Revista Brasileira de Ensino de Fısica, v. 32, n. 1, 1601 (2010)www.sbfisica.org.br

Eugene Bourdon y la evolucion del manometro(Eugene Bourdon and the evolution of the manometer)

Simon Reif-Acherman1 y Fiderman Machuca-Martinez

Escuela de Ingenierıa Quımica, Universidad del Valle, Cali, ColombiaRecebido em 9/6/2009; Revisado em 1/10/2009; Aceito em 26/10/2009; Publicado em 26/3/2010

Eugene Bourdon es el casi desconocido inventor de uno de los instrumentos mas conocidos por ingenieros entodo el mundo. El manometro, o tubo de Bourdon, ha sido el equipo mas utilizado para la medicion de presiona escalas de laboratorio e industrial desde su introduccion a mediados del siglo XIX. Su aparicion en el mercadoeuropeo, y casi inmediatamente despues en el americano, se constituyo en el punto de partida para el paulatinopero firme reemplazo del por ese entonces muy comun manometro de mercurio por un elemento que respondıaa la aplicacion de un principio fısico diferente. Su invencion, para nada ajena a las usuales polemicas de priori-dad de la epoca surgidas alrededor de importantes eventos cientıficos y tecnologicos, permitio subsecuentementedesarrollos en areas relacionadas de instrumentacion y control de procesos.Palabras-clave: Eugene Bourdon, manometro, historia, presion, instrumentacion, control, barometro, mano-metro de mercurio.

Eugene Bourdon is the almost unknown inventor of one of the instruments most known by engineers aroundthe World. From its introduction around the middle of XIX century, the Bourdon manometer or tube has beenthe most employed instrument for measuring pressure at laboratory and industrial scales. Its appearance in theEuropean market, following by that in America, became a starting point for the gradual but firm replacementof the by then very usual mercury manometer through an element that worked based on a different physicalprinciple. Its invention, oblivious to all the by then usual priority polemics around scientific and technologicalevents, subsequently allowed developments in instrumentation and process-control related subjects.Keywords: Eugene Bourdon, manometer, history, pressure, instrumentation, control, barometer, mercurymanometer.

1. Introduccion

Profesionales y estudiantes de todas las ramas de laciencia y la ingenierıa frecuentemente utilizan en el de-sarrollo de sus actividades equipos, modelos, teorıas, oecuaciones bautizadas con el nombre de la persona res-ponsable, o de alguna manera involucrada en su disenoo formulacion, pero poco o nada conocen de ella. Elmanometro, o tubo de Bourdon, es un claro ejemplode esta situacion. En la actualidad, mas de siglo ymedio despues de la construccion de su version origi-nal, muy probablemente no existe otro equipo mas am-pliamente usado en laboratorios e industrias de pro-cesos para la medicion de presiones de toda clase defluidos, en intervalos que alcanzan practicamente las6800 atm. Al cumplirse recientemente el segundo cen-tenario del nacimiento de Eugene Bourdon, este artıculotiene como proposito revelar detalles poco conocidos desu vida y obra, pero ante todo las circunstancias gene-rales del desarrollo de su manometro metalico.

2. El estado del arte de los elementosmedidores de presion antes de Bour-don

La idea general de manometros (µανoς, raro, distinto;µετρoν, medida) es mencionada por primera vez porel fısico aleman Otto von Guericke (1602-1686), y elprimer modelo especıfico parece probablemente habersido empleado por el naturalista y geologo suizo HoraceBenedict de Saussure (1740-1799). Su diseno, como elde todas las otras primeras versiones del instrumento,se baso en los mismos principios que caracterizaron elfuncionamiento del barometro, es decir las condicionesde equilibrio entre fluidos de diferentes densidades alinterior de un sistema de vasos comunicantes.

La primera aplicacion del barometro en la medicionde la variacion de la presion o el peso del aire losituo progresivamente como un instrumento de uti-lizacion casi exclusiva en meteorologıa. El interes eneste nuevo instrumento no se limitaba, sin embargo,

1E-mail: sireache@univalle.edu.co.

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unicamente a los denominados filosofos experimentalesde la epoca. La difundida aunque no ampliamente com-partida erronea idea de mediados del siglo XVI, por lacual se creıa que el uso del barometro podıa permitirla prediccion de las condiciones climaticas, sin consi-deraciones adicionales tales como la temperatura y ladireccion y fuerza de los vientos, entre otras, despertabaobviamente tambien la curiosidad de personas ajenas ala actividad cientıfica. Las implicaciones del estado deltiempo en la salud humana y en diferentes tipos de ac-tividades de la vida diaria tales como la agricultura, eltransporte, y el comercio en general, ampliaban nece-sariamente el espectro de personas directa o indirecta-mente relacionadas con el instrumento. El significativointeres de la clase burguesa de la epoca, principalmenteen Inglaterra y Francia, por disponer de un elementoen la vida diaria que les diera un toque de refinamientointelectual acorde con una de los temas cientıficos deactualidad, incremento la variedad de modelos fabrica-dos y el numero de personas, principalmente artesanos,dedicados a dicha labor [1]. Desde un punto de vistaestrictamente tecnico los principios de funcionamientode todos ellos eran identicos. La concentracion de es-fuerzos en temas como el llenado del tubo con mercu-rio sin dejar trazas de aire o vapor en su interior, ladefinicion del punto preciso de lectura de los niveles ir-regulares de fluido, o su misma luminiscencia, desviarondurante mucho tiempo los intereses en la optimizacionde las tecnicas de produccion, lo cual se manifesto enuna evolucion extremadamente lenta [2].

Desde las primeras versiones surgidas del barometrocon los experimentos del fısico y matematico italianoEvangelista Torricelli (1608-1647) [3,4], y la observacionde la relacion entre la presion del aire atmosferico conla altitud por parte del matematico y filosofo francesBlaise Pascal (1623-1662) [5], este instrumento hizo usode la tradicional columna de mercurio para la medicionde la presion atmosferica. La utilizacion de este princi-pio, que parecio ser suficiente por espacio de dos siglos,comenzo a evidenciar, sin embargo, notorias desventa-jas a partir de la primera mitad del siglo XIX.

A las evidentes limitaciones relacionadas con la di-ficultad para transportarlos, y la necesidad de realizarlas lecturas en fragiles tubos de vidrio, se unieron otraspropias de su cada vez mayor diversidad de usos. Entreestas se destacaba la altura de las columnas de mer-curio requeridas. Si presiones del orden de un barcorrespondıan a cabezas de mercurio de aproximada-mente 0.76 m, magnitudes superiores requerıan colum-nas prohibitivamente largas y por ende nada practicas.La Fig. 1 ilustra las diferentes posibilidades de cons-truccion para una caldera trabajando a diversas condi-ciones (Fig. 1a). Mientras para presiones bajas bastabacon un diseno usual (Fig. 1b); para otras razonable-mente altas, modificaciones que incluıan sistemas, for-mas o dimensiones diferentes, como por ejemplo lamostrada (Fig. 1c), resultaban indispensables [6].

Las dificultades asociadas con estas lecturas se in-crementaban en ciertos lugares y circunstancias usuales,como por ejemplo a bordo de barcos en el mar ensituaciones de tormenta, debido a los movimientos detraslacion y rotacion de la plataforma. Algunos incon-venientes actualmente aceptados, tales como la toxici-dad, y problemas de manejo asociados con el mercurioy la disminucion en la precision de la lectura debida alos cambios en el volumen del mercurio con significati-vas fluctuaciones en temperatura, no eran, por la epoca,facil y suficientemente reconocidos y cuantificados.

Diferentes desarrollos posteriores a los disenos ori-ginales solo lograron superar parcialmente estas limita-ciones. En 1749 el geologo y meteorologo suizo Jean-Andre De Luc (1727-1817) eliminaba la necesidad deun deposito anexo de mercurio al construir el primerbarometro portatil de sifon [7]. Igualmente fueron idea-dos disenos especiales de barometros marinos de altaprecision que protegieran la columna de mercurio du-rante las travesıas [8].

Figura 1 - Modelos de manometro de columna de mercurio uti-lizados en una (a) caldera tradicional. De extremo abierto a (b)bajas presiones y a (c) altas presiones, (d) de extremo cerrado [6].

Por mas de un siglo fueron propuestas modifica-ciones de distinta ındole, privilegiando la protecciondel equipo y, por ende, el mejoramiento de la porta-bilidad por encima de otras consideraciones, inclusode su misma precision. Las diversas construccionesplanteadas incluıan desde el uso de tubos de hierro parareemplazar las columnas de vidrio hasta la provision demedios mecanicos para el llenado de mercurio cada queuna medicion fuera planeada. Otros disenos presenta-dos en las primeras decadas del siglo XIX, incorporandola utilizacion de sustancias diferentes al mercurio, como

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por ejemplo acido sulfurico coloreado, resolvıan parcial-mente los problemas asociados con el tamano y la difi-cultad de transporte, pero fueron rapidamente descon-tinuados debido a la continua necesidad de calibracionpor virtud de la volatilidad de los lıquidos utilizados.La modificacion del sistema de tubo abierto por el usode aire comprimido (Fig. 1d) eliminaba el problema dede la elevadas dimensiones, pero reducıa significativa-mente la precision de las lecturas.

3. Bourdon y la introduccion de losmanometros metalicos

La introduccion en la primera mitad del siglo XIXdel uso del vapor como la principal fuente de poten-cia en medios de transporte y procesos de produccionpromovio significativos cambios en los accesorios demedicion utilizados. La utilizacion de calderas a altapresion para diversos propositos motivo su adecuacion,primero de manera individual, y luego por imposicionoficial, con elementos que permitieran la medicion depresion del vapor producido y el nivel de agua dentrode los equipos, y la instalacion de las correspondientesvalvulas de seguridad, tendientes a disminuir el cadavez mayor numero de explosiones presentadas, con ele-vado numero de victimas.

La necesidad de acudir a otro tipo de elementos demedicion basados en la aplicacion de principios fısicosdiferentes se identificaba claramente cuando las ya men-cionadas deficiencias de los tradicionales manometrosde mercurio de tubo abierto se hicieron cada vez masevidentes a las nuevas presiones. Descomunales colum-nas protegidas por armazones metalicas de hasta 6 m dealtura empezaron a hacerse necesarias en locomotorastrabajando en intervalos entre 3 y 5,5 atmosferas, resul-tando cada vez mas usuales las continuas perdidas delfluido manometrico por subitas aperturas de la valvulao movimientos en los barcos [9]. A ello debıa agregarsela consecuente mayor conciencia respecto a la necesidadde realizar nuevas correcciones de las lecturas originalesde este tipo de instrumentos, debidas principalmente aerrores de escala, error cero, capilaridad, temperatura,y la llamada de gravedad, relacionada con la posiciondel equipo en latitud y altura respecto al nivel del mar.

La adjudicacion en 1844 de una patente britanica(No. 10,157) al abogado y cientıfico aficionado francesLucien Vidie (1805-1866) por la invencion del primerbarometro mecanico, cambio definitivamente la histo-ria de los elementos de medicion de presion [10]. Vidieno tomo la patente a su nombre, sino que lo hizo por in-termedio del representante principal de una agencia depatentes en Londres y Paris, de nombre Pierre ArmandLecomte de Fontainemoreau. Las versiones francesas(No. 12.743 y 1.149 de 1844 y 1846, respectivamente) yamericana (N.◦ 4.702 de 1846) fueron las unicas conce-didas con su nombre. El concepto del nuevo elementohacıa uso del efecto mesurable producido por la presion

sobre la forma de los metales debido a su elasticidad,reemplazando el uso del mercurio por un disco metalicopreviamente evacuado.

La idea no era del todo nueva. A lo largo del sigloy medio que precedio la presentacion definitiva del ins-trumento, y comenzando por el filosofo y matematicoaleman Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716),varios cientıficos habıan sugerido la posibilidad de quecambios en la geometrıa de un disco metalico pudieranusarse para la medicion de la presion atmosferica, sinque sus propuestas hubieran podido plasmarse exitosa-mente, principalmente por la imposibilidad de sortearlas limitaciones tecnicas existentes [11].

Las teorıas establecidas de la epoca pronosticabanuna imposibilidad de construccion de un equipo basadoen este principio. Por un lado, las creencias rela-cionadas con la ligera porosidad de los metales con-ducıan a pensar que no podıa mantenerse vacıo en unacamara metalica [12]. El otro factor era el lımite realelastico de estos materiales o, en otras palabras, el por-centaje de esfuerzo total que podıa ser continuamenteejercido sobre ellos sin perder su elasticidad. Unasmemorias, publicadas el mismo ano del desarrollo deVidie y aceptadas por la Academia Francesa de Cien-cias, indicaban la inexistencia de tal lımite en metales[13]. De ser realmente ası, cualquier fuerza por pequenaque fuese y actuando por suficiente tiempo, producirıauna deflexion permanente.

Sin embargo Vidie, venciendo las dudas existentes,logro disenar el ası llamado barometro aneroide (delgriego a sin, neros humedo; eıdos: forma). El instru-mento principal (Fig. 2) descrito en la patente consistıade una caja que contenıa una capsula metalica sellada,fabricada originalmente en bronce, de la cual algo deaire habıa sido retirado, creando un vacıo parcial, yprovista de un diafragma corrugado sostenido por unaserie de 33 resortes helicoidales mantenidos en su base,y un elemento interior encargado del registro. El prin-cipio de funcionamiento es el cambio en la altura dela camara metalica, la cual posee superficies flexibles.Pequenos cambios en la presion externa ocasionan ex-pansiones o contracciones de la capsula, las cuales sonamplificadas por una serie de palancas mecanicas y re-gistradas en el tablero del instrumento. Tanto en estacomo en sus siguientes patentes, Vidie propuso disenosalternos (como por ejemplo el mostrado en la Fig. 3),especificando para todos ellos su posible utilizacion conpresiones diferentes a la atmosferica.

Figura 2 - Barometro aneroide de Vidie [9].

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Debido a su insistencia en ir en contra de las teorıasaceptadas por la Academia, el invento de Vidie notuvo la recepcion esperada en su paıs, y solo fue mo-tivo de una pequenısima mencion en el organo ofi-cial de publicacion [14]. Por su simplicidad, pequenotamano, resistencia, facilidad de instalacion y precision,la aparicion del nuevo instrumento significo el iniciode la desaparicion definitiva del barometro de mer-curio para usos industriales, hecho este que vino aconsolidarse solo dos decadas despues. El barometrotuvo mucho exito en Inglaterra, especialmente entremontanistas y marinos, con ventas que superaron las5000 unidades en los primeros anos de produccion, adiferencia de lo ocurrido en Francia, donde solo fueronadquiridas menos de un centenar de ellas. La caja de losprimeros modelos fue fabricada en laton, con 11.4 cm dediametro, modelo que rapidamente fue complementadopor otros de mayor tamano y la adicion de termometrosde alcohol o mercurio para una completa prediccion delas condiciones meteorologicas.

Figura 3 - Version alterna del barometro de Vidie [15].

Diversas modificaciones al diseno original de Vidiefueron propuestas en el lustro que siguio, para apli-caciones principalmente en locomotoras a vapor [10].Las mas importantes llegarıan con el trabajo de EugeneBourdon (Fig. 4). Hijo de negociante, y sin ningunatradicion familiar conocida en actividades cientıficas otecnologicas, Bourdon desarrollo un gran interes por laelaboracion de instrumentos de medicion, muy proba-blemente relacionado con su temprana obsesion por lasmaquinas de vapor [16, 17]. Luego de trabajar en dife-rentes accesorios para calderas de vapor, los cuales in-cluyeron bombas de alimentacion sin valvula de seguri-dad e indicadores de nivel [18], y despues de varios in-tentos, Bourdon construyo en 1849 el que serıa su prin-cipal aporte a la tecnologıa de la epoca: el manometrometalico.

En Junio 18 de 1849 el Ministerio de Agricul-tura y Comercio del Gobierno Frances le conce-dio a Bourdon una patente por su trabajo titulado“Un sistema de manometro sin mercurio denomi-nado manometro metalico, aplicable a barometros ymanometros” (Fig. 5), la cual le permitıa explotar suinvencion por un periodo de quince anos. Las descrip-ciones allı incluidas, posteriormente complementadasen un reporte presentado al Instituto de IngenierosCiviles (ICE) de la Gran Bretana [19], y otra publi-

cacion [20], dan absoluta claridad respecto al principiode funcionamiento y versatilidad del instrumento. Des-pues de explicar el efecto de la presion, tanto internacomo externa, sobre la geometrıa de tubos metalicosen diferentes circunstancias, Bourdon plantea los prin-cipios de los cuales considera depende la accion del ins-trumento propuesto: las relaciones de proporcionalidadentre el espesor de un tubo aplanado dispuesto de ma-nera circular y la variacion de su radio de curvaturapor un lado, y el desplazamiento de sus extremos y lamagnitud de la presion aplicada por el otro. Basado enla confirmacion experimental de estas relaciones, Bour-don presenta su primer modelo de manometro con apli-cacion especıfica a la medicion de la presion de vapor.

Figura 4 - Eugene Bourdon [16].

Las Figs. 6a y 6b representan diferentes vistas delinstrumento. En la caja A se encuentra el tubo apla-nado indicador de presion B, enrollado en una y mediacircunvalacion. Su extremo inferior esta unido a unpequeno accesorio a que parte de una llave de paso Cconectada a la caldera de vapor por el tubo b. El otroextremo, libre y perfectamente cerrado, lleva una agujac dispuesta sobre las divisiones de un dial d colocadoen el interior de la caja. La vista exterior mostrada enla Fig. 6c revela una adicion hecha por Bourdon conel proposito de comparar la presion momentanea conla mas alta registrada por el instrumento durante untiempo determinado. La aguja e, colocada en la parteanterior de la caja y utilizada para este proposito, esmanipulada manualmente por el operario encargado.

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Figura 5 - Primera pagina de la patente del manometro metalicode Bourdon (1849) [21].

Figura 6 - Manometro de Bourdon [19].

En los mismos documentos Bourdon incluyo mo-delos alternos y casi todas las modificaciones imagi-nables del diseno original para situaciones especıficas.La Fig. 7, por ejemplo, ilustra la version del manometroportatil utilizado por los inspectores mineros de algu-nas provincias francesas encargados de la revision yaprobacion de licencias de funcionamiento de calderasy otros equipos de vapor a presiones de hasta 20 atm.

Aquı, el manometro de Bourdon se acoplaba al equipobajo supervision, reemplazando la valvula de seguri-dad. Su funcionamiento era bastante similar al an-teriormente descrito, teniendo como unica diferenciala de que el tubo B solo hacia una vuelta, y que susmovimientos debıan amplificarse para responder a lasnecesidades de sensibilidad y precision. En este caso,la aguja indicadora c se montaba sobre un centro fijode oscilacion e como una palanca con brazos de lon-gitud diferente, el mas pequeno de los cuales se unıaal extremo libre del tubo B por medio de una biela f .Ası, cualquier movimiento del tubo, por pequeno quefuese, provocaba un desplazamiento bastante sensibledel extremo de la aguja sobre una amplia escala.

Figura 7 - Vistas frontal y transversal de un manometro de Bour-don de referencia [22].

La Fig. 8, por su parte, muestra la adaptacion delmismo manometro para mediciones de vacıo. En estecaso, el tubo B se comunica con el recipiente por mediode una extension unida internamente a la llave de pasoC. Sus dos extremos cerrados, pero libres, se unen pormedio de dos pequenas bielas f a una palanca i provistade un sector dentado g, la cual, a su vez, esta montadasobre un eje horizontal e. El sector dentado engranacon un pequeno pinon h montado sobre el mismo ejeque la aguja indicadora c, amplificando ası lo suficienteel movimiento de los extremos del tubo. Para calibrarel instrumento solo bastaba colocar el punto de refer-encia a la presion atmosferica del lugar, y trazar lascorrespondientes divisiones en la medida en que se au-mentaba el vacıo y los extremos del tubo B se aprox-imaban entre sı.

La versatilidad del instrumento propuesto era talque su autor mostraba la posibilidad de utilizarlo in-cluso como termometro si se llenaba el tubo curvadoy aplanado con alcohol u otro lıquido y se cerrabahermeticamente. Los cambios en el volumen de la

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cantidad de lıquido, indicados por la aguja, podıanfacilmente convertirse en un indicativo cuantitativo dela temperatura real. La mejor velocidad de respuestaobtenida con este tipo de instrumento se explicaba porla mayor rapidez en la transferencia de calor hacia ellıquido en un tubo metalico que en uno de vidrio.

Figura 8 - Vista frontal y transversal de la version adaptada delmanometro de Bourdon para la medicion de vacıo [22].

Bourdon explico en reiteradas oportunidades que laidea para su diseno le habıa sobrevenido de manera ca-sual cuando un empleado suyo habıa accidentalmentemanipulado de manera equivocada el tubo de cobrecilındrico de un serpentın curvado en forma de espi-ral para ser usado en una maquina de una lavanderıa.La maniobra habıa ocasionado un aplanamiento parcialde una porcion considerable del tubo. En aras de re-solver el problema y restaurar la forma del tubo, Bour-don cerro uno de sus extremos y conecto el otro a unabomba que permitiera la entrada de agua. El desen-rollamiento del tubo, ocurrido de manera simultaneacon la gradual recuperacion de la forma cilındrica de suporcion aplanada, le sugirio la posibilidad de aplicar elmismo principio en la construccion de un manometro.

Los desarrollos de Bourdon ocurrieron solo tresmeses despues de la publicacion de una serie de tresartıculos por parte de un ingeniero ferroviario alemande apellido Schinz, en los que se describıa una cons-truccion similar que se venıa usando desde dos anosatras en las companıas de trenes de ese paıs [23] Elcitado instrumento hacıa uso de un tubo elıptico enrol-lado en forma helicoidal, de tal forma que el pequeno ejede la elipse coincidıa con el radio curvado en la lınea dela helice (Fig. 9). La diferencia entre los dos trabajosradicaba en el hecho de que mientras los desarrollos deSchinz se circunscribieron exclusivamente al uso del ele-mento de respuesta en forma helicoidal, los de Bourdon

hicieron uso del mismo principio pero con tubos queincluıan una amplia variedad de formas y secciones.

Figura 9 - Manometro de Schinz [10].

No hay claridad historica acerca de si los dos desar-rollos ocurrieron de manera independiente, o si Bourdonconocıa previamente los trabajos de su colega. El hechoconcreto es que mientras los logros del uno alcanzabanun prestigio y reconocimiento que se volverıan perma-nentes, los del otro muy pronto caerıan en el olvido.

Este episodio no serıa el unico en despertar pole-micas de prioridad alrededor del instrumento. La pre-sentacion de los manometros de Vidie y Bourdon enla Gran Exhibicion de Trabajos de la Industria de to-das las Naciones celebrada en Londres en 1851, leshabıa valido a ambos inventores el otorgamiento de lamayor distincion del evento, la Council Medal, perosimultaneamente habıa servido tambien para que elprimero identificara tal similitud entre sus disenos ylos de su colega, al punto que decidiera demandarlo porviolacion de derechos de autor. Despues de diez anosde una disputa legal, que incluyo tres largos juicios ydos apelaciones, Bourdon fue obligado por la Corte areconocerle a Vidie perjuicios morales y materiales ava-luados en 10,000 francos de la epoca. El triunfo de Vi-die resulto pırrico, pues el perıodo de su patente habıaexpirado ese mismo ano y su solicitud de renovaciondenegada [24].

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4. Desarrollos posteriores

La construccion de las primeras lıneas de ferrocarril enel segundo cuarto del siglo XIX en ciertas zonas de Ale-mania desperto el interes de tecnicos de ese paıs enla fabricacion de toda clase de accesorios y elementosde control. Dos modelos tambien metalicos plantearonalgun tipo de rivalidad al de Bourdon. El primero deellos se basaba en la deflexion de una simple laminametalica de acero debida a la presion del fluido a medir(Fig. 10a). La presion del fluido a medir se comunicabaal elemento sensor por medio de una varilla D provistade un sello de caucho para evitar fugas, la cual a suvez actuaba a manera de piston. La accion sobre unade las ramas del sector F, debida a la deformacion dela lamina C, actuaba sobre el engranaje al doblarse,y repercutıa en el sector dentado y un pinon G mon-tado sobre el mismo eje de la aguja indicadora El se-gundo diseno correspondıa al conocido manometro dediafragma (Fig. 10b), debido al desarrollo conjunto delfabricante aleman Bernhard Schaffer (1823-1877) [25]y su compatriota, el maestro en mecanica Franz Pri-mavesi. Su asociacion con Christian Friedrich Buden-berg (1815-1883) permitio la constitucion de la empresaSchaffer & Budenberg en Magdeburg, Alemania, dedi-cada a la fabricacion de instrumentos de medicion parauso en maquinas de vapor [26].

Figura 10 - Manometro de (a) lamina metalica y (b) diafrag-ma [22].

El elemento sensor del nuevo instrumento era un di-afragma corrugado en acero fijo alrededor de toda superiferia. Al igual que el tubo de Bourdon, su principiode funcionamiento permitıa la medicion de la presion altrasladar la extension de una deformacion, en este casola deflexion mecanica de la parte central del diafragma,a un mecanismo conectado a una aguja indicadora. La

mayor laboriosidad requerida en el mecanismo de am-plificacion de la senal de este modelo debido al menorlımite disponible de movimiento permisible incidio ensu nivel de aceptacion a nivel industrial, forzando aSchaffer & Budenberg a fabricar elementos con base enel principio de Bourdon una vez culmino el plazo deexplotacion de la patente original de este, aproximada-mente en 1875.

En las decadas siguientes los esfuerzos se concen-traron en la continua optimizacion de los manometrosde tubo y diafragma, de acuerdo con el permanentesurgimiento de nuevas necesidades. Las aplicacionesya no se limitaban exclusivamente a las maquinas devapor estrictamente hablando, sino que incluıan areasrelacionadas, como era el caso de los frenos continuos–a presion o a vacıo- de los ferrocarriles, la iluminacioncon gas comprimido de los vagones, las transmisioneshidraulicas, la compresion de gases para diversos usos,etc. Las variaciones de temperatura fueron compen-sadas inicialmente de dos maneras, introduciendo unelemento bimetalico, o modificando la cantidad de gasal interior de la camara del instrumento. Como con-secuencia de los grandes desarrollos metalurgicos unode los topicos mas estudiados fue el referente a los ma-teriales de construccion. [27] Del material propuestopor Bourdon en su patente original, tubos de laton obronce, se paso a otras posibilidades. Resultaba claroque la utilizacion de cobre puro resultaba inconvenientesi se tenıan en cuenta los requisitos de elasticidad paralecturas precisas y de resistencia a los esfuerzos en losintervalos de utilizacion. Aleaciones cobre con estano(en una proporcion variable entre 3.5 y 10%), y uncontenido de fosforo que no superaba el 1% se con-virtieron paulatinamente en los materiales preferidos,entre otras, por sus caracterısticas de resistencia a lafatiga y al esfuerzo mecanico, ası como a la corrosion.Los materiales construidos en la actualidad presentanalternativas adicionales (berilio-cobre, ‘Monel’ metal,acero inoxidable, entre otras), dependiendo del tipo defluido y la presion para las cuales van a ser usados.

En su patente original Bourdon igualmente propusoun modelo de indicador (Fig. 11) basado en una ideaprevia sugerida por James Watt para su maquina devapor, en la que su tubo curvado y aplanado susti-tuye el sistema cilindro-piston. Un extremo del tubose conecta con el cilindro de la maquina de vapor pormedio del tubo B, mientras que el otro se une por unmecanismo mecanico a una liviana y larga palanca gg ’que mueve un elemento fen su borde. El lapiz i, fijadoal extremo superior de la palanca, registra sobre un pa-pel H colocado sobre una placa vertical de laton. Elmecanismo de movimiento de la placa incluye una seriede pinones, resortes y polea. El indicador, sin embargo,tuvo poca acogida comparado con otros aparatos con-siderados mas precisos, como el mostrado en la Fig. 12,basados en un elemento del tipo cilindro-piston.

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Figura 11 - Indicador de presion de Bourdon [19].

5. El legado de Bourdon

A lo largo de las casi cuatro decadas en las que EugeneBourdon estuvo al frente de su taller de mecanica, y aundespues de haberle cedido la direccion de este a sus hi-jos Eduard y Charles, ambos ingenieros de Artes y Ma-

nufacturas, su talento creativo se plasmo en una grancantidad de inventos de diferente ındole, la mayorıa deellos relacionados con la maquina de vapor y sus acce-sorios. Pueden mencionarse, a manera de ejemplo, lacaldera con hogar con circulacion interna (Fig. 13a) yel mecanismo de medicion y control de nivel de aguaen los mismos equipos (Fig. 13b), entre otros [30-33]. Sin embargo, el mas destacado, y tal vez el unicoque trascendio hasta nuestros dıas, fue el manometrometalico de tubo que lleva su nombre.

La empresa fundada por el para producir y comer-cializar su invencion, Bourdon Sedeme Company, poste-riormente conocida como Bourdon-Haenni, y adquiridaen el 2005 por la Division de Automatizacion de Proce-sos del Grupo Baumer, se situa hoy en dıa entre aquellascon mas altos estandares de calidad en la fabricacionde instrumentos de medicion en la mas amplia gamade variables. Igual cosa sucede con su legendario rival,Schaffer & Budenberg, vendida por la familia propi-etaria a Burnfield PLC hace poco mas de una decada.Otras companıas de instrumentacion, como por ejem-plo el caso de Ashcroft, tambien crecieron a la zagadel talento de Bourdon. En 1852 el comerciante es-tadounidense Edgard Ashcroft compro a Bourdon losderechos de la patente de este [34] para su paıs, abriendode paso ası, no solo un inmejorable mercado para elinstrumento, sino la posibilidad de difundir definitiva-mente la utilizacion allı de la energıa del vapor. Elmanometro de Bourdon es hoy en dıa conocido en supaıs con el nombre de Ashcroft.

Figura 12 - Indicador de presion con base en el sistema cilindro-piston [28, 29].

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Figura 13 - Inventos diferentes de Bourdon (a) Caldera con hogar con circulacion interna (b) Instrumento de medicion y control de nivel[30].

En lo que se refiere especıficamente al manometro,la contribucion del nuevo tubo de Bourdon a las medi-ciones de presion se evidencia no solo en el notableincremento de su rango de cubrimiento respecto albarometro de mercurio y las consecuentes posibilidadesde utilizacion en diferentes areas, sino tambien en otrosaspectos relacionados con la aplicabilidad comparativade los instrumentos disponibles. Los evidentes proble-mas asociados con la muy posible contaminacion delmercurio con diferentes sustancias con las cuales podıacontactarse dependiendo de la utilizacion especifica, lanotable fragilidad del aparato debida entre otras a lainicialmente necesaria utilizacion de tubos de vidrio ylos inconvenientes surgidos en la lectura de los dife-renciales a partir del reemplazo de este material pormangueras plasticas debido a su paulatina decoloracioncon el uso, empezaron a encontrar en el nuevo elementometalico flexible una importante solucion.

El principio plasmado por Bourdon tambien encon-tro rapida acogida en disciplinas ajenas a las cualespara la cual fue originalmente disenado. Medicos y fa-bricantes europeos principalmente, para citar un ejem-plo, hicieron uso del tubo metalico en el diseno deequipos para la medicion de la presion arterial. Elmanometro aneroide introducido a comienzos del sigloXX por el medico aleman Heinrich von Recklinghausen(1867-1942) se constituyo en el primer modelo de laversion portatil del esfigmomanometro y de los muyconocidos tensiometros de la actualidad. [35-37]

Desde su invencion, y hasta nuestros dıas, el mano-metro de Bourdon es el instrumento medidor de presionde mayor uso en sistemas de bombeo, compresores, re-frigeradores, lıneas de distribucion de vapor, etc., enuna extensa variedad de industrias de procesos, re-sistiendose exitosamente a su reemplazo por equiposelectronicos. En un cada vez mayor numero de oca-

siones, el tradicional tubo curvado y aplastado formaparte integral de transmisores de balance de fuerzaneumaticos, transformadores diferenciales, y sensores,entre otras utilizaciones, con caracterısticas optimas derepetibilidad y resolucion.

Referencias

[1] J. Golinski, in The sciences in Enlightened Europe,editeby by W. Clark, J. Golinski and S. Schaffer (Uni-versity of Chicago Press, Chicago, 1999), p. 69-93.

[2] M. Daumas, Scientific Instruments of the Seventeenthand Eighteenth Centuries (Praeger Publishers, NewYork, 1972), p. 58-59, 206-209.

[3] R. Zouckermann, Fundamenta Scientiae 2, 185 (1981).

[4] W.E.K. Middleton, ISIS 54, 11 (1963).

[5] R. Zouckermann, Physis A. 24, 133 (1982).

[6] A. Armengaud, Traite Theorique et Pratique des Mo-teurs a Vapeur, v. I (Chez Lateur, Paris, 1861), p. 256-264.

[7] P.A. Tunbridge, Notes and Records of the Royal Soci-ety of London 26, 15 (1971).

[8] A. McConnell, Annals of Science 62, 83 (2005).

[9] W.E.K. Middleton, The History of Barometer (JohnsHopkins Press, Baltimore, 1964), p. 373-375.

[10] L.B. Hunt, Journal of Scientific Instruments 21, 37(1944).

[11] W.E.K. Middleton, The History of Barometer (JohnsHopkins Press, Baltimore, 1964), p. 398-399.

[12] C.S.M. Pouillet, Elemens de Physique Experimentale etde Meteorologie, v. 1 (Chez Bechet Jeune, Paris, 1832),2a ed., p. 29-30.

[13] G. Wertheim, Comptes Rendus Hebdomadaires desSeances de l’Academie des Sciences 18, 921 (1844).

1601-10 Reif-Acherman y Machuca-Martinez

[14] E.L. Mathieu, A. Mauvais and H. Faye, Comptes Ren-dus Hebdomadaires des Seances de l’Academie des Sci-ences 24, 975 (1847).

[15] Anonimo, Meyers Konversations-Lexikon 2, 386 (1885-1892).

[16] G. Tissandier, La Nature 593, 289 (1884).

[17] E.S. Ferguson, in Dictionary of Scientific Biography,v. I, edited by Ch. C. Gillispie (Charles Scribner’sSons, New York, 1975), p. 354-355.

[18] H. Tresca, Memoires de la Societe des Ingenieurs Civils42, 415 (1884).

[19] E. Bourdon, in Minutes of the Proceedings Institutionof Civil Engineers 11, 14 (1852).

[20] E. Bourdon, Comptes Rendus Hebdomadaires desSeances de l’Academie des Sciences 37, 65 (1853).

[21] Site http://www.freunde-alter-wetterinstrumente.de/ (consultada en Marzo 5 de 2008).

[22] A. Armengaud, Traite theorique et pratique des mo-teurs a vapeur, v. I (Chez Lateur, Paris, 1861), p. 255.

[23] R.C. Budenburg, Measurement + Control. 20, 13(1987).

[24] W.E.K. Middleton, The History of Barometer (JohnsHopkins Press, Baltimore, 1964), p. 403-404.

[25] H.G. Heinicke, B. Schaffer, Magdeburger Biographis-ches Lexikon 2002. http://www.uni-magdeburg.de/

mbl/Biografien/1410.htm (consultada en Marzo 7 de2008).

[26] H.G. Heinicke, C. Budenberg, Magdeburger Biographis-ches Lexikon 2002. http://www.uni-magdeburg.de/

mbl/Biografien/1339.htm (consultada en Marzo 7 de2008).

[27] W.E.K. Middleton, The History of Barometer (JohnsHopkins Press, Baltimore, 1964), p. 405-413.

[28] Site http://www.oldengine.org/members/diesel/

Indicator/front.htm (consultada en Marzo 23 de2008).

[29] Site http://www.archivingindustry.com/

Indicator/sourceinfo.htm (consultada en Marzo 23de 2008).

[30] A. Armengaud, Traite Theorique et Pratique des Mo-teurs a Vapeur, v. I (Chez Lateur, Paris, 1861), p. 218and 279.

[31] G. Tissandier, La Nature 482, 194 (1882).

[32] E. Bourdon, La Nature 512, 283 (1883).

[33] E. Bourdon, Comptes Rendus Hebdomadaires desSeances de l’Academie des Sciences 94, 229 (1882).

[34] E. Bourdon, U.S. Patent 9,163 (August 3, 1952).

[35] H. Evans, Technology and Culture 34, 784 (1993).

[36] A. Roguin, International Journal of Clinical Practice60, 73 (2006).

[37] N.H. Naqvi and M.D. Blaufox, Blood Pressure Mea-surement. An Illustrated History (Parthenon Publish-ing, New York, 1998), p. 77-78.