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Noviembre/Diciembre 2009
En camino

Se reemplazan los termómetros de mercurio en tubo de vidrio en los métodos de prueba de ASTM

Algunas pautas para una tarea compleja

Según el Manual de Forma y Estilo para las Normas de ASTM, el objetivo de los métodos de prueba de ASTM International es desarrollar un “procedimiento definitivo que produzca un resultado de prueba. Estos métodos suelen incluir aparatos o técnicas especiales, listas de equipos e instrucciones paso a paso sobre cómo usar el equipo para lograr el resultado de prueba deseado. Para que el método de prueba sirva, los métodos deberán producir un resultado fiable y comparable entre los usuarios para la realización de compras y la evaluación de laboratorios y de materiales (como ejemplos, cabe mencionar el punto de inflamación, la viscosidad, la densidad, etc.). Los métodos de prueba de ASTM tienen enunciados de precisión y parcialidad que indican la variabilidad esperada cuando se comparan series de resultados entre laboratorios, compradores y vendedores u otros grupos de usuarios. La temperatura es una variable importante en muchos métodos de prueba de ASTM.

Mientras se estaban desarrollando muchos métodos de pruebas manuales originales, los termómetros de mercurio en tubo de vidrio seguían siendo el patrón áureo para la medición de temperatura en los laboratorios de prueba industriales. Si bien los termómetros de resistencia de platino han funcionado como patrón primario de la temperatura desde 1927, los termómetros de mercurio tenían importantes ventajas para los métodos de prueba de ASTM: eran relativamente baratos de fabricar y fáciles de usar y brindaban resultados de medición bastante coherentes para lograr la precisión exigida para los métodos. Incluso en la actualidad, los termómetros de mercurio en tubo de vidrio siguen considerándose el patrón áureo, o de referencia, en algunas industrias.

De todos los líquidos termométricos, el mercurio sigue siendo el más repetible y reproducible. Otros líquidos alternativos podrán simular algunas de las cualidades del mercurio, pero tendrán serias limitaciones. La norma E2251 de ASTM, especificación para termómetros de ASTM con líquido en tubos de vidrio con líquidos de precisión de bajo riesgo, tiene una lista de termómetros con líquidos alternativos que pueden reemplazar a algunos de los termómetros de mercurio especificados en la norma E1 de ASTM, especificación para los termómetros con líquido en tubo de vidrio de ASTM. Sin embargo, el alcance y el uso de los termómetros enumerados es limitado.

Desde que comenzó la iniciativa de ASTM International sobre el mercurio en 2006, los comités técnicos de ASTM vienen lidiando con el tema de usar dispositivos alternativos para medir temperatura como sustitutos del enfoque de los termómetros de mercurio en tubo de vidrio tradicionales sin influir en los resultados de los métodos de prueba. Entre los dispositivos que se están teniendo en cuenta, están los termómetros de la norma ASTM E2251 y diversos termómetros electrónicos con lectura digital.

La mayoría de los termómetros de mercurio en tubo de vidrio incluidos en la norma E1 de ASTM fueron diseñados para un método de prueba o grupos de métodos específicos por el Subcomité E20.05 sobre termómetros e hidrómetros con líquido en tubos de vidrio, que forma parte del Comité E20 sobre medición de temperatura junto con los comités técnicos rectores de ASTM. El objetivo de los diseños de los termómetros solía ser brindar resultados coherentes entre quienes los usaran. Para tal fin, los diseños solían manipularse para obtener una repetibilidad óptima o para que sean fáciles de usar con el método sin que necesariamente se lograra precisión. Algunos ejemplos de esta manipulación pueden ser las asignaciones arbitrarias de temperatura en el vástago emergente para termómetros de inmersión parcial (como los termómetros de descongelación y cristalización de la norma 5C/5F de ASTM) o el uso de termómetros de bulbo expandido en los ensayos (termómetros condicionados a su temperatura más alta antes de usarse, como el termómetro calorimétrico de las normas 56C y 117C de ASTM).

Sigue siendo común en muchos métodos de prueba de ASTM el uso indebido en forma deliberada del termómetro de mercurio en tubo de vidrio. Un ejemplo de tal uso puede verse en los métodos de destilación. Los métodos manuales requieren que se sumerjan en forma parcial termómetros de inmersión total. Los métodos de prueba indican específicamente no corregir los efectos de la temperatura del vástago emergente, lo que degrada la precisión absoluta de la lectura del termómetro. La temperatura del vástago emergente es la temperatura ambiente que rodea a la porción de la columna líquida no sumergida. No necesariamente es la temperatura ambiente de la habitación o del lugar en general en donde se realiza la prueba. La magnitud del error depende del líquido termométrico usado y de la diferencia de temperatura que hay entre el medio que se mide y el entorno que rodea al vástago.

La mayoría de los termómetros electrónicos considerados como alternativas no se ven afectados, o lo son de forma mínima, por la temperatura del vástago emergente. Por consiguiente, en este tipo de método de prueba, como en muchos métodos de prueba de ASTM, el uso de un dispositivo de medición de temperatura alternativo puede brindar mediciones de temperatura más precisas, pero tal vez no reproduzca los valores del método de prueba aceptados anteriormente. Si se optara por una alternativa electrónica, se incorporaría otra parcialidad en el método. En general, debido a las manipulaciones de diseño exclusivo de los termómetros de la norma E1 de ASTM, los resultados que den los dispositivos alternativos de medición de temperatura en aparatos desarrollados para los termómetros de mercurio en tubo de vidrio de ASTM no podrán compararse en forma directa con los que se obtengan con el/los termómetro/s especificado/s en el método de prueba.

Cuando se evalúa un método de prueba de ASTM, el comité técnico primero debe determinar si el termómetro especificado está diseñado y fabricado para que se use con inmersión total o parcial según lo estipulado en la norma E1 de ASTM. Luego, el comité debe determinar si el termómetro especificado realmente se usa en el método de prueba o en el equipo del método de prueba en la inmersión especificada en la norma E1 de ASTM.

Los termómetros de inmersión total se calibran durante la fabricación para que den la lectura correcta cuando se introduzca toda la columna líquida en el medio que se medirá. El empleo correcto permite que haya aproximadamente 10 mm de la columna líquida por encima del nivel medio para que se pueda leer el termómetro. Los cambios de temperatura del medio exigen un ajuste en la profundidad de inserción del termómetro de inmersión total.

Por diseño, el termómetro de inmersión parcial da la lectura correcta cuando se lo introduce en un medio hasta una línea de inmersión determinada o en la profundidad de inmersión fijada y cuando la temperatura del vástago emergente coincide con el valor de la norma E1 de ASTM. Cuando se evalúan los métodos de ASTM, el comité técnico debe comparar las temperaturas reales del vástago emergente medidas alrededor del termómetro cuando se usa en el método de prueba con los establecidos en la norma E1. El punto mínimo de inmersión de un termómetro electrónico deber ser menor a la profundidad de inmersión del termómetro de vidrio especificado (para obtener más información, consulte la norma E1137/E1137M, especificación para los termómetros de resistencia de platino industriales).

Luego de la evaluación inicial, deberían seguirse los procedimientos que se describen a continuación para terminar la evaluación del comité:

  • Para que la sustitución sea simple en los métodos con especificaciones para los termómetros de inmersión total de la norma E1 de ASTM que se usan en las mediciones de temperatura estática (como, las normas 62C, 63C y 15C de ASTM), el método deberá usar el termómetro de mercurio en tubo de vidrio de ASTM en forma vertical y con inmersión total. En los casos en donde el termómetro no se sumerja bien, hará falta investigar para determinar la diferencia de temperatura obtenida usando el método con el termómetro tradicional y con el termómetro sustituto. Tal vez haga falta incorporar las diferencias encontradas en la norma revisada como una modificación en las lecturas del termómetro sustituto o tal vez deban desarrollarse enunciados de precisión y parcialidad para los métodos que usen el termómetro sustituto.
  • Para los métodos con especificaciones para los termómetros de inmersión parcial de la norma E1 de ASTM que se usan en las mediciones de temperatura estática (que no sean los termómetros de uso general de las normas 1C y F, 2C y F y 3C y F de ASTM), los termómetros de inmersión parcial que se usan en los métodos de prueba de ASTM tienen asignadas temperaturas del vástago emergente en la norma E1 de ASTM que se asignan para garantizar uniformidad o son temperaturas del vástago emergente que se encuentran en los dispositivos para los cuales fueron diseñados en un principio. Antes de admitir un termómetro alternativo, se deberá investigar para determinar la diferencia obtenida usando el método con el termómetro tradicional y el termómetro sustituto, que incluye los efectos en los cuadros, datos y enunciados de precisión y parcialidad.
  • Para los métodos con especificaciones de los termómetros de la norma E1 de ASTM que se usan para mediciones de temperatura ascendentes (por ejemplo, la 9C/9F y la 10C/10F de ASTM - Pensky Martens), además de los ejemplos antes citados, si el método de ASTM utiliza un método de calentamiento o enfriamiento, el comité debería evaluar los tiempos de respuesta térmica del/de los dispositivo/s alternativo/s en comparación con la del termómetro de mercurio en tubo de vidrio de ASTM. En general, los dispositivos electrónicos u otros tipos de termómetros con líquido en tubo de vidrio tendrán curvas de respuesta muy diferentes a las del termómetro de mercurio en tubo de vidrio especificado. La investigación deberá terminarse comparando los datos obtenidos con un dispositivo alternativo de geometría y construcción bien definidas y los termómetros de mercurio en tubo de vidrio especificados con muestras del mismo material de prueba. El comité deberá determinar los resultados en los cuadros, datos y enunciados de precisión y parcialidad.
termómetros

Este gráfico muestra la diferencia en los tipos de profundidad de inmersión de termómetros de líquido en vidrio parcial o total. En los termómetros de inmersión total, la flecha indica que la columna de líquido está a la profundidad del medio que se está midiendo. La flecha en la inmersión parcial indica que se ha sumergido hasta una línea marcada en el termómetro.

Si, luego de la evaluación, el comité técnico confía en que los dispositivos de medición de temperatura alternativos evaluados son adecuados en lugar del termómetro de mercurio en tubo de vidrio de la norma E1 de ASTM, se deberá someterse a votación un enunciado en este sentido como una revisión del método de prueba. También deberá hacerse un informe de investigación, si se ha desarrollado otro enunciado de precisión y parcialidad. El comité técnico deberá enunciar el tipo y el punto mínimo de inmersión exigido del/de los dispositivo/s de medición alternativo/s evaluado/s (termómetro de resistencia de platino, el termistor y el termopar o termómetro líquido alternativo de la norma ASTM E2251). En el caso de los sensores electrónicos, deberá incluirse la longitud y el diámetro de la vaina, junto con otra información relevante. En el caso de los termómetro líquidos alternativos, comuníquese con el presidente de la iniciativa sobre el mercurio (abajo encontrará la información para hacerlo) para obtener ayuda en la elección y el diseño del termómetro de la norma E2251 de ASTM

El Comité E20 de ASTM publica normas relacionadas con los termómetros de resistencia de platino, los termopares y los termómetros con otro líquido en tubo de vidrio que no sea el mercurio que pueda ayudarles a los comités a describir correctamente las exigencias técnicas de los dispositivos alternativos. Entre las normas, están la:

  • E1, especificación para los termómetros con líquido en tubo de vidrio de ASTM;
  • E608/E608M, especificación para termopares de metal con base forrada de metal y aislamiento de material mineral;
  • E1137/E1137M, especificación para termómetros de resistencia de platino industriales; y
  • E2251, especificación para termómetros de ASTM con líquido en tubos de vidrio con líquidos de precisión de bajo riesgo.

Para conocer los antecedentes de este trabajo, consulte el artículo “La ASTM y la iniciativa sobre el mercurio” publicado en la edición septiembre/octubre de 2008 de Standardization News de ASTM. Si necesita ayuda para la evaluación de una norma de ASTM, comuníquese con Christine DeJong de ASTM International, que integra el grupo de tarea del Comité E20 de ASTM sobre el mercurio (teléfono: 610-832-9736) o con Deanne Emory, presidente del grupo de trabajo, (teléfono: 718-821-7110).

El grupo de trabajo sobre el mercurio del Comité E20 está integrado por miembros que cuentan con experiencia en la medición de temperatura y el uso diferentes instrumentos de medición afines. El grupo ayuda a los comités de ASTM en la evaluación del posible reemplazo o eliminación de sus normas del mercurio o de los dispositivos que contengan mercurio.