Un hidrómetro o lactómetro es un instrumento que se utiliza para medir la densidad o la densidad relativa de líquidos basándose en el concepto de flotabilidad . Normalmente están calibrados y graduados con una o más escalas como la gravedad específica .
Un hidrómetro generalmente consta de un tubo de vidrio hueco sellado con una parte inferior más ancha para flotabilidad , un lastre como plomo o mercurio para estabilidad y un vástago estrecho con graduaciones para medir. El líquido a probar se vierte en un recipiente alto, a menudo un cilindro graduado , y el hidrómetro se baja suavemente dentro del líquido hasta que flota libremente. El punto en el que la superficie del líquido toca el vástago del hidrómetro se correlaciona con la densidad relativa. Los hidrómetros pueden contener cualquier número de escalas a lo largo del vástago que corresponden a propiedades que se correlacionan con la densidad.
Los hidrómetros están calibrados para diferentes usos, como un lactómetro para medir la densidad (cremosidad) de la leche, un sacarómetro para medir la densidad del azúcar en un líquido o un alcoholímetro para medir niveles más altos de alcohol en bebidas espirituosas .
El hidrómetro utiliza el principio de Arquímedes : un sólido suspendido en un fluido es impulsado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por la parte sumergida del sólido suspendido. Cuanto menor sea la densidad del fluido, más se hundirá un hidrómetro de un peso determinado; el vástago está calibrado para dar una lectura numérica.
El hidrómetro probablemente se remonta al filósofo griego Arquímedes (siglo III a. C.), quien utilizó sus principios para encontrar la densidad de varios líquidos. [1] [2] Una descripción temprana de un hidrómetro proviene de un poema latino, escrito en el siglo II d. C. por Remnio, quien comparó el uso de un hidrómetro con el método de desplazamiento de fluido utilizado por Arquímedes para determinar el contenido de oro de la corona de Hierón II . [3]
Hipatia de Alejandría ( 350-370 a. C.; 415 d . C.), una importante matemática griega, es la primera persona tradicionalmente asociada con el hidrómetro. [3] En una carta, Sinesio de Cirene le pide a Hipatia, su maestra, que le fabrique un hidrómetro:
El instrumento en cuestión es un tubo cilíndrico, que tiene la forma de una flauta y es aproximadamente del mismo tamaño. Tiene muescas en una línea perpendicular, por medio de las cuales podemos probar el peso de las aguas. Un cono forma una tapa en uno de los extremos, estrechamente ajustado al tubo. El cono y el tubo tienen una sola base. Esta se llama barilio. Siempre que se coloca el tubo en el agua, permanece erecto. Entonces se pueden contar las muescas a gusto y de esta manera determinar el peso del agua. [4]
Según la Enciclopedia de la Historia de la Ciencia Árabe , fue utilizado por Abū Rayhān al-Bīrūnī en el siglo XI y descrito por Al-Khazini en el siglo XII. [5] Fue redescubierto en 1612 por Galileo y su círculo de amigos, y utilizado en experimentos especialmente en la Accademia del Cimento. [6] Apareció de nuevo en la obra de 1675 de Robert Boyle (quien acuñó el nombre de "hidrómetro" ), [3] con tipos ideados por Antoine Baumé (la escala Baumé ), William Nicholson y Jacques Alexandre César Charles a finales del siglo XVIII, [7] más o menos contemporáneamente con el descubrimiento de Benjamin Sikes del dispositivo por el cual el contenido alcohólico de un líquido puede determinarse automáticamente. El uso del dispositivo de Sikes se hizo obligatorio por la ley británica en 1818. [8]
El hidrómetro se hunde más profundamente en líquidos de baja densidad, como queroseno , gasolina y alcohol , y menos profundamente en líquidos de alta densidad, como salmuera , leche y ácidos . Es habitual que los hidrómetros que se utilizan con líquidos densos tengan la marca 1.000 (para agua) cerca de la parte superior del vástago, y los que se utilizan con líquidos más ligeros tengan 1.000 cerca de la parte inferior. En muchas industrias se utiliza un conjunto de hidrómetros (1.0–0.95, 0.95–.) para tener instrumentos que cubran el rango de gravedades específicas que se pueden encontrar.
Los hidrómetros modernos suelen medir la gravedad específica , pero en determinadas industrias se utilizaban (y a veces todavía se utilizan) escalas diferentes. Algunos ejemplos son:
Los hidrómetros especializados suelen recibir su nombre por su uso: un lactómetro, por ejemplo, es un hidrómetro diseñado especialmente para su uso con productos lácteos. A veces se los conoce con este nombre específico, a veces como hidrómetros.
Un alcoholímetro es un hidrómetro que indica la graduación alcohólica de líquidos que son esencialmente una mezcla de alcohol y agua. También se lo conoce como hidrómetro de prueba y de Tralles (por Johann Georg Tralles , pero comúnmente escrito incorrectamente como traille y tralle ). Mide la densidad del fluido. Cuando no hay azúcar u otras sustancias disueltas, la gravedad específica de una solución de etanol en agua se puede correlacionar directamente con la concentración de alcohol. Los sacarómetros para medir mezclas de azúcar y agua miden densidades mayores que el agua. Muchos tienen escalas marcadas con porcentajes de volumen de "alcohol potencial", según una gravedad específica calculada previamente. Una lectura de "alcohol potencial" más alta en esta escala se debe a una gravedad específica mayor, que se supone que se debe a la introducción de azúcares disueltos o material a base de carbohidratos. Se toma una lectura antes y después de la fermentación y el contenido de alcohol aproximado se determina restando la lectura posterior a la fermentación de la lectura previa a la fermentación. [10]
Estos instrumentos eran importantes para determinar los impuestos y se podían especificar los instrumentos de cada fabricante. Bartholomew Sikes tenía un monopolio en el Reino Unido y Mary Dicas y su familia disfrutaban de un monopolio similar en los Estados Unidos. [11]
El lactómetro se utiliza para comprobar la pureza de la leche de vaca. La gravedad específica de la leche no proporciona una indicación concluyente de su composición, ya que la leche contiene una variedad de sustancias que son más pesadas o más ligeras que el agua. Se necesitan pruebas adicionales para determinar el contenido de grasa para determinar la composición general. El instrumento está graduado en cien partes. Se vierte la leche y se deja reposar hasta que se forme la crema; luego, la profundidad del depósito de crema en grados determina la calidad de la leche. Si la muestra de leche es pura, el lactómetro flota más alto que si está adulterada o impura. [12] [13]
Un sacarómetro es un tipo de hidrómetro utilizado para determinar la cantidad de azúcar en una solución, inventado por Thomas Thomson . [14] Lo utilizan principalmente los enólogos y cerveceros , [15] y también se puede utilizar para hacer sorbetes y helados. [16] El primer sacarómetro de cervecero fue construido por Benjamin Martin (con la destilación en mente), e inicialmente utilizado para la elaboración de cerveza por James Baverstock Sr en 1770. [17] Henry Thrale adoptó su uso y más tarde fue popularizado por John Richardson en 1784. [18]
Consiste en un bulbo de vidrio grande con peso y un tallo delgado que se eleva desde la parte superior con marcas calibradas. El nivel de azúcar se puede determinar leyendo el valor donde la superficie del líquido cruza la escala. Cuanto mayor sea el contenido de azúcar, más densa será la solución y, por lo tanto, más alto flotará el bulbo.
Un termohidrómetro es un hidrómetro que tiene un termómetro encerrado en la sección del flotador. Para medir la densidad de productos derivados del petróleo, como los fueloils, la muestra se suele calentar en una camisa de temperatura con un termómetro colocado detrás de ella, ya que la densidad depende de la temperatura. Los aceites ligeros se colocan en camisas de refrigeración, normalmente a 15 °C. Los aceites muy ligeros con muchos componentes volátiles se miden en un recipiente de volumen variable utilizando un dispositivo de muestreo de pistón flotante para minimizar las pérdidas en el extremo ligero. [19]
El estado de carga de una batería de plomo-ácido se puede estimar a partir de la densidad de la solución de ácido sulfúrico utilizada como electrolito . Un hidrómetro calibrado para leer la gravedad específica relativa al agua a 60 °F (16 °C) es una herramienta estándar para el mantenimiento de baterías de automóviles . Se utilizan tablas para corregir la lectura a la temperatura estándar. Los hidrómetros también se utilizan para el mantenimiento de baterías de níquel-cadmio de celda húmeda para garantizar que el electrolito tenga la resistencia adecuada para la aplicación; para esta química de batería, la gravedad específica del electrolito no está relacionada con el estado de carga de la batería.
Un hidrómetro de batería con termómetro (termohidrómetro) mide la gravedad específica compensada por la temperatura y la temperatura del electrolito.
Otro uso de los hidrómetros en la industria automotriz es comprobar la calidad de la solución anticongelante utilizada para enfriar el motor. El grado de protección contra la congelación puede estar relacionado con la densidad (y, por lo tanto, la concentración) del anticongelante; los distintos tipos de anticongelante tienen diferentes relaciones entre la densidad medida y el punto de congelación.
Un acidómetro, o acidímetro, es un hidrómetro utilizado para medir la gravedad específica de un ácido . [20]
Se calibra un barcómetro para comprobar la fuerza de los licores curtientes utilizados para curtir cuero . [21]
Un salinómetro es un hidrómetro que se utiliza para medir el contenido de sal del agua de alimentación de una caldera de vapor marina.
Un urinómetro es un hidrómetro médico diseñado para el análisis de orina . Como la gravedad específica de la orina está determinada por la proporción de solutos (residuos) y agua, un urinómetro permite evaluar rápidamente el nivel general de hidratación de un paciente.
El análisis hidrómetro es el proceso mediante el cual se clasifican los suelos, limos y arcillas de grano fino . El análisis hidrómetro se realiza si los tamaños de grano son demasiado pequeños para el análisis granulométrico . La base de esta prueba es la Ley de Stoke para la caída de esferas en un fluido viscoso en el que la velocidad terminal de caída depende del diámetro del grano y de las densidades del grano en suspensión y del fluido. De este modo, el diámetro del grano se puede calcular a partir del conocimiento de la distancia y el tiempo de caída. El hidrómetro también determina la gravedad específica (o densidad) de la suspensión, y esto permite calcular la fracción de partículas de un cierto diámetro de partícula equivalente. [22]
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