11. Presión barométrica
11. Presión barométrica¶
Resumen¶
El sensor de presión BMP388 es un sensor MEMS neumático con un diseño muy compacto que destaca por su pequeño tamaño, bajo consumo energético y alto rendimiento. En resumen, se trata de un sensor de temperatura y presión combinado, ideal para aplicaciones móviles.
Adopta una tecnología de detección de presión piezorresistiva de probada eficacia, que ofrece alta precisión, linealidad, estabilidad a largo plazo y compatibilidad electromagnética (EMC). Además, maximiza la flexibilidad de funcionamiento con múltiples dispositivos.
En cuanto a las mejoras, podemos optimizar el dispositivo en términos de consumo energético, resolución y rendimiento de filtrado.
Este sensor tiene una precisión relativa de 8 Pascales, lo que se traduce en aproximadamente ± 0.5 metros de altitud. La hoja de datos indica que este sensor está especialmente para que se use en drones y cuadricópteros, para mantener la altitud estable, pero también puede usarse esto para dispositivos portátiles o cualquier proyecto.
MEMS
El término MEMS, del inglés MicroElectroMechanical Systems, se refiere a la tecnología electromecánica de dispositivos microscópicos o sistemas microelectromecánicos.
El sensor de presión BMP388 puede medir la presión atmosférica en un rango de 300 a 1250 hPa sin consumir mucha energía (solo 3,4 µA a una frecuencia de funcionamiento de 1 Hz). Además, su filtro integrado de respuesta impulsional infinita reduce eficazmente las interferencias externas.
hPa
Se refiere al hectopascal (\(hPa\)), una unidad de medida estándar de presión atmosférica en meteorología, equivalente a 100 pascales o 1 milibar (\(1 \text{ hPa} = 1 \text{ mbar}\)). Se utiliza para indicar la presión del aire (promedio de 1013,25 hPa al nivel del mar)
Conceptos a tener en cuenta¶
El valor estándar de la presión atmosférica al nivel del mar es de 1013,25 hectopascales (hPa) o milibares (mbar). Este valor equivale a 1 atmósfera (atm), 760 mmHg (milímetros de mercurio) o aproximadamente \(1 \text{ kg/cm}^2\). La presión disminuye con la altitud, descendiendo de media 1 hPa por cada 8 metros de ascenso.
Valores y unidades clave:
- Valor Estándar (Nivel del Mar): 1013,25 hPa / mbar.
- Otras unidades: 1 atm = 760 mmHg = 101.325 Pascales (Pa).
- Variación: Disminuye con la altura y varía según la temperatura y humedad
La ecuación:
\(P = P_0 \cdot e^{\frac{-Mgh}{RT}}\)
se conoce cómo fórmula barométrica y es un modelo matemático que describe cómo disminuye la presión atmosférica (\(P\)) al aumentar la altitud (\(h\)).
Los componentes de la ecuación son:
- \(P\): Presión a la altura \(h\).
- \(P_0\): Presión de referencia en la superficie (\(1 \text{ atm}\) o \(101325 \text{ Pa}\)).
- \(e\): Base del logaritmo natural (\(\approx 2,71828\)).
- \(M\): Masa molar del aire (aprox. \(0,029 \text{ kg/mol}\)).
- \(g\): Aceleración de la gravedad (\(\approx 9,81 \text{ m/s}^2\)).
- \(h\): Altitud o diferencia de altura (en metros).
- \(R\): Constante universal de los gases (\(8,314 \text{ J/(mol}\cdot\text{K)}\)).
- \(T\): Temperatura absoluta promedio en Kelvin (\(K\))
El cálculo de la altitud se puede realizar con alguno de estos métodos:
- A partir de la fórmula barométrica estándar se hace con la ecuación:
\(h = 44330 \cdot (1 - (\frac{P}{P_0})^{\frac{1}{5.255}})\)
- Una aproximación lineal rápida sería: \(h ≈ (1013.25 - P_{medida}) ⋅ 8\).
- Considerando la temperatura para una mayor precisión:
\(h = \frac {(\frac{P_0}{P})^{\frac{1}{5.257}} - 1 \cdot(T + 273.15) }{0.0065}\)
Bloques¶
De la clase Coding Box:
El bloque "cb presión barométrica (mBar)" lee los valores de presión atmosférica detectados por el sensor.
El bloque "cb altitud (cm)" calcula la altitud en relación con la altitud actual que establezcamos.
De la clase Air pressure (BMP388):
El bloque "bmp388 air pressure (mBar)" lee los valores de presión atmosférica detectados por el sensor.
El bloque "bmp388 temperature (ºC)" lee los valores de temperatura detectados por el sensor.
El bloque "bmp388 set current altitude...meters" sirve para que establezcamos la altitud de referencia a partir de la que deseamos medir.
El bloque "bmp388 altitude (cm)" mide la altitud actual en centímetros en relación con la de referencia establecida.
Consideraciones sobre los bloques "altitud"
El sensor barométrico BMP388 calcula la altitud a partir de la presión atmosférica. Es decir:
- El BMP388 no mide altitud directamente.
- Mide presión atmosférica.
- La librería convierte esa presión en una altitud estimada usando una fórmula barométrica.
Para calcular una altitud relativa, el proceso es:
- Leer la altitud inicial al arrancar.
- Guardarla en una variable.
- Restar esa referencia a las siguientes medidas.
La fórmula conceptual sería:
donde:
- \(h_{actual}\) es el valor calculado por el bloque "cb altitud (cm)"
- \(h_{inicial}\) es el valor guardado al iniciar
Precisión real del BMP388
- el BMP388 tiene bastante ruido,
- las corrientes de aire afectan,
- la temperatura influye.
La precisión real suele ser: ±10 cm a ±50 cm aproximadamente en condiciones normales.
Para mejorar estabilidad conviene:
- hacer promedio de varias lecturas,
- o filtrar cambios pequeños.
Para una referencia estable lo recomendable es:
- Espera 2–3 segundos al arrancar.
- Toma varias muestras.
- Calcula el promedio.
- Usa ese promedio como altura inicial.
Prueba del código¶
Puedes crear los bloques manualmente o abrir directamente el archivo de código que te puedes descargar del enlace: 11. Presión barométrica.
El programa es el siguiente:
Resultado de la prueba¶
Conecta Coding Box a MicroBlocks mediante USB o Bluetooth y haz clic en el botón "ejecutar" para cargar el código en la misma. Verás los valores de presión medidos por ambos bloques, de altitud y de temperatura separados por líneas rayadas. Si levanta Coding Box hacia arriba o lo bajas hacia abajo, notarás los cambios en la altitud.
