar es superada por otra, por ejemplo cuando te dicen 5 atmósferas, se refiere a 5 veces la presión estándar de la atmósfera que es de 760 mm de mercurio.

·         La presión absoluta: Es la que mide un barómetro, y se refiere a la presión que nos rodea, y la presión de vacío, también medida con barómetro o manómetro te indica que tanto has logrado el vacío, así, si en la atmósfera hay 760 mm, y en un tubo de rayos X 50mm puedes saber cuánto gas quedó dentro.

2. ¿CUÁL ES LA RELACIÓN DEL VOLUMEN DE AGUA CON LA TEMPERATURA?

RTA: Cuando se aplica calor a un cuerpo sus átomos comienzan a vibrar, y si el cuerpo tiene poca temperatura (frio) sus átomos casi no se mueven, cuando se mueven los átomos de un cuerpo (alta temperatura) un átomo empuja al otro porque  están vibrando por tal motivo los átomos comienzan a separarse, entonces el cuerpo se hace menos denso, y si hay poca temperatura (frio) los átomos casi no vibran y están muy juntos, entonces la densidad del cuerpo es alta.

1.- Si al agua  se le aumenta la temperatura sus átomos se comienzan a separar, cuando se pone a hervir agua los átomos vibran, se separan y el agua se hace menos densa en forma de vapor (por eso el vapor sube, porque es menos denso que en forma líquida)

2.- Si al agua se le disminuye la temperatura sus átomos se juntan y se hace más denso (esto es cuando está en forma de agua) porque si al agua se le sigue bajando la temperatura cambiará a la fase sólida pero aquí hay algo muy importante, cuando el agua está en la fase sólida (hielo) no quiere decir que sus átomos se juntaron sino que se separaron más, el hielo es menos denso que el agua, de aquí se explica el porqué el hielo flota, es por la forma de los átomos, esto se debe a los puentes de hidrógeno del agua.

3. ¿CUÁL ES LA RELACIÓN DEL VOLÚMEN DE AIRE CON LA TEMPERATURA?

RTA: Cuando el aire está saturado de vapor de agua, la presión parcial del vapor recibe el nombre de presión de saturación, el cual depende de la temperatura.

Cuanto más caliente está una masa de aire, mayor es la cantidad de vapor de agua. A temperaturas bajas puede almacenar menos vapor de agua. Cuando una masa de aire caliente se enfría se desprende del vapor que le sobra en forma de precipitación. 

La temperatura a la que el aire está saturado se llama punto de rocío, se alcanza cuando el aire ya no puede contener más vapor de agua y éste se condensa en forma de gotas. El rocío se forma sobre aquellos objetos que, por un intenso enfriamiento, alcanzan la temperatura que marca el punto de rocío.

La atmósfera no contiene, normalmente, la cantidad máxima de vapor de agua, por eso tiene mucha importancia conocer la humedad relativa. Es decir, la relación entre la cantidad de vapor de agua que contiene el aire en un momento dado y la que contendría si estuviese saturado a la misma temperatura. Se expresa en % de humedad; no indica la cantidad de gramos de agua que hay en la atmósfera, sino la cantidad de agua que puede admitir (así si es del 20%, podrá adquirir un 80% más)

La humedad relativa es muy sensible a las variaciones de temperatura, aún sin modificarse la cantidad de vapor de agua del aire.

La humedad relativa, HR, es la medida de la humedad del aire más empleada. Es el cociente, expresado en porcentaje, de la presión parcial del vapor de agua y la presión de saturación del vapor de agua para la misma temperatura y presión atmosférica: