El manómetro Pirani: principios de funcionamiento, aplicaciones y ventajas

El manómetro Pirani es un instrumento de conductividad térmica fiable utilizado para monitorizar presiones en sistemas de vacío. Fue inventado por Marcello Pirani en 1906. Al emplear eficazmente un termómetro de resistencia como elemento calefactor, el manómetro Pirani elimina la necesidad de un termopar para detectar la temperatura (como ocurre en el manómetro de termopar).

¿Qué es un manómetro Pirani?

Un manómetro Pirani es un medidor de conductividad térmica fiable empleado en sistemas de vacío para medir bajas presiones. Funciona suspendiendo un hilo metálico caliente en un tubo y exponiéndolo a un medio gaseoso a presión. Se utilizan hilos finos de tungsteno, níquel o platino para fabricar estos hilos metálicos calientes.

El dispositivo opera monitorizando el cambio en la conductividad térmica y utilizando esa información para calcular la presión del sistema. Este manómetro es adecuado para medir presiones en el rango de 0,1 a 100 pascales a presiones muy bajas. El manómetro Pirani se usa para medir presión a bajas presiones y alto vacío, empleando un gráfico basado en los datos obtenidos.

Construcción y funcionamiento del manómetro Pirani

Un filamento metálico (generalmente platino) se coloca en un tubo conectado al sistema cuyo vacío se va a medir. La conexión se realiza habitualmente mediante una junta de vidrio esmerilado o un conector metálico con brida, sellado con una junta tórica. El filamento está conectado a un circuito eléctrico del cual se obtiene una lectura de presión tras la calibración.

Cuando circula una corriente eléctrica a través de un hilo conductor (filamento de platino), este se calienta. Al chocar las moléculas de gas con el hilo y extraer calor, el hilo suspendido en el gas pierde calor hacia este. A medida que la presión del gas disminuye (por acción de las bombas de vacío), el número de moléculas presentes disminuye proporcionalmente, la conductividad del medio circundante baja y el hilo pierde calor más lentamente. Medir la pérdida de calor es una forma indirecta de determinar la presión.

Dado que la resistencia eléctrica de un hilo varía con su temperatura, la medición de la resistencia también indica la temperatura del hilo. Se utiliza un puente de Wheatstone para determinar el cambio de resistencia del filamento. Una vez calibrado, el cambio de resistencia del filamento del manómetro Pirani se convierte en una medida de la presión aplicada.

En diversos sistemas, el hilo se mantiene a una resistencia constante R gestionando la corriente I que lo atraviesa. Un circuito puente puede usarse para establecer la resistencia. Se aplica una potencia I²R al hilo, y la misma potencia se transfiere al gas. Por tanto, la corriente necesaria para alcanzar este equilibrio es una medida del vacío.

El manómetro puede manejar presiones desde 0,5 Torr hasta 10⁻³ Torr. Dado que la conductividad térmica y la capacidad calorífica del gas pueden alterar la lectura, el dispositivo puede necesitar calibración para obtener lecturas correctas. Otros instrumentos, como el manómetro Penning, se utilizan para medir presiones más bajas.

Ventajas y desventajas del manómetro Pirani

Ventajas:

• Son robustos y económicos.
• Producen resultados fiables a baja presión.
• La presión puede leerse a distancia.
• Es preferible al manómetro de termopar (otro tipo de medidor de conductividad térmica) porque es 10 veces más rápido y puede monitorizar un rango de presiones mayor.

Desventajas:

• El manómetro Pirani debe revisarse periódicamente.
• Debe calibrarse para diferentes gases.
• Su funcionamiento requiere electricidad.

Conclusión

El manómetro Pirani es un instrumento de conductividad térmica fiable utilizado en sistemas de vacío para medir bajas presiones. Funciona suspendiendo un hilo metálico caliente en un tubo y exponiéndolo a un medio gaseoso a presión. Se utilizan hilos finos de tungsteno, níquel o platino. En este artículo se han analizado la definición, aplicaciones, componentes, diagrama, funcionamiento, ventajas y desventajas del manómetro Pirani.