Principio del Termómetro de Líquido en Vidrio
El termómetro de líquido en vidrio, es el dispositivo más comúnmente utilizado para medir la temperatura y es barato de hacer y fácil de usar.
El termómetro de líquido en vidrio tiene un bulbo de vidrio unido a un tubo de vidrio sellado (también llamado vástago o tubo capilar).
Una abertura muy fina, llamada agujero, existe desde el bulbo y se extiende por el centro del tubo.
El bulbo suele estar lleno de mercurio o de alcohol de color rojo y es libre de expandirse y subir al tubo cuando la temperatura aumenta, y de contraerse y bajar por el tubo cuando la temperatura disminuye.
En los termómetros de líquido en vidrio (LIG) el elemento térmicamente sensible es un líquido contenido en una envoltura de vidrio graduado.
El principio utilizado para medir la temperatura es el de la expansión térmica aparente del líquido.
Un típico termómetro de líquido en vidrio se muestra en la siguiente figura.
El fondo del tubo de vidrio está cubierto de esmalte blanco y la parte frontal del tubo de vidrio forma una lupa que agranda la columna de líquido y facilita la lectura de la temperatura.
En la figura inferior (izquierda), se representa un termómetro totalmente de vidrio, con su escala grabada en el vástago.
Los termómetros de líquido en vidrio son frágiles y para su uso industrial, el termómetro se monta en una carcasa protectora y la escala se graba en una placa separada que forma parte de la carcasa protectora.
Un termómetro industrial se muestra en la figura inferior (derecha).
Comprende principalmente:
- Un bulbo que actúa como recipiente para el líquido de funcionamiento donde puede expandirse o contraerse fácilmente en capacidad.
- Un vástago, «un tubo de vidrio que contiene un diminuto capilar conectado al bulbo y ampliado en la parte inferior en un bulbo que se llena parcialmente con un líquido de funcionamiento».
- Una escala de temperatura que está básicamente preestablecida o impresa en el vástago para mostrar las lecturas de temperatura.
- Punto de referencia, es decir, un punto de calibración que es más comúnmente el punto de hielo.
- Un líquido de trabajo que es generalmente mercurio o alcohol.
- Un gas inerte, principalmente argón o nitrógeno que se llena dentro del termómetro por encima del mercurio para recortar su volatilización.
Líquidos utilizados en los termómetros de vidrio
Ventajas
Las siguientes son las principales ventajas asociadas al uso de los termómetros de líquido en vidrio:
- Son comparativamente más baratos que otros dispositivos de medición de temperatura.
- Son manejables y cómodos de usar.
- A diferencia de los termómetros eléctricos, no necesitan fuente de alimentación ni pilas para cargarse.
- Pueden aplicarse con frecuencia en zonas donde hay problemas de electricidad.
- Proporcionan muy buena repetibilidad y su calibración no se ve afectada.
Limitaciones
El uso de los termómetros de líquido en vidrio incluye también las siguientes limitaciones:
- Se consideran inapropiados para aplicaciones que impliquen temperaturas extremadamente altas o bajas.
- No pueden aplicarse en regiones en las que se deseen resultados muy precisos.
- En comparación con los termómetros eléctricos, son muy débiles y delicados. Por lo tanto, deben manipularse con mucho cuidado porque es probable que se rompan.
- Además, no pueden proporcionar resultados digitales y automatizados. De ahí que su uso se limite a ámbitos en los que sólo es adecuada la lectura manual, por ejemplo, un termómetro doméstico.
- «La lectura de la temperatura debe anotarse inmediatamente después de retirarla porque un termómetro de vidrio puede verse afectado por la temperatura ambiental, el calor producido por la mano que lo sostiene, la limpieza, etc. Esta temperatura debe anotarse porque un termómetro de vidrio no ofrece un recuerdo de la temperatura medida.»
- La lectura de la temperatura a través de los termómetros de líquido en vidrio requiere una vista brillante.
- El elemento líquido contenido en un termómetro de vidrio puede ser peligroso o arriesgado para la salud debido a sus posibles derrames químicos.
- Estos termómetros muestran la temperatura en escalas Celsius o Fahrenheit. Por lo tanto, la conversión de la temperatura sería necesaria si se desea la lectura de la temperatura en alguna otra escala.
Tipos de termómetros de líquido en vidrio
Hay dos tipos principales de termómetros de líquido en vidrio que se mencionan a continuación:
- Termómetros de mercurio
- Termómetros de alcohol
Termómetros de mercurio
Este tipo de termómetro fue desarrollado por un físico de origen alemán llamado Daniel Gabriel Fahrenheit.
Se compone de mercurio como líquido relleno en un tubo de vidrio. En el cuerpo del tubo de vidrio hay marcas calibradas que facilitan la lectura de la temperatura.
En uno de los extremos del termómetro se forma un bulbo que contiene la mayor parte de mercurio.
La expansión y contracción de este tamaño de mercurio se incrementa entonces en el agujero extremadamente fino del tubo de vidrio. Esto ayuda a aumentar la sensibilidad del termómetro.
En general, el área sobre el mercurio se llena con gases inertes como el nitrógeno. Sin embargo, esta zona también puede dejarse evacuada.
Existen varios tipos de termómetros de mercurio en vidrio. «Un termómetro de máxima es un tipo único de termómetro de mercurio que funciona al tener una constricción en el cuello cerca del bulbo.
El mercurio es forzado a subir a través de la constricción por la fuerza de la expansión cuando la temperatura aumenta. Cuando se produce un descenso de la temperatura, la columna de mercurio se rompe en la constricción y no puede volver al bulbo y permanecerá inmóvil en el tubo».
Por medio de un termómetro de máxima, se puede medir la temperatura máxima durante un lapso de tiempo predeterminado.
El reajuste del termómetro de máxima es un proceso muy sencillo que sólo requiere la oscilación brusca del termómetro.
El punto de congelación del mercurio es de – 38,83°C en el que se solidifica. Sin embargo, no se expande al solidificarse y, por lo tanto, no hay peligro de que se rompa el cristal del tubo del termómetro.
Cuando se produce un aumento de la temperatura, el gas nitrógeno que se encuentra por encima del mercurio en el tubo de cristal suele bajar por la columna y se queda atascado allí.
Toda esta acción puede afectar al funcionamiento del termómetro. Para evitar esta dificultad, hay que conseguir meter los termómetros de mercurio en el interior cuando la temperatura desciende a – 37°C.
En zonas, donde el límite superior de temperatura es de – 38,83°C, se puede emplear un termómetro de aleación de mercurio-talio que tenga un punto de congelación i.Es decir, un punto de solidificación de – 61,1°C.
Termómetros de alcohol
Los termómetros de alcohol están sustituyendo a los de mercurio en muchas aplicaciones.
Emplean alcohol como líquido de relleno en tubos de vidrio. El rango de medición de temperatura de los termómetros de alcohol varía de 115°C a 785°C, donde el primero es el punto de congelación del alcohol y el segundo es el punto de ebullición del alcohol.
Un termómetro típico para obtener lecturas de temperatura ambiental debe tener un rango de temperatura de -20°F a 120°F, es decir, de -30°C a 50°C.Es decir, de -30°C a 50°C.
El alcohol, al ser una sustancia volátil, puede provocar la separación de la columna en el termómetro debido a un choque mecánico.
La columna puede volver a unirse haciendo caer el termómetro sobre una superficie de madera envuelta con muchas hojas de papel. «Sostenga el termómetro en posición vertical, con el extremo del bulbo hacia abajo, de 4 a 6 pulgadas sobre la superficie de madera cubierta de papel, y luego déjelo caer.
Después de que el bulbo del termómetro golpee el papel, atrape el termómetro con la otra mano para evitar que se rompa. Pequeñas cantidades de alcohol pueden adherirse a la porción del tubo capilar por encima de la columna de alcohol».
La porción de alta temperatura del termómetro puede calentarse bajo una lámpara incandescente que hará que el alcohol baje a la columna.
También se puede montar el termómetro en posición vertical para pasar la noche, lo que permitirá que el alcohol vuelva a la columna.
Este termómetro no debe emplearse nunca con una columna de fluido separada, ya que suele dar lugar a mediciones de temperatura incorrectas.
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