V. LOS MEDIDORES DE VACÍO

A TRAVÉS del tiempo el hombre ha sentido la necesidad de medir y clasificar todo cuanto le rodea, desde las distancias intergalácticas, hasta el tamaño de un átomo. Era de esperarse que después de encontrar el vacío lleno y poder producirlo, el siguiente paso fuera medirlo, con lo cual podría calcularse la cantidad de partículas que se manejarían en el contenedor, y de esta manera controlar la atmósfera adecuada para los propósitos del caso.

En 1643, Evangelista Torricelli fabricó el barómetro de mercurio y tiempo después Otto von Guericke creó la bomba de aire. La combinación de estos dos experimentos fue llevada a cabo antes de 1660 por Robert Boyle, dando como resultado la máquina boyleana, que es considerada como el primer medidor de presiones subatmosféricas. Boyle logró obtener una presión de aproximadamente 6 mm Hg (6 torr), y su diseño experimental fue durante dos siglos la única forma disponible para medir vacío (Figura V.1).

Figura V.1. Medidor de mercurio (Hg) de Boyle. Barómetro de Torrichelli cuyo recipiente de Hg estaba al vacó en un vaso de cristal.

La ley de Boyle establece que a bajas presiones, la presión de un gas es inversamente proporcional al volumen cuando la temperatura del sistema se mantiene constante: ................P a (1/V)               o               P = ( k / V ) ..........   ............(1) donde k es una constante, V el volumen y P la presión.

El siguiente paso significativo en la producción de un medidor óptimo, fue en 1874, cuando McLeod presentó un dispositivo basado en la posibilidad de comprimir el volumen de gas a una proporción conocida. Usando una columna de mercurio, consiguió que las altas presiones pudieran ser medidas con facilidad, mientras que las bajas se podían calcular con la ayuda de la ley de Boyle. Técnicamente, el medidor funciona en un intervalo de 1 a 10^-6 torr (Figura V.2).

Figura V.2. Medidor de presión de McLeod.

Se ha desarrollado desde entonces otro tipo de medidores de presión; éstos varían no sólo en forma o tamaño, sino sobre todo en el concepto teórico en el cual se basan. Por ejemplo, el medidor de presión creado por Langmuir usa una fibra de cuarzo que debe oscilar en el gas, y la disminución de amplitud en dichas oscilaciones nos da la medida de la presión del gas. Este dispositivo trabaja en un intervalo de presión entre 10^-2 y 10^-7 torr (Figura V.3).

Figura V.3. Medidor de Langmuir.

El medidor de Pirani, diseñado en 1906, nos da una medida de la presión a través de la variación de la conductividad térmica del gas. Este dispositivo consta de un filamento metálico suspendido en un tubo en el sistema de vacío y conectado a una fuente de voltaje o corriente constante. El alambre puede ser de tungsteno u otro material cuya resistencia varíe mucho con la temperatura. Al aumentar el vacío, se reduce la pérdida de calor por conducción a través del gas y aumenta la temperatura y la resistencia del conductor, que se mide con un aparato adecuado (Figura V.4). En el apéndice A se describen mayores detalles históricos y tecnológicos.

Figura V.4. Medidor de Pirani.

Figura V.5. Intervalos de presión en los medidores de vacío.

En la selección de un medidor de presión es importante considerar de antemano el tipo de sistema con el cual se cuenta, el trabajo a realizarse, y las condiciones necesarias para medir la presión. Una manera sencilla de elegir el medidor adecuado a nuestros propósitos es tomar en cuenta los siguientes cinco puntos:

1) El intervalo de presión para el cual es requerido el medidor.

2) ¿Qué es importante saber?, la presión parcial de cada componente del gas o la presión total.

3) Considerar si la lectura del medidor depende del tipo de gas existente en la cámara.

4) La exactitud necesaria al medir.

5) El tipo de montadura del medidor.

Para dar una idea de la variedad de medidores que existen y los diferentes intervalos de presión en que trabajan, en la figura V.5 presentamos una gráfica con tales datos.

En general, se acostumbra llamar barómetros a los instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica, y manómetros a los que miden la presión de cualquier gas o vapor.