Pirómetro de Wedgwood

El pirómetro de Wedgwood es un instrumento para medir temperaturas por encima de 356°C como las encontrados en un horno para cerámica o metalurgia.

Incluso hoy en día, abrir un horno de mufla caliente tiene una peculiar emoción. Si hace suficiente calor, uno se enfrenta no sólo al feroz calor radiante, sino también a la casi invisibilidad del crisol, que se camufla mágicamente en el brillo uniforme del interior.

Infografia pirómetro de Wedgwood

Temperaturas elevadas

Si uno es escéptico sobre cómo se pudo haber logrado la transformación que sufrió la materia en un horno, uno podría también preguntarse cómo los operadores habrían sabido la temperatura. El problema -como diría el gran pionero de la cerámica, Josiah Wedgwood- era que «el calor rojo, rojo brillante o blanco son expresiones indeterminadas» y «no pueden expresarse con palabras ni ser discriminados por el ojo». Él proporcionaría una solución inicial.

Vida de Josiah Wedgwood

Nacido en una familia de alfareros, su educación formal terminó abruptamente con la muerte de su padre. En cambio, fue aprendiz de su hermano para aprender «el arte, el misterio y el oficio o el empleo de lanzador y manipulador». Y podría haber seguido siendo un mero alfarero de no ser por un accidente – en su adolescencia su rodilla quedó lisiada por la viruela, dejándole incapaz de trabajar en el torno de lanzamiento que era tan crucial para su oficio.

Josiah Wedgwood. Alfarero y químico inglés (1730 - 1795). Inventó un sistema para medir el calor extremo de los hornos y calderas
Josiah Wedgwood. Alfarero y químico inglés (1730 – 1795). Inventó un sistema para medir el calor extremo de los hornos y calderas

Su discapacidad le dio tiempo para estudiar y pensar en las otras etapas de la producción, probando nuevas formulaciones tanto para la cerámica como para los nuevos esmaltes para decorarla. Pero el hermano de Josiah era escéptico de sus ideas, así que cuando el aprendizaje terminó, se puso en marcha por su cuenta. Desarrolló su negocio, pasando largas horas en su taller; sus meticulosos cuadernos documentan más de 5000 experimentos.

En 1762, su rodilla volvió a ser el instrumento del destino. Después de una mala caída, su médico le presentó a un rico y bien educado hombre de negocios, Thomas Bentley, que le abriría el mundo clásico, y redefiniría el gusto del ambicioso Josiah. Su amistad se cimentó en intensos intercambios de cartas, a través de los cuales el mundano Bentley alimentó la imaginación de Wedgwood. Más tarde Wedgwood entró en contacto con Erasmus Darwin, y estuvieron entre los fundadores de la Sociedad Lunar, un grupo de entusiastas que se reunían regularmente para intercambiar ideas. A este grupo informal pero revolucionario se uniría Joseph Priestley, para quien Wedgwood produjo aparatos a medida.

El negocio creció rápidamente, apuntalado por el refinamiento, la calidad suprema y la innovación constante. Pero, aunque Wedgwood tuvo un enorme cuidado con la pureza de sus materiales de partida, la formulación precisa de sus lotes de cerámica, y la formación y la moral de su personal, un control de temperatura poco fiable presentaba un riesgo para el negocio.

El desafío del control de temperatura

La expansión de las varillas de metal parecía cuantitativa, pero tratar de medir su longitud al calor rojo era poco práctico. Las composiciones de vidrio que cambiaban de color resultaron ser poco fiables. Wedgwood tuvo entonces la idea de disparar discos de arcilla, dopados con óxido de hierro. Cuando se cocinaban en un horno se oscurecían desde el beige, pasando por el marrón chocolate hasta el negro, un color que dependía de la temperatura alcanzada. Sin embargo, siempre perfeccionista, le preocupaba que los «vapores flogistas» del horno contaminaran sus discos de prueba, provocando una decoloración espuria.

Pero la arcilla se contrajo al calentarse. A diferencia de una varilla de metal, la longitud no cambiaba al enfriarse. Así que Wedgwood moldeó cilindros de la más pura arcilla de Cornualles, y un calibrador de latón con una ranura cónica. Después de sacarlo del horno, se podía empujar un tapón encendido a lo largo de la ranura hasta que se atascaba. Una escala grabada en el lado del medidor cuantificaba el grado exacto de contracción. Ahora tenía su propia escala de temperatura, grados Wedgwood.

Wedgwood difunde su hallazgo

Su papel en la Royal Society fue leído por Joseph Banks en mayo de 1782 y al año siguiente fue elegido miembro. Un segundo documento mejoró el método e intentó casar su escala con la del termómetro de mercurio de Daniel Fahrenheit. Para los científicos de toda Europa, el de Wedgwood era el único método de medición de temperatura confiable.

Escala de Wedgwood junto con sus cilindros e instrucciones
Escala de Wedgwood junto con sus cilindros e instrucciones

Sólo después de la muerte de Wedgwood en 1795 surgieron verdaderas dudas sobre la fiabilidad del pirómetro de Wedgwood de arcilla. En Francia, el químico Louis-Bernard Guyton de Morveau presentó un nuevo termómetro de alta temperatura, basado en la misma expansión térmica que Wedgwood había rechazado: una varilla de platino desplazaba una palanca que empujaba una alidada a lo largo de una escala. Después de enfriarse, podía ser leída, reiniciada y reemplazada en el horno. Con ello, Guyton demostró que la escala de Wedgwood necesitaba una seria revisión. Los termopares y los pirómetros ópticos eventualmente tomarían el control.

Escala de Wedgwood

La escala de Wedgwood (°W) es una escala de temperatura obsoleta, que se utilizó para medir las temperaturas por encima del punto de ebullición del mercurio de 356 °C (673 °F). La medición se basaba en el encogimiento de la arcilla cuando se calentaba por encima del calor rojo, y el encogimiento se evaluaba comparando los cilindros de arcilla calentados y no calentados. La escala comenzó a 1.077,5 °F (580,8 °C) siendo 0° Wedgwood y tenía 240 divisiones de 130 °F (54 °C). Tanto el origen como el escalón se encontraron más tarde inexactos.

Escala de Wedgwood junto con sus cilindros e instrucciones
Pirómetro de Wedgwood, Cortesía del museo Galileo

El punto de ebullición del mercurio limita el termómetro de mercurio en vidrio a temperaturas inferiores a 356 °C, lo que es demasiado bajo para muchas aplicaciones industriales como la alfarería, la fabricación de vidrio y la metalurgia. Para resolver este problema, el alfarero inglés Josiah Wedgwood propuso, en el siglo XVIII, un método para medir las temperaturas en sus hornos. Su método y su escala de temperatura fueron entonces ampliamente adoptados en las aplicaciones científicas y técnicas. Fueron abandonados después de la invención de tipos precisos de pirómetros, por ejemplo, el pirómetro de John Frederic Daniell en 1830.

Puntos de referencia de la escala

El origen (0°) en la escala de Wedgwood se fijó en la temperatura de inicio del calor rojo, 580,8 °C (1.077,5 °F). La escala tenía 240 divisiones de 54 °C (130 °F) y se extendía hasta 17.914 °C (32.277 °F). Wedgwood intentó comparar su escala con otras escalas midiendo la expansión de la plata en función de la temperatura. También determinó los puntos de fusión de tres metales, a saber, el cobre (27 °W o 4.587 °F (2.531 °C)), la plata (28 °W o 4.717 °F (2.603 °C)) y el oro (32 °W o 5.237 °F (2.892 °C)). Todos estos valores son al menos 1.370 °C (2.500 °F) demasiado altos.

Método de medición

Un cilindro de 0,5 pulgadas de diámetro hecho de arcilla se secaba a la temperatura del agua hirviendo. Esto lo prepararía para calentarlo en el horno en el que se iba a medir la temperatura. Durante el recocido, la sinterización (fusión) de las partículas finas daba lugar a la contracción de la arcilla. Después del enfriamiento, la temperatura se evaluaba a partir de la diferencia de diámetro antes y después del calentamiento, asumiendo que la contracción es lineal con la temperatura.

Para facilitar el cálculo de la temperatura, Wedgwood construyó un dispositivo que leía directamente la temperatura. Se fijaron dos barras de metal con escamas, una encima de la otra en una placa de metal y se inclinaron en un pequeño ángulo. El espacio entre las barras era de 0,5 pulgadas en un extremo y de 0,3 pulgadas en el extremo inferior. La escala se dividió en 240 partes equidistantes. La pieza de arcilla sin calentar encajaría en el hueco de 0,5 pulgadas dando la lectura de temperatura cero. Después del recocido, el cilindro de arcilla se encogería y encajaría en algún lugar entre los extremos izquierdo y derecho de las barras, y la temperatura podría ser leída en las escalas de las barras.

Para más información Wedgwood pyrometer