La presión es importante para nosotros en el buceo para medir qué tan profundo estamos, qué tan llenos están nuestros tanques y qué efectos fisiológicos sufrirá nuestro cuerpo, por mencionar algunos ejemplos. Cuando buceamos, estamos sujetos a presiones mayores que las que experimentamos en nuestra vida cotidiana. Estos cambios en la presión pueden causar varias lesiones de buceo, como enfermedad por descompresión, sobreexpansión pulmonar y apretones. Sin una comprensión de cómo la presión afecta el cuerpo y cómo lidiar con ella, pueden ocurrir lesiones graves.
La presión se define como "fuerza física continúa ejercida sobre o contra un objeto por algo en contacto con él". Necesitamos entender claramente este concepto antes de profundizar en las leyes de Boyle, Charles, Henry y Dalton.
Vamos a discutir aquí la presión atmosférica y la presión del agua.
En el buceo, la unidad de presión más básica es una atmósfera (atm) o bar. Es la presión que ejerce la atmósfera al nivel del mar. Si bien existe una ligera diferencia entre los dos, es mínima y en el buceo se les trata como iguales.
La presión del aire se conoce como presión atmosférica (1)
La presión del agua se conoce como presión hidrostática (2)
Presión atmosférica
La presión atmosférica es el peso del aire sobre nosotros, ejerciendo presión. Exactamente cuánta presión depende de su altitud. Cuanto más alto estés, menos aire hay sobre ti, por lo tanto, menos denso es el aire y menos presión atmosférica. Cuanto más bajo estés, más aire hay sobre ti, por lo tanto, aire más denso y más presión atmosférica.
La presión atmosférica es igual al peso de una columna de aire de una pulgada cuadrada que se extiende hasta el borde de la atmósfera terrestre. El peso de esto al nivel del mar es de 14,7 libras, por lo que la presión atmosférica es de 14,7 psi (libras por pulgada cuadrada), o hablando en sistema métrico, una columna de un cm cuadrado pesará 1,03 kg (1,03 kg/cm²).
Por razones de simplicidad, esta unidad de medida se llama atmósferas o atm. 1 atmósfera es igual a 14,7 psi, 1,03 kg/cm² o 760 mmHG
Calcular los cambios en la presión atmosférica puede ser desafiante (pobre señor del clima) debido a muchas condiciones variables, como la temperatura y la humedad, pero afortunadamente para nosotros, la presión del agua cambia constantemente con la profundidad, ya que no se comprime como el aire. (6)
Debido a la reducción de la presión atmosférica en altura, se aplican procedimientos especiales para el buceo en altura y se requiere el uso de tablas especiales y profundidades teóricas.
¿Cuánto pesa toda esta atmósfera? Alrededor de 5,5 cuatrillones de toneladas, que es aproximadamente una millonésima parte de la masa de la Tierra. Un metro cúbico al nivel del mar pesa 1,3 kg y todos los océanos juntos solo pesan 270 veces más que la atmósfera.
Como se mencionó anteriormente, el aire a nivel del mar pesa 14,7 psi (1,03 kg/cm² métricos) y esto significa que hay alrededor de 6,8 kg (15 libras) empujando hacia abajo cada pulgada cuadrada (cm²) de usted. En otras palabras, ¡se trata del peso de un automóvil presionándote todo el tiempo!
Por suerte, no estamos aplastados porque ese peso se reparte por todo el planeta y la superficie de nuestro cuerpo. Además, la cantidad de presión ejercida hacia el interior está en equilibrio con la presión ejercida hacia el exterior. Esto se debe a que también respiramos la atmósfera.
¿Qué se entiende por presión manométrica, absoluta y ambiente?
La diferencia entre la presión manométrica y la absoluta se explica mejor así. La presión absoluta usa el cero absoluto (vacío perfecto) como su punto cero, mientras que la presión manométrica usa la presión atmosférica como su punto cero. Debido a que la presión atmosférica puede variar, esto significa que el uso de mediciones de presión manométrica no es preciso, mientras que la presión absoluta siempre es definitiva.
Absoluto- Si deseamos aislar una cantidad específica de presión dentro de un proceso, independientemente de lo que suceda en la atmósfera, entonces debemos usar un sistema de presión absoluta. (ata)
Manómetro - Sin embargo, si nos preocupa mantener una cierta presión relativa a la presión atmosférica actual, entonces debemos usar un sistema de presión manométrica. (atm) (4)
Leyes como las de Boyle y Dalton requieren el uso de presión absoluta para poder calcular ecuaciones correctamente.
Presión Manométrica
La presión manométrica ignora la presión atmosférica y se usa cuando necesitamos medir la presión más allá de las preocupaciones de la presión atmosférica. El indicador utiliza el peso de la atmósfera (1 atm/bar o 14,7 psi) como punto cero. Necesitamos esto para poder determinar la presión utilizable y es por eso que es la lectura de presión utilizada por la mayoría de los manómetros. Por ejemplo, un manómetro en un tanque vacío en la superficie marcará "0" y cuando abra la válvula, no saldrá aire. Sin embargo, todavía hay aire en el cilindro (no es un vacío en el interior). No sale nada porque la presión absoluta dentro del tanque es la misma que la presión absoluta fuera del tanque (1 atm/bar o 14,7 psi). Su manómetro sumergible (SPG) está calibrado para leer de esta manera, ignorando la presión atmosférica y leyendo "0" cuando el tanque está "vacío". Su indicador de profundidad es otro ejemplo que se calibra para leer "0" en la superficie (nivel del mar), ignorando la presión atmosférica y solo midiendo los cambios en la presión del agua. Un ejemplo en tierra es la presión de los neumáticos. Esto también resta la presión de la atmósfera.
La presión manométrica se mide en relación con la presión atmosférica ambiental y cambiará con las variaciones de la presión barométrica debido a los cambios en el clima. Debido a esto, puede que no siempre sea preciso.
Presión absoluta
"La definición de presión absoluta es la presión de no tener materia dentro de un espacio, o un vacío perfecto. Las mediciones tomadas en presión absoluta usan este cero absoluto como punto de referencia. El mejor ejemplo de una presión referenciada absoluta es la medición de la presión barométrica (5).
La presión absoluta es la combinación de la presión atmosférica y del agua, y ambas te afectan mientras buceas. El cambio de presión en el agua es mucho más rápido que en el aire, ya que el agua es unas 830 veces más densa que el aire.
Agua salada vs agua dulce
Debido a que el agua salada tiene diferente densidad que el agua dulce, los cambios de presión ocurrirán más rápido, aunque la presión aumenta a un ritmo constante en ambos.
Superficie = 1 atmósfera de presión
Agua salada = 1 bar de presión cada 10 mt/33 ft
Agua dulce = 1 bar de presión cada 10,3 mt/34 pies
Una gran noticia. Esto está impreso en la portada de sus exámenes finales.
No confundas esto con el Principio de Arquímedes.
Presión absoluta en agua salada
Una columna de agua de 10 metros cuadrados/33 pies cuadrados ejercen la misma presión que 1 atmósfera. Por lo tanto, la presión absoluta aumenta 1 atm cada 10 mt/33 ft.
Debido a que debemos tener en cuenta la atmósfera en la superficie, a 10 mt/ 33 pies, la presión es de 2 atmósferas. A 20 mt/ 66 ft son 3 atm y así sucesivamente.
Es un error común en los exámenes que los estudiantes olviden tener en cuenta la presión de 1 atm en la superficie. La presión absoluta es una combinación de la presión del agua y del aire. Presión absoluta en agua salada
Presión absoluta en agua dulce
La densidad del agua dulce es menor que la del agua salada, por lo que la tasa de cambio de presión difiere ligeramente. El agua dulce pesa menos porque hay menos sales disueltas (menos densa) (7). Necesita un poco más de profundidad en agua dulce para tener la misma presión de agua que el agua salada.
Cambios de presión de 1 atm por cada 10,3 mt/ 34 pies
Para convertir a otra medida de presión, multiplique por:
Métrica Imperial
10 msw (metros de agua de mar) 33 por fsw (pies de agua de mar)
10.3 msw (metros de agua dulce) 34 por ffw (pies de agua dulce)
1,03 para kg/cm² (kg por cm cuadrado) 14,7 para psi (libras por pulgada cuadrada)
Presión ambiental
La presión ambiental significa "presión circundante" y puede expresarse como presión absoluta (ata) o manométrica (atm).
La presión circundante.
En tierra, proviene del peso de la atmósfera. (atm)
En profundidad, proviene del peso del agua más el peso de la atmósfera (presión absoluta) (ata)
Las Ecuaciones
Para determinar la presión en profundidad necesitamos establecer tres variables
Profundidad: Metros o pies (depende de ti, pero los metros son más fáciles)
Agua: Agua salada de agua dulce
Tipo de presión solicitada: Ambiente, absoluta o manométrica
Ejemplo 1
¿Cuál es la presión manométrica a 28 mt/92 pies de agua dulce?
Métrico: 28 m ÷ 10,3 m/atm = 2,7 atm manómetro
Imperial: 92 pies ÷ 34 pies/atm = calibre de 2,7 atm
¿Cuál es la presión absoluta a 28 mt/92 pies de agua dulce?
Métrico: 28 m ÷ 10,3 m/atm + 1 atmósfera = 3,7 ata
Imperial: 92 pies ÷ 34 pies/atm + 1 atmósfera = 3,7 ata
¿Cuál es la presión manométrica a 28 mt/92 pies de agua salada?
Métrico: 28 m ÷ 10 m/atm = 2,8 atm manómetro
Imperial: 92 pies ÷ 33 pies/atm = calibre 2,8 atm
¿Cuál es la presión absoluta a 28 mt de agua salada?
Métrico: 28 m ÷ 10 m/atm + 1 atmósfera = 3,8 ata
Imperial: 92 pies ÷ 34 pies/atm + 1 atmósfera = 3,8 ata
Ejemplo 2
La presión a 18 mt/60 pies en agua salada es igual a la misma presión, pero ¿a qué profundidad en agua dulce?
(profundidad = 0 en la superficie, por lo que este es un problema de presión manométrica)
Métrico: 18 mt ÷ 10 m/atm = 1,8 atm manómetro
1,8 atm × 10,3 m/atm = 18,5 m
Imperial: 60 pies ÷ 33 pies/atm = calibre de 1,8 atm
1,8 atm × 34 pies/atm = 61,2 pies
Ejemplo 3
¿Cuáles son la presión manométrica y absoluta a una profundidad de 22,5 m/74 pies en agua dulce?
¿Cuál es la presión en kg/cm²/psi?
Métrico: 22,5 m ÷ 10,3 m/atm = 2,18 atm manómetro
2,18 atm manométrica + 1 atmósfera = 3,18 ata
2,18 atm × 1,03 kg/cm² = calibre 2,24 kg/cm²
3,18 ata × 1,03 kg/cm² = 3,28 kg/cm² absolutos
Imperial: 74 pies ÷ 34 pies/atm = calibre 2,18 atm
2,18 atm manométrica + 1 atmósfera = 3,18 ata
2,18 atm × 14,7 psi/atm = 32 psi manómetro
3,18 ata × 14,7 psi/atm = 46,7 psia
Recuerda: Siempre verifica el tipo de presión solicitada (manométrica, ambiental o absoluta), el tipo de agua (de mar o dulce) y la profundidad antes de comenzar la ecuación.
Ahora está listo para realizar algunas pruebas de presión.
Pruebe el examen a continuación.
Aquí hay enlaces a todos los exámenes.
Examen de Agua, Calor, Luz, Sonido y Gases
Examen de Arquímedes parte 1
Examen de Arquímedes Parte 2
Examen de Presión
Examen de la Ley de Boyles Parte 1
Cambios de profundidad de un solo nivel
Examen de la Ley de Boyles Parte 2
Cambios de profundidad de varios niveles
Examen de la ley de Charles
Examen de la ley de Henry
Examen de la ley de Dalton
(1) Wikipedia contributors. (2021c, April 7). Atmospheric pressure. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_pressure
(2) What is Hydrostatic Pressure -- Fluid Pressure and Depth. (1999). EDinformatics. https://www.edinformatics.com/math_science/hydrostatic_pressure.htm#:%7E:text=Hydrostatic%20pressure%20is%20the%20pressure,exerting%20downward%20force%20from%20above
(3) J.M.K.C. Donev et al. (2020). Energy Education - Absolute pressure [Online]. Available: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Absolute_pressure. [Accessed: April 15, 2021].
(4) Absolute vs gauge: choosing the right pressure control. (2021, January 27). Alicat Scientific. https://www.alicat.com/knowledge-base/absolute-vs-gauge-choosing-the-right-pressure-control/
(5) Difference Between Gauge and Absolute Pressure Measurement. (2013, June 18). ESI. https://www.esi-tec.com/blog-pressure-sensors-transmitter-transducer/2013/06/difference-between-gauge-and-absolute-pressure-measurement#:%7E:text=The%20definition%20of%20absolute%20pressure,the%20measurement%20of%20barometric%20pressure
(6) Willis, W. (2017). Air Pressure – the weight of the gases in the atmosphere pushing on the surface of the Earth. - ppt download. Slide Player. https://slideplayer.com/slide/8328698/
(7) Is salt water heavier than fresh water? - Quora. (2018). Quora. https://www.quora.com/Is-salt-water-heavier-than-fresh-water
(6) Divemaster Course Instructor Guide (1999 edition). (2005). PADI.
(7) The Encyclopedia of Recreational Diving (3rd ed.). (2008). PADI.