¿Cómo funciona un termómetro?

El termómetro es uno de los muchos objetos de uso cotidiano que todos tenemos por casa, o vemos de forma habitual por la calle, y que simplemente damos por sentados. Usamos los termómetros cuando los necesitamos -cuando nos sentimos enfermos, por ejemplo, o cuando queremos regular la calefacción- y los volvemos a guardar o nos olvidamos de ellos, sin plantearnos nunca toda la complejidad que encierran estos pequeños y útiles aparatos.

Piénsalo, ¿alguna vez te has planteado, realmente, cómo funciona un termómetro? Pues este puede ser un buen momento para descubrirlo. Vamos a conocer a fondo estos aparatos: sus orígenes, su interesante funcionamiento y qué tipos de termómetro hay. ¡Vamos allá!

¿Cómo funciona un termómetro y para qué sirve?

Los termómetros, estos imprescindibles instrumentos de medición cuyos orígenes se remontan hasta el primer termoscopio inventado por Galileo en el s. XVII, sirven, evidentemente, para medir la temperatura. Podemos utilizarlos tanto para medir la temperatura de nuestros cuerpos como la temperatura ambiente en una estancia o en el exterior. Pero, ¿esto cómo se consigue?
Los termómetros clásicos, son termómetros analógicos, y basan su funcionamiento en las propiedades mecánicas de diferentes compuestos. Podemos diferenciar dos grupos los termómetros de expansión de líquido o gas y los termómetros bimetálicos.

Los líquidos más utilizados actualmente son compuestos alcohólicos pero siguen siendo apreciados por su precisión otros elementos en estado líquido como el mercurio o el galio. Los gases utilizados han de ser inertes y el más utilizado por su bajo coste y disponibilidad es el nitrógeno.

El líquido o gas se expande y se contrae en respuesta a los cambios de temperatura. ¿Por qué sucede esto? Muy sencillo: por el aumento de la energía cinética (o movimiento) que se produce en los átomos al subir la temperatura. Dicho de otra forma: cuanto más calor hace, con mayor rapidez se mueven las moléculas del líquido. Y ese movimiento de dilatación o contracción se traduce, en la escala visible del termómetro, en un valor numérico.

En los termómetros de líquido, éste se encuentra dentro de un tubo de cristal transparente llamado capilar que nos permite comprobar el grado de expansión y así realizar la medición de temperatura. En los de gas el capilar puede ser metálico o de compuestos plásticos ya que no se mide la expansión visualmente, sino que este gas está vinculado a un tubo bourdon que convierte la presión ejercida por el gas en movimientos de una aguja asociada a una escala.

Los termómetros de tira bimetálica o simplemente bimetálicos son similares a los de expansión de gas en cuanto que los dos presentan la temperatura en una escala circular o dial. Sin embargo, los termómetros bimetálicos utilizan como elemento sensor una tira que se compone de dos finas placas rectas o arrolladas de diferentes metales soldadas entre sí, de ahí su nombre, tira bimetálica. Estos metales tienen un coeficiente de dilatación diferente y por tanto las variaciones de temperatura producen un movimiento de torsión o contracción-expansión. Este movimiento es el que se transmite a la escala.

Tanto en los termómetros de expansión como en los bimetálicos la escala es una división numérica en la que a los puntos de congelación y ebullición del agua se le asignan unos valores arbitrarios.

En la escala Celsius, la más usada y conocida, estos valores son 0º y 100º, respectivamente. No obstante, hay otras escalas como la Fahrenheit usada esencialmente en países anglosajones y la escala Kelvin asociada con la investigación científica. Gracias a estas escalas, podemos asignar un valor numérico a la temperatura. Ese es el funcionamiento básico de un termómetro analógico.

Entonces... ¿cómo funciona un termómetro digital?

Hay 2 grandes diferencias entre los termómetros digitales y los analógicos, la primera es la manera en que presentan los valores numéricos de temperatura, los digitales usan valores discretos, los analógicos presentan valores continuos.

Existen diferentes tipos de termómetro digital, podemos distinguir dos grandes grupos de acuerdo con el principio de medida que utilizan, los termómetros infrarrojos y los basados en sensores eléctricos.
Estos últimos no basan sus mediciones en propiedades mecánicas como los analógicos, sino eléctricas. La variación de temperatura en este caso altera las propiedades eléctricas del elemento sensor- generalmente una aleación metálica- aumentando o reduciendo su conductividad. El resultado de estas variaciones se muestra en una pantalla LCD.

Los termómetros infrarrojos también se conocen como termómetros láser porque la mayoría cuenta con uno o varios punteros láser que nos ayudan a apuntar correctamente el instrumento. Otro nombre para estos instrumentos es termómetros de pistola por la forma con que se construyen habitualmente.

Los termómetros infrarrojos, láser o de pistola utilizan un principio muy diferente aunque presentan la información de la misma manera. Estos termómetros utilizan la radiación infrarroja que desprende cualquier cuerpo cuya temperatura se encuentre por encima del cero absoluto. El termómetro recibe la radiación infrarroja emitida por la superficie del objeto a medir y la enfoca mediante una lente en un sensor que la transforma en un impulso eléctrico. Para una correcta medición se ha de conocer la emisividad. La emisividad de una superficie u objeto es la efectividad para emitir energía en forma de radiación térmica. Se mide en una escala de 0 a 1, siendo 1 el máximo correspondiente a un cuerpo negro o emisor perfecto. La distancia a la que se realiza la medición es determinante y por ello debemos conocer las características de la lente del instrumento, concretamente su profundidad de campo o D:S (distance-to-spot ratio).

Estos termómetros presentan numerosas ventajas, entre las que cabe citar el hecho de que la medición es instantánea y a distancia con lo que es la mejor opción en aplicaciones en las que no se pueda acceder fácilmente a la zona objeto de la medición.

Por su bajo coste y buenas prestaciones los termómetros digitales dominan el mercado, Su uso se ha generalizado tanto que todo el mundo tiene uno o más de estos aparatos en su casa. Desde los termómetros para la fiebre hasta los termostatos de nuestros sistemas de calefacción todas las áreas parecen contar con un termómetro especializado con una función determinante. Sin embargo los termómetros analógicos siguen siendo la opción preferida en algunas áreas de investigación y procesos industriales debido a su gran precisión y fácil mantenimiento.

¿Cómo saber si un termómetro funciona bien?

Si tenemos dudas, la mejor forma de asegurarnos de que un termómetro funciona bien es calibrarlo.
El procedimiento de calibración de un termómetro digital o analógico es el mismo, se compara la temperatura marcada por el instrumento con la de un patrón con una mayor precisión y del que conocemos su grado de incertidumbre y desviación.

Aunque sencillo este procedimiento no está al alcance de cualquiera pues los patrones utilizados son instrumentos de alta precisión con costes elevados. Por ello lo mejor es contratar los servicios de empresas como la nuestra que nos garanticen una calibración profesional y trazable a patrones ENAC (Entidad Nacional de Acreditación) y que nos proporcionen la validez del instrumento de cara a una inspección o proceso industrial crítico.

Sin embargo, existen métodos para calibrar nuestro instrumento si lo único que queremos es saber lo bien que marca la temperatura. Podemos testarlo en las temperaturas de referencia más sencillas de reproducir. ¿Qué temperaturas son esas? Como ya imaginarás, son dos: el punto de ebullición y congelación del agua, es decir, 100ºC y 0ºC respectivamente.

Para comprobar que un termómetro digital o analógico funciona correctamente, lo introduciremos en un vaso con una mezcla de agua y hielo, o en un recipiente con agua hirviendo. Si vemos que la temperatura marcada por el termómetro difiere 1ºC o 2ºC, sabremos la desviación que tiene nuestro instrumento y si tiene función de ajuste de calibración podremos corregirlo.

Pero cuidado, ajustar la temperatura de un instrumento en un punto como el 0ºC o el 100ºC también moverá los demás puntos de la escala. Por ello es importante saber que la calibración de un termómetro no cubre toda la escala, eso sería inviable por la cantidad de puntos a contrastar, sino que ha de realizarse en puntos concretos que estén directamente relacionados con el uso que se va a dar al instrumento.
Por ejemplo, si queremos controlar la correcta pasteurización de la leche mediante el proceso UHT que requiere 138ºC durante 2 segundos, querremos que el termómetro que controle esa temperatura sea lo más preciso posible en ese punto siendo menos importantes el resto de puntos de la escala.