Manómetro de aire abierto para altas presiones montadas en la Torre Eiffel

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Manómetro de aire abierto para altas presiones


Fue al final de la construcción de la torre que Gustave Eiffel instaló un medidor de presión de aire libre para la medición de altas presiones. Esto era de gran interés en ese momento: por su alta precisión, tenía que ser capaz de calibrar los manómetros de nitrógeno o hidrógeno para experimentos de laboratorio o para la industria. La descripción a continuación fue hecha por el Sr. Cailletet, de la Academia de Ciencias, a quien Eiffel propuso esta instalación. Así vemos nuevamente el interés de la Torre Eiffel por la ciencia.


Disposición general

Los manómetros al aire libre son los únicos instrumentos que pueden, de manera práctica, precisa y con una aproximación constante, medir las presiones de los gases o líquidos. Por eso instalé, primero en la inclinación de una colina, y luego, más tarde, en el pozo artesiano de Butte-aux-Cailles, un manómetro de aire libre de más de 100 m. de altura.

Este arreglo ha sido imitado desde entonces por varios físicos. Pero las dificultades de maniobrar y observar un instrumento instalado en estas condiciones siempre dejan incertidumbres sobre la exactitud de los resultados. La construcción de la Torre Eiffel proporcionó condiciones excepcionales para el establecimiento de un medidor de presión al aire libre de 300 m, todos cuyos órganos, invariablemente ligados a la propia torre, eran accesibles al observador en cualquier lugar. su extensión. Gracias a la generosidad del Sr. Eiffel, la construcción de este instrumento es actualmente un hecho consumado.

La presión de 100 atmósferas medida por dicho manómetro no se puede mantener en un tubo de vidrio. Era necesario utilizar un tubo de acero suave de aproximadamente 4 mm de diámetro interno, conectado por su base a un recipiente que contenía mercurio. Al comprimir, con la ayuda de una bomba y de acuerdo con el dispositivo conocido, el agua en este mercurio, puede elevarse gradualmente hasta la parte superior de la torre.

La dirección inclinada de los pilares de la torre no permitió la instalación del tubo de acero en dirección vertical. Desde la base de la torre hasta la primera plataforma, es decir, hasta una altura de unos 60 m, este tubo se fija contra el plano inclinado de uno de los rieles del elevador. Una escalera de hierro lo sigue en toda su longitud.

Entre la primera y la segunda plataforma, es decir, en una altura aproximadamente igual a la anterior, el medidor de presión se instala contra la escalera de caracol. Se divide en varias secciones, no superpuestas en la misma vertical, debido a la oblicuidad del pilar, el tubo manométrico en sí está dividido en tantas partes y se inclina para ir desde una de estas escaleras a el otro, manteniendo una pendiente lo suficientemente grande como para asegurar el descenso del mercurio. Finalmente, desde la segunda plataforma hasta la cima, la melodía se organiza de la misma manera contra las dos escaleras de caracol verticales grandes.

De esta manera, la observación fácil está asegurada, como vemos, desde la base hasta la cima.


Detalle del dispositivo

La opacidad del tubo de acero que se opone a la lectura directa del nivel de mercurio, dispuesta a distancias iguales (aproximadamente 3 m en 3 m), en la trayectoria de este tubo, encaja un tornillo cónico que Cada uno se comunica con un tubo de vidrio vertical. Este tubo está provisto de una escala graduada, cuidadosamente trazada en madera barnizada, que experimenta solo variaciones insignificantes de longitud por los cambios de temperatura. Cuando una de estas válvulas se abre, el interior del tubo de acero se coloca en comunicación con el tubo de vidrio en el que el mercurio puede penetrar. La figura 330 muestra el detalle de uno de estos grifos.

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BC es el tubo de acero, D es la boquilla de metal en la cual el tubo de vidrio encaja con una goma, EF es la varilla roscada cuya punta cónica E abre o cierra la entrada del mercurio en el tubo de vidrio. Las arandelas de cuero G, comprimidas apretando la tuerca H, aseguran la hermeticidad del dispositivo. Desde la base de la Torre hasta la primera plataforma, como hemos dicho, la dirección del tubo de acero está inclinada. El dibujo a la izquierda de la figura 231 muestra la disposición de las válvulas y los tubos de vidrio, contra la escalera de servicio, en esta parte del aparato. El boceto a la derecha de la misma figura representa estos diversos órganos, desde el primer piso hasta la cima. Los tubos y los grifos están protegidos por un conjunto de cofres de madera cuyos dos lados opuestos se abren para permitir observaciones.

Para lograr, en un momento dado, una presión determinada, simplemente abra el grifo del tubo de vidrio que lleva la división correspondiente a esta presión; La bomba hidráulica está hecha para funcionar, y cuando el mercurio llega al grifo, sube al tubo de vidrio y al tubo de acero al mismo tiempo. Luego se lleva exactamente a la división deseada, actuando muy lentamente en la bomba hidráulica. Si, al hacerlo, se supera el nivel deseado, se deja salir una cierta cantidad de agua por una válvula de descarga situada cerca de la bomba. De este modo, el líquido que se escapa entra en un tubo de vidrio vertical graduado donde su altura indica el descenso correspondiente de la columna de mercurio.

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Esta maniobra, que se realiza en el laboratorio en la base del aparato (ver Fig. 233), se hace muy simple por medio de un teléfono que el observador lleva consigo, el cual, en cada toque, puede Estar conectado con la posición inferior. En la figura 231, T representa las piezas de contacto destinadas a establecer la comunicación telefónica. (Consulte también la Figura 232 a continuación).

Medición del manómetro a altas presiones

Medición del manómetro a altas presiones

Si, por alguna razón, el mercurio sale por la parte superior de los tubos de vidrio, se vierte en otro tubo de retorno de hierro, que se ve en XX en las figuras adjuntas y que lo devuelve a la base. del dispositivo. Las escalas graduadas que acompañan cada tubo de vidrio, no siempre superpuestas verticalmente, se procedió de la siguiente manera para conectar sus graduaciones.

Laboratorio de manómetro

Laboratorio de manómetro

La calificación de cada punto de la Torre es conocida de una manera muy precisa y ha proporcionado una serie de puntos de referencia. Para la conexión de dos reglas graduadas consecutivas, se utilizaron dos jarrones comunicantes llenos de agua, unidos por un tubo de goma, para encontrar, para la base de cada escalera, el plano horizontal correspondiente al nivel superior de la escalera. anterior. La graduación así realizada estuvo de acuerdo con la calificación de las distintas partes de la Torre.


Laboratorio

En el pilar oeste de la Torre, en la base del manómetro, está instalado el laboratorio (ver Fig. 233) que contiene la bomba del impulsor hidráulico, el contenedor de mercurio, el teléfono y otros accesorios. Entre estos, debemos mencionar especialmente un gran manómetro de metal M, relacionado con el líquido comprimido. Este manómetro lleva una primera graduación en atmósferas; una segunda graduación corresponde al número de pedido de los diversos grifos. Sabemos de antemano, de antemano, en qué tubo de vidrio debe subir el mercurio bajo una presión determinada, lo que permite encontrar sin vacilación la válvula a abrir para tener la posición exacta de su nivel.


Correcciones

El cálculo del valor exacto de la presión, según la altura de la columna de mercurio levantada, requiere para cada experimento un cierto número de correcciones que requieren el conocimiento de varios elementos. La temperatura cambia la densidad del mercurio y varía la altura de la torre y, en consecuencia, el tubo de presión. Un cálculo simple muestra que una diferencia de temperatura de 30 ° no cambia la altura de 1 dm, o 1/3000 de su valor. La corrección debida a la densidad variable del mercurio es más importante: sería aproximadamente 1 / 200e para la misma diferencia de 30 °. La medición de la temperatura promedio necesaria para esta doble corrección se obtiene mediante la variación de la resistencia eléctrica que comunica con el cable telefónico que sigue a la columna mercurial a lo largo de su curso. Los termómetros de registro colocados en cada plataforma dan a cada experimento una indicación suficiente. Los otros elementos de corrección son la compresibilidad del mercurio, los cambios en la presión atmosférica a medida que aumenta la columna.


Conclusiones

Después de completar estos experimentos, el Sr. Cailletet nos entregó la siguiente nota que resume los resultados prácticos que obtuvo:

"Las indicaciones precisas proporcionadas por el medidor de presión establecido en la Torre han hecho posible graduar los manómetros de metal de alta presión si ahora se emplean en diversas industrias. Los constructores de estas máquinas ahora tienen estándares graduados directamente en la Torre, lo que les permite graduarse en comparación con los manómetros que salen de sus talleres.

Sres. Schaeffer y Budenberg nos suministraron grandes medidores de metal y mediciones de presión de hasta 400 atmósferas. Después de varios años, estos dispositivos han conservado su sensibilidad y la precisión de sus indicaciones. Vale la pena recordar que los manómetros metálicos que antes estaban comercialmente disponibles dieron variaciones en sus indicaciones que a menudo ascienden a 10 o 12%.

El manómetro de la torre también se utilizó para graduar varios medidores de presión de gas de hidrógeno. Estos dispositivos, bajo la única condición de ser observados siempre a la misma temperatura, que se obtiene al mantener el tubo del aparato en un cuerpo de agua a una temperatura constante y exactamente conocida, dan muchas determinaciones. exactitud. Pude evitar manipulaciones a largo plazo de la medición directa de la presión con el gran manómetro al aire libre y, mientras permanecía en el laboratorio, medir con la misma precisión las altas presiones bajo las cuales operaba. En este caso, utilicé dos manómetros de hidrógeno acoplados, cuyas indicaciones simultáneas se controlaron entre ellos.

Es por este método que, en un trabajo realizado, con M. Colardeau, sobre la tensión del vapor hasta su punto crítico, hemos podido determinar con gran precisión las presiones correspondientes a cada una de las temperaturas observadas."


La torre Eiffel


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