Hidrómetro

Dibujo esquemático de un hidrómetro. Cuanto menor sea la densidad del fluido, más profunda es la flota ponderada B fregaderos. La profundidad se lee de la escala A.

Un hidrómetro o lactómetro es un instrumento utilizado para medir la densidad o densidad relativa de líquidos basado en el concepto de flotabilidad. Por lo general, 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 la flotabilidad, un lastre como plomo o mercurio para la 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 sumerge suavemente en el líquido hasta que flote 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 correspondientes a las 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 alcoholómetro para medir niveles más altos de alcohol en licores.

El hidrómetro utiliza Arquímedes' principio: un sólido suspendido en un fluido es empujado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por la parte sumergida del sólido suspendido. Cuanto menor es la densidad del fluido, más profundo se hunde un hidrómetro de un peso dado; el vástago está calibrado para dar una lectura numérica.

Historia

Hidrometro de Física Práctica

El hidrómetro probablemente se remonta al filósofo griego Arquímedes (siglo III a. C.) quien usó sus principios para encontrar la densidad de varios líquidos. Una de las primeras descripciones de un hidrómetro proviene de un poema en latín, escrito en el siglo II d.C. por Remnius, quien comparó el uso de un hidrómetro con el método de desplazamiento de fluidos utilizado por Arquímedes para determinar el contenido de oro de la corona de Hierón II..

Hypatia de Alejandría (siglos IV-V d. C.), una importante matemática griega, es la primera persona tradicionalmente asociada con el hidrómetro. En una carta, Sinesio de Cirene le pide a Hipatia, su maestra, que le haga un hidrómetro:

El instrumento en cuestión es un tubo cilíndrico, que tiene la forma de una flauta y es de aproximadamente el mismo tamaño. Tiene muletas en una línea perpendicular, por medio de la cual podemos probar el peso de las aguas. Un cono forma una tapa en una de las extremidades, estrechamente equipada con el tubo. El cono y el tubo sólo tienen una base. Esto se llama el bario. Cada vez que coloca el tubo en el agua, permanece erecto. Usted puede entonces contar las muescas a su facilidad, y de esta manera determinar el peso del agua.

Según la Enciclopedia de Historia de la Ciencia Árabe, fue utilizada por Abū Rayhān al-Bīrūnī en el siglo XI y descrita por Al-Khazini en el siglo XII. Fue redescubierto en 1612 por Galileo y su círculo de amigos, y se utilizó en experimentos, especialmente en la Accademia del Cimento. Apareció nuevamente en la obra de 1675 de Robert Boyle (quien acuñó el nombre "hidrómetro"), con tipos ideados por Antoine Baumé (la escala Baumé), William Nicholson y Jacques Alexandre. César Charles a finales del siglo XVIII, más o menos al mismo tiempo que Benjamin Sikes' descubrimiento del dispositivo mediante el cual se puede determinar automáticamente el contenido alcohólico de un líquido. La ley británica hizo obligatorio el uso del dispositivo Sikes en 1818.

Rangos

El hidrómetro se hunde más profundamente en líquidos de baja densidad como queroseno, gasolina y alcohol, y menos profundo 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.

Escalas

Un trabajador de la NASA usando un hidrómetro para medir la densidad de un estanque de evaporación de sal.

Los hidrómetros modernos generalmente miden la gravedad específica, pero en ciertas industrias se usaban (y a veces todavía se usan) diferentes escalas. Ejemplos incluyen:

• La gravedad de la API, utilizada universalmente por la industria del petróleo.
• Escala Baumé, utilizada anteriormente en química industrial y farmacología
• Escala Brix, utilizada principalmente en jugo de frutas, elaboración de vinos y la industria del azúcar
• Escala Oechsle, utilizada para medir la densidad de la uva
• Escala de plato, utilizada principalmente en la producción de cerveza
• Escala de Twaddell, utilizada anteriormente en las industrias de blanqueamiento y teñido

Hidrómetros especializados

Los hidrómetros especializados se nombran con frecuencia por su uso: un lactómetro, por ejemplo, es un hidrómetro diseñado especialmente para su uso con productos lácteos. A veces se los denomina con este nombre específico, a veces como hidrómetros.

Alcoholómetro

Un alcoholímetro es un hidrómetro que indica el grado alcohólico de líquidos que son esencialmente una mezcla de alcohol y agua. También se conoce como hidrómetro de prueba y Tralles (después de Johann Georg Tralles, pero comúnmente mal escrito 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 puede estar directamente relacionada 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", en función de una gravedad específica calculada previamente. Un mayor "alcohol potencial" la lectura en esta escala es causada por una mayor gravedad específica, que se supone que es causada por la introducción de azúcares disueltos o material a base de carbohidratos. Se toma una lectura antes y después de la fermentación y se determina el contenido de alcohol aproximado restando la lectura posterior a la fermentación de la lectura previa a la fermentación.

Lactómetro

Se utiliza un lactómetro para comprobar la pureza de la leche de vaca. La gravedad específica de la leche no da una indicación concluyente de su composición ya que la leche contiene una variedad de sustancias que son más pesadas o más livianas que el agua. Se necesitan pruebas adicionales para 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 forma 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; si está adulterado o impuro, el lactómetro se hunde.

Sacarómetro

Un Saccharometer del siglo XX.

Un sacarómetro es un hidrómetro que se utiliza para determinar la cantidad de azúcar en una solución, inventado por Thomas Thomson. Es utilizado principalmente por enólogos y cerveceros, y también se puede utilizar en la elaboración de sorbetes y helados. Los primeros cerveceros' El sacarómetro fue construido por Benjamin Martin (con la destilación en mente), y James Baverstock Sr. lo utilizó inicialmente para elaborar cerveza en 1770. Henry Thrale adoptó su uso y luego fue popularizado por John Richardson en 1784.

Consiste en un gran bulbo de vidrio con peso con 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.

Termohidrómetro

Un termohidrómetro es un hidrómetro que tiene un termómetro encerrado en la sección del flotador. Para medir la densidad de los productos del petróleo, como los aceites combustibles, la muestra generalmente se calienta en una camisa de temperatura con un termómetro colocado detrás, ya que la densidad depende de la temperatura. Los aceites livianos se colocan en camisas de enfriamiento, generalmente a 15 °C. Los aceites muy livianos con muchos componentes volátiles se miden en un contenedor de volumen variable utilizando un dispositivo de muestreo de pistón flotante para minimizar las pérdidas de la fracción ligera.

Hidrómetro de batería

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 16 °C (60 °F) es una herramienta estándar para el mantenimiento de baterías de automóviles. Las tablas se utilizan 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 fuerza 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 con compensación de temperatura y la temperatura del electrolito.

Probador de anticongelante

Otro uso automotriz de los hidrómetros es probar la calidad de la solución anticongelante utilizada para enfriar el motor. El grado de protección contra congelamiento puede estar relacionado con la densidad (y por lo tanto la concentración) del anticongelante; diferentes tipos de anticongelante tienen diferentes relaciones entre la densidad medida y el punto de congelación.

Acidómetro

Un acidómetro (a veces escrito acidímetro) es un hidrómetro que se utiliza para medir la gravedad específica de un ácido.

Barcómetro

Se calibra un barkómetro para probar la fuerza de los licores de curtido utilizados en el curtido del cuero.

Salinómetro

Un salinómetro es un hidrómetro que se utiliza para medir el contenido de sal del agua de alimentación de una caldera de vapor marina.

Urinómetro

Un urinómetro es un hidrómetro médico diseñado para análisis de orina. Como la gravedad específica de la orina está dictada por su proporción de solutos (desechos) a agua, un urinómetro permite evaluar rápidamente el nivel general de hidratación de un paciente.

Galería

• 

  Un medidor de alcohol en una quietud.

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  Lactometer

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  Indicador de condición de batería para medir la carga de la batería (~1985).

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  El probador anticongelante mide el punto de congelación del refrigerante del motor.

Uso en análisis de suelos

Un análisis hidrómetro es el proceso mediante el cual se clasifican los suelos de grano fino, los limos y las arcillas. El análisis hidrómetro se realiza si los tamaños de grano son demasiado pequeños para el análisis de tamiz. La base para esta prueba es la Ley de Stoke para 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. El diámetro del grano, por lo tanto, 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 el porcentaje de partículas de un cierto diámetro de partícula equivalente.