Reducción de la presión a los niveles normales

La presión deducida de la lectura de un barómetro en la estación (después de las correcciones) se llama presión en la estación. Con el fin de poder comparar las observaciones barométricas hechas en estaciones situadas a diferentes altitudes, es necesario, en primer lugar, reducirlas al mismo nivel.

En la mayoría de los países la presión atmosférica observada se reduce al nivel medio del mar. La presión así obtenida se llama presión al nivel medio del mar.

El cálculo de esta presión se basa, en la mayoría de los casos, sobre una hipótesis. En efecto, en los estaciones terrestres, debemos suponer que una columna vertical de aire atraviesa el espesor de la tierra comprendido entre la estación y el nivel medio del mar.

Por lo tanto, para calcular la presión al nivel medio del mar es necesario, primeramente, determinar la presión en la estación y después añadir a este valor el peso de una columna de aire ficticia cuya sección corresponde a la unidad de superfi­cie y que se extiende desde el nivel de la estación al nivel medio del mar.

La altura de esta columna es fija pero su peso es función de su densidad que, a su vez, depende de la temperatura del aire de la columna. Si esta temperatura aumen­ta, el aire será menos denso y, por lo tanto, disminuirá el peso del aire que tenemos que añadir.

No existen métodos realmente satisfactorios para reducir la presión de las estaciones muy elevadas al nivel medio del mar, ya que es imposible calcular la tem­peratura media que tendría esta columna de aire ficticio. Solamente se pueden hacer hipótesis

Ciertos países emplean le temperatura del aire observada en la estación. Este método da resultados satisfactorios cuando la estación no está muy elevada. Otros países emplean la temperatura media de las 12 horas precedentes.

Para estaciones de poca altitud, la Organización Meteorológica Mundial ha recomendado un método que figura en la guía de instrumentos y prácticas de observación.

A pesar de las dificultades encontradas, la presión en la estación puede ser reducida al nivel medio del mar de manera satisfactoria en muchas regiones. Los meteorólogos de todo el mundo utilizan mucho los mapas sinópticos de presión al nivel medio del mar. El término "sinóptico" procede de las palabras griegas "syn" (con, junto) y "opsis" (vista). Numerosas estaciones miden lo presión simultáneamente, luego la re­ducen al nivel medio del mar y los valores así obtenidos se inscriben sobre mapas sinópticos.

En ciertas regiones de Africa y del continente antártico, las estaciones meteorológicas estén situadas a más de 1.000 metros de altitud. Entonces, estas esta­ciones, después de haber determinado la presión en la estación, calculan la altitud aproximada de los niveles de 850 mb o de 700 mb, lo que les permite trazar después mapas sinópticos relativos a estos niveles de presión.

Ya se ha visto que existe una estrecha relación entre la presión atmosférica y la altitud. Esta relación se utilizo muchísimo en aviación para determinar la altitud de vuelo de las aeronaves.

Un altímetro barométrico es un barómetro aneroide en el que la graduación se ha remplazado por una escala graduada directamente en altitudes.

Anteriormente se ha dicha que la presión en la superficie de la tierra es igual al peso por unidad de superficie de la columna vertical de aire que se extiende desde la superficie terrestre hasta el límite superior de la atmósfera. Por lo tanto, la presión depende de la densidad del aire que, a su vez, depende de la temperatura de la atmósfera. A mayor temperatura, menor densidad.

Las variaciones de temperatura con la altitud introducen, pues, dificultades en los problemas de altimetría. (la altimetría trata de la medida de las altitudes con la ayuda de los barómetros aneroides).

Por esta razón, es aconsejable suponer, en primer lugar, una atmósfera con­vencional en que las variaciones de lo temperatura con la altitud sean conocidas. Esta atmósfera es conocida con el nombre de atmósfera tipo de la OACI. De ella se tra­tará en el próximo tema.

En la práctica, existen ligeras diferencias entre la atmósfera real y la at­mósfera tipo hipotética. Pero es posible ajustar los altímetros de manera que indi­quen altitudes exactas.

Barómetros aneroides

Un barómetro aneroide está constituido por una cápsula metálica flexible her­méticamente cerrada, en el interior de la cual se ha hecho completa o parcialmente al vacío. Por la influencia de las variaciones de presión atmosférica, los centros de las dos membranas opuestas de la cápsula barométrica se acercan más o menos. Por ejemplo: si la presión atmosférica aumenta, las paredes de la cápsula tienden a acercarse más la una a la otra.

Un sistema de fuertes resortes impide a la cápsula aplastarse bajo la acción de la presión atmosférica exterior. Por lo tanto, para una presión dada, se producirá equilibrio entre la tensión del resorte y la fuerza ejercida por la presión exterior.

Una de las membranas de la cápsula está fija, mientras que la otra está uni­da a una aguja que se desplaza delante de un cuadrante graduado en presión. Las deformaciones de la cápsula se amplifican por un sistema de palancas que une la aguja a la membrana móvil de la cápsula.

Un barómetro aneroide debe calibrarse comparándolo con un barómetro de mercu­rio. Aunque el barómetro aneroide sea menos exacto, tiene sobre el barómetro de mercu­rio la gran ventaja de ser muy portátil y poco voluminoso, lo que lo hace particularmente práctico para la navegación marítima y para su empleo sobre el terreno.

Las causas de los errores en las medidas hechas con barómetros aneroides son debidas principalmente a la incompleta compensación por temperatura. El debilitamien­to del resorte, a consecuencia del aumento de temperatura, da como resultado que la presión indicada por el instrumento sea demasiado elevada.

También se producen errores de elasticidad. Si un barómetro aneroide está sometido a una variación rápida e importante de presión, el instrumento no indicará inmediatamente la presión verdadera. Este retraso se llama histéresis y puede pasar un lapso de tiempo considerable antes de que la diferencia entre el valor leído en el barómetro y la presión verdadera sea despreciable.

Asimismo se producen lentas modificaciones de las propiedades del metal de la caja aneroide. Estas modificaciones, llamadas seculares, sólo se pueden calcular comparándolo periódicamente con un barómetro normal.

Presion atmosferica: Corrección de la aceleración de la gravedad

La lectura de un barómetro de mercurio a una presión y a una temperatura dadas depende de la aceleración de la gravedad que, a su vez, varía con la latitud y con la altitud.

Los barómetros se calibran de manera que den lecturas barométricas exac­tas con la aceleración normal de la gravedad o sea: 9,80665 ms . Para otro valor de la gravedad, las valores de la presión leídos sobre la escala del barómetro deben ser corregidos. Si el barómetro se utiliza en un sitio fijo, estas correcciones pueden fácilmente ser calculadas en una sola tabla. Entonces, para obtener la presión al nivel de la esta­ción, es suficiente aplicar una sola corrección:

La correspondiente a la temperatura leída en el termómetro fijo del barómetro.

Presión Atmosferica: Corrección del error de temperatura

Las lecturas del barómetro deben ser reducidas a los valores que se ob­tendrían si el mercurio y la escala estuviesen sometidos a la tempera­tura normal de 0°c.

Los barómetros destinados a fines meteorológicos son calibrados comparándolos con barómetros patrones de gran precisión. En el primer cali­brado, todas las diferentes partes del barómetro, tales como el mercu­rio, la escalas, la cubeta, el tubo de vidrio, etc. Se llevan a la tem­peratura de 0°c. Toda desviación respecto a esta temperatura modifica las dimensiones de los diferentes órganos.

Por esta razón, cada barómetro lleva colocado un termómetro en un sitio tal que indique la temperatura media de los diversos órganos que compo­nen el instrumento. Este termómetro se llama termómetro unido. Su lec­tura permite corregir las medidas barométricas reduciéndolas a la tempe­ratura normal de 0°c.

Presión Atmosferica: Corrección del error instrumental

En principio, si la graduación está bien hecha, la escala de lectura debe permitir calcular con exactitud la diferencia de nivel entre las superficies de mercurio en la cubeta y en el extremo del tubo. Pero en la práctica, a menudo es imposible obtener una fijación o una división exacta de la escala.

Además, el mercurio no moja el vidrio del tubo y, por lo tanto, presen­ta un menisco convexo (el menisco es la superficie curva que se forma en la extremidad superior del líquido contenido en el tubo). En este caso, lo fuerza de cohesión entre los moléculas de mercurio es más grande que la fuerza de adhesión entre el vidrio y el mercurio.

Debido a ello, el nivel del mercurio en el tubo asciende. Por el contrario, el agua sube en los tubos estrechos y su superficie libre se eleva a lo largo de las paredes del tubo. En los dos casos, a esto se le llama fenómeno de capilaridad.

También pueden producirse pequeños errores a causa de la presencia de aire residual en el espacio situado sobre la columna de mercurio. Otra causa de errores de lectura proviene de la refracción o de la desviación de los rayos luminosos a través del vidrio del tubo.

En un buen barómetro, estos diferentes errores no deberán exceder de al­gunas décimas de milibar. La suma de todos ellos constituye el error instrumental que figura en el certificado de calibración del instrumen­to. Este certificado se extiende después de compararlo con un barómetro patrón.

Barómetros de Mercurio

El científico italiano torricelli realizó la experiencia siguiente: cogió un tubo de vidrio de 80 cm, aproximadamente, de longitud, cerrado en uno de sus extremos. Lo llenó de mercurio y luego lo invirtió, introduciendo la extremidad infe­rior abierta en un recipiente que contenía mercurio.

Torricelli comprobó que el nivel del mercurio bajaba en el tubo y se estabi­lizaba a una altura de 0,76 m, aproximadamente, sobre la superficie libre del mercu­rio contenida en el recipiente. Explicó este fenómeno enunciando que la atmósfera de­bía ejercer una presión sobre la superficie libre del mercurio de la cubeta y que su valar debía ser igual a la ejercida por el peso de la columna contenida en el tubo.

Este fue el primer barómetro de mercurio. La altura vertical de la columna de mercurio no depende de la inclinación del tubo. El valor de la presión atmosféri­ca puede ser, por lo tonto, expresada en altura de mercurio. Sin embargo, esta altu­ra debe ser corregida para reducirla a la que tendría en las condiciones normales de Temperatura y de aceleración de la gravedad.

Habitualmente, las estaciones meteorológicas están equipadas con dos tipos de barómetros de mercurio: el barómetro fortín y el barómetro de cubeta fija (llamado a menudo barómetro de tipo kew).

Como de lo que se trata es de medir la distancia entre el extremo de la co­lumna de mercurio y el nivel superior del mismo en la cubeta y toda variación de la altura de la columna de mercurio supone un cambio de nivel de mercurio en la cubeta, es necesario, para evitar esta dificultad, recurrir a una de las siguientes soluciones:

En el barómetro fortín, el nivel del mercurio en la cubeta puede hacerse variar poniéndolo en contacto con una punta afilada de marfil, cuya ex­tremidad coincide con el plano horizontal que pasa por el cero de la escala. Por lo tanto, para hacer la lectura de presión en un barómetro fortín, es necesario ajustar primeramente el nivel del mercurio en la cubeta, de forma que este nivel corresponda al cero de la escala;

En el barómetro de cubeta fija (que es a menudo llamado barómetro de tipo kew), la escala grabada sobre el instrumento se construye de tal forma que compense las variaciones de nivel del mercurio. No hay, por lo tanto, necesidad de ajustar el nivel del mercurio.