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¿Por qué la presión también se mide en metros?

En uno de tus proyectos, requieres mandar agua para llenar unos tinacos que están a lo alto de un edificio de varios pisos. Llegas con tu especialista en hidráulica para consultar sobre cómo resolver este tema y después de un análisis por parte de él, te dice que requieres una bomba que te dé una altura de tantos metros para que el agua llegue a donde quieres, y te preguntas ¿de dónde sale eso de que la presión se da en metros? Déjame ayudarte a aclarar esa duda.

La presión estática o hidrostática o la altura, se da por tres elementos, la densidad del líquido representada con la letra griega Rho ρ, la altura a la cual se encuentra el líquido h y la gravedad g.

Recordando nuestras clases de física de la secundaria, nosotros sabemos que:

Masa x Aceleración = Fuerza

Y también recordamos que la densidad se define como “la cantidad de masa de una sustancia contenida en un volumen especifico”, es decir:

Densidad = Masa / Volumen

La gravedad se refiere a la atracción que existe entre objetos con masa y esta se manifiesta mediante una aceleración, entonces:

Densidad x Gravedad = (Masa / Volumen) x Aceleración = Fuerza / Volumen

Dicha fuerza ocasionada por el efecto de la gravedad sobre la densidad de una sustancia se define como el peso específico de dicha sustancia, el cual se representa con la letra griega Gamma γ, esto indica que una sustancia no pesará lo mismo aquí que por ejemplo en la luna, donde la gravedad es menor.

Ahora otra vez recordando nuestras clases de física, la presión p se define como “fuerza sobre área” y aquí es donde interfiere la altura a la cuál se encuentra el líquido:

(Fuerza / Volumen) x Altura = Presión

Vamos a comprobar todo lo anterior con sus respectivas unidades:

Este concepto de altura es válido para medir la presión cuando hay una diferencia de elevaciones entre el punto de donde se bombea el agua (punto bajo) y el punto donde llega el agua (punto alto) o bien cuando se transporta el agua desde un punto más alto a uno más bajo, aunque también se aplica cuando se habla de pérdidas de presión por fricción en las tuberías, que se dan en todas las tuberías sin importar la elevación, este tema se verá en otros artículos.

La altura influye en la presión inyectada al sistema, es decir al agua dentro de las tuberías, para que pueda llegar hasta el punto donde se necesita, esto se presenta de dos formas:

  • Cuando se requiere mover el fluido desde un punto más bajo hasta un punto de mayor altura o más lejano se utiliza una bomba para generar esa presión, por ejemplo, llenar los tinacos que están en el techo de un edificio.
  • Cuando movemos el fluido de un punto de mayor altura a otro de menor altura, la diferencia de alturas nos permite mover el fluido sin la necesidad de una bomba (depende también de qué tan lejos se requiera moverlo), esto gracias únicamente a la gravedad, un ejemplo clásico es el de las torres elevadas de agua que alimentan a los tinacos de las casas y estos a su vez por mera gravedad presurizan las tuberías de la casa.

Como se ha mencionado, existen tres factores para determinar esta presión, la densidad de la sustancia, la altura y la gravedad, los primeros dos varían para cada proyecto, pero la gravedad apenas y presenta cambio alguno según la ubicación geográfica donde se mida, por lo tanto, se puede decir que es constante.

Ahora cabe aclarar que dependiendo de la densidad del fluido a trabajar se produce una presión diferente según la altura estática de dicho fluido, por ejemplo el mercurio es más denso que el agua, de hecho 13.6 veces más denso, si tenemos dos tuberías en vertical de la misma longitud, una llena con agua y otra con mercurio, al medir la presión en la parte más baja de cada tubería nos daríamos cuenta de que la presión en la tubería con mercurio es 13.6 veces mayor que la que contiene agua, por lo tanto la presión requerida para elevar a determinada altura un fluido no será la misma para otras sustancias, ya que varían en cuanto a su densidad (también  pueden afectar otros factores como la viscosidad del fluido o su temperatura).

Como comentario adicional, en las curvas de operación del fabricante de una bomba centrifuga convencional, las alturas mostradas son para agua a temperatura ambiente con densidad de aproximadamente 1,000 kg/m3.

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