Medición de la densidad con balanza de laboratorio

Use su balanza y un kit para la determinación de la densidad con el fin de establecer la densidad de las sustancias sólidas, líquidas y viscosas

Los mejores procedimientos para determinar la densidad de los sólidos son los métodos de empuje y de desplazamiento, los cuales se basan en el principio de Arquímedes. Un requisito previo de estos métodos es el uso de un líquido con una densidad conocida que no reaccione con el material de la muestra, pero que la humedezca bien. Puede añadirse al líquido un agente humectante.

La aplicación integrada de la balanza ofrece instrucciones paso a paso. Las balanzas de nivel Excellence disponen de flujos de trabajo para cinco métodos de determinación de la densidad diferentes. Las balanzas de nivel Advanced y Standard tienen flujos de trabajo para dos.

Con la ayuda del kit para la determinación de la densidad, el dispositivo de inmersión de vidrio de 10 ml opcional le permite determinar la densidad de líquidos. La diferencia de peso del cuerpo de desplazamiento en aire y en el líquido sirve para calcular la densidad. Como alternativa, pueden usarse un picnómetro o un densímetro digital.

Se puede dar la vuelta a la cesta de pesaje del kit para la determinación de la densidad de modo que las muestras más ligeras se mantengan bajo el líquido y no puedan flotar hacia la superficie. Si observa que la fuerza de empuje es mayor que la del aparato de cesta, coloque una pesa adicional en la parte superior del receptor de carga del kit para la determinación de la densidad y reinicie el procedimiento de determinación de la densidad. De lo contrario, use un líquido de referencia distinto con una densidad menor.

Añada unas pocas gotas de agente humectante en el líquido de referencia. Déjelo reposar durante la noche para liberar cualquier gas disuelto. Use un cepillo suave para eliminar las burbujas de la muestra y del kit para la determinación de la densidad.

La exactitud de la medición de densidad se ve afectada por la tolerancia del método (burbujas de aire, etc.) y la medición de la temperatura, así como por la exactitud de las mediciones de peso. Cada medición en CUALQUIER balanza está sujeta a la incertidumbre. Comprender esta incertidumbre es la clave para asegurar unos resultados exactos. La legibilidad no es lo que determina la exactitud de un instrumento de pesaje, sino su repetibilidad y el peso neto mínimo de la muestra.

Para encontrar la balanza apropiada para sus necesidades, debe definir la cantidad más pequeña que desea pesar y con qué exactitud necesita pesarla (es decir, con qué tolerancia).

El estándar de pesaje global de METTLER TOLEDO, GWP^{^®}, le ayuda a escoger la balanza adecuada para que pueda cumplir sus requisitos de aplicación. Pregunte a su representante local para que le recomiende gratuitamente sobre una balanza. Determine si su balanza existente cumple sus requisitos de calidad.

GWP Recommendation

La conformidad con la ISO 1183-1 requiere de una balanza con una legibilidad de 0,1 mg o menos, y especifica que la muestra debería, preferiblemente, tener una masa de 1 g como mínimo. Generalmente, las muestras de pesaje de, al menos, 1 g en una balanza con una legibilidad de 0,1 mg no infringen el requisito de peso neto mínimo de la muestra de la balanza. Sin embargo, la exactitud requerida de la balanza debe tenerse en cuenta junto con la tolerancia requerida por usted del proceso. Nuestro servicio gratuito GWP^{^®} Recommendation puede ayudarle a elegir la balanza adecuada para sus necesidades específicas.

GWP Recommendation

Hay varios pasos en el proceso de medición de la densidad y, a veces, es preciso esperar un rato hasta que la balanza se estabilice, con lo que resulta más fácil perderse, sobre todo cuando se está ocupado con varias tareas. La aplicación integrada de la balanza ofrece instrucciones paso a paso. Puede confirmar cada instrucción pulsando el botón OK, de modo que siempre sepa dónde está.

Conecte un lector de códigos de barras a la balanza para permitir que metadatos como el ID de muestra, el número de lote y la referencia, entre otros, puedan leerse directamente sin ningún error. Con la línea P-50 de impresoras de METTLER TOLEDO, pueden imprimirse junto con los resultados tanto los metadatos, como la fecha y la hora de la medición.

Cuando se tiene que hacer una serie de determinaciones de la densidad, la opción de estadísticas de las balanzas de METTLER TOLEDO le permite identificar rápidamente las tendencias en sus datos, lo que le ayuda a tomar decisiones sobre el modo de proceder cuando sea pertinente.

Las balanzas XPE, XSE, MS-TS, ML-T y ME-T cuentan con una base de datos de densidades integrada para los líquidos de referencia usados con mayor frecuencia. El valor de densidad se ajusta en función de la temperatura que indique.

La aplicación de densidad de las balanzas XPE, XSE y MS-TS realiza todos los cálculos por usted. Solo tiene que indicar la temperatura y seleccionar el líquido de referencia que va a usar. La balanza registra los valores de peso y calcula la densidad automáticamente.

La aplicación de densidad de las balanzas MS-TS, ML-T y ME-T le permite crear un informe con su serie de determinaciones de la densidad que, además, puede imprimir o guardar en un lápiz USB. Las balanzas XPE y XSE en combinación con el software LabX ofrecen un mayor grado de personalización de los informes con gráficos y tablas, además de que permiten enviar el informe directamente a los sistemas LIMS o EPR.

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Más información

Medición de la densidad en el laboratorio

La medición de la densidad de una muestra es un parámetro de calidad importante tanto de las materias primas como de los productos acabados. Existen varias técnicas que permiten una determinación exacta de la densidad de materiales sólidos, líquidos y viscosos, por ejemplo, metales, plásticos, productos químicos, lubricantes y alimentos.

Densidad para el control de calidad

Una variación en la materia prima, indicada por un cambio en la densidad, podría tener un resultado perjudicial para el funcionamiento o la calidad del producto final. La medición de la densidad de materias primas puede usarse para confirmar la pureza del material. Si se ha adulterado una sustancia con una alternativa más barata, la densidad medida del material compuesto será diferente de la de la sustancia pura.

La densidad también puede servir para asegurar la homogeneidad. Si una pieza fabricada no es homogénea, podría verse afectados atributos de rendimiento clave como la fuerza y la resistencia al agrietamiento. Por ejemplo, incluso una burbuja de aire interna puede provocar, en última instancia, que una pieza falle al someterla a presión. El muestreo aleatorio de las piezas es una forma sencilla y rentable de controlar la calidad continua.

Por qué es fundamental un pesaje exacto

Los procedimientos gravimétricos de laboratorio habituales para la determinación de la densidad son la técnica de empuje de Arquímedes, el principio del desplazamiento y el método picnómetro.

El método más ampliamente usado es el de la técnica de empuje que usa el principio de Arquímedes, el cual afirma que: un cuerpo sumergido en un fluido manifiesta una pérdida de peso aparente igual al peso del fluido que desplaza. Este antiguo principio, que data del año 200 a. C. aproximadamente, es el que, precisamente, se usa hoy en día para determinar la densidad de forma gravimétrica. Por tanto, una medición exacta de la densidad depende en gran medida de la exactitud de los valores de peso.

Visite una de las siguientes secciones para obtener más información:

Desafíos y flujo de trabajo de la aplicación
Soluciones de METTLER TOLEDO
Preguntas frecuentes

Flujo de trabajo de medición de la densidad

Flujo de trabajo de la determinación de la densidad en muestras de sólidos

Método de empuje: el principio de Arquímedes en acción

El principio de Arquímedes afirma que un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza de empuje que actúa hacia arriba sobre él. La magnitud de esta fuerza es igual al
peso del fluido que el cuerpo desplaza.

El sólido se pesa en el aire (A) y, después, otra vez en el líquido auxiliar (B) con una densidad conocida. La densidad del sólido ρ puede calcularse de la siguiente manera:

Calculation formula for density in solid sample

ρ = Densidad de la muestra

A = Peso de la muestra en el aire

B = Peso de la muestra dentro del líquido auxiliar

ρ₀ = Densidad del líquido auxiliar

ρ_L = Densidad del aire

Debe tenerse en cuenta la temperatura del líquido, ya que puede ocasionar cambios de densidad en términos de magnitud de 0,001 a 0,1 por °C, cuyo
efecto puede verse en el tercer decimal del resultado.

	Gravimétrico, empuje	Gravimétrico, desplazamiento	Picnómetro	Densímetro digital
Métodos	El vaso de precipitado para líquido auxiliar se coloca de pie en una plataforma o debajo de la balanza.	El vaso de precipitado para líquido auxiliar se coloca de pie en la balanza.	Material de vidrio con volumen definido.	Tecnología de tubo de oscilación
Adecuado para	Sólidos Líquidos (con cuerpo de desplazamiento de vidrio)	Sustancias pastosas (con esfera de gamma) Líquidos (con cuerpo de desplazamiento de vidrio) Sólidos	Líquidos, dispersiones Sustancias pulverulentas Gránulos	Líquidos Gases
Ventajas	Proceso rápido Flexible en relación con el tamaño de la muestra Instrumento de pesaje ya disponible	Proceso rápido Instrumento de pesaje ya disponible	Método exacto Instrumento de pesaje ya disponible	Proceso rápido Control exacto de la temperatura por los elementos Peltier Medición automática de la densidad Volúmenes pequeños de muestras
Desventajas	Sensible a la temperatura La muestra debe mojarse con mucho cuidado No deben quedar burbujas de aire atrapadas	Sensible a la temperatura Se requiere un gran volumen de muestra	Sensible a la temperatura Gran intensidad de mano de obra Bastante tiempo requerido No deben quedar burbujas de aire atrapadas	Las muestras viscosas requieren una corrección de la viscosidad (disponible en instrumentos modernos).

Si conoce la masa y el volumen de una muestra (sólida o líquida), su densidad puede calcularse desde:

Calculation of density by mass and volume

La dificultad con el volumen

Pesar una muestra con exactitud resulta bastante sencillo, aunque determinar del mismo modo el volumen de la muestra es algo más complejo.

Empuje de Arquímedes

El método de empuje evita el problema de determinación del volumen porque implica pesar una muestra dos veces dos medios diferentes (por ejemplo, aire y un líquido). El volumen puede, por tanto, asumirse como constante en ambos casos.

Desplazamiento

En la aplicación más simple del método de desplazamiento, el volumen de la muestra sólida se determina mediante la observación del aumento del nivel del líquido en el que se sumerge la muestra.
En cambio, cuando un objeto de un volumen conocido se sumerge en un líquido con una densidad desconocida, la diferencia en los valores de peso (en aire y en el líquido) puede servir para determinar la densidad del líquido.

Picnómetro

Un picnómetro es un matraz de vidrio especialmente diseñado, normalmente con un volumen definido. Se usa con mayor frecuencia para determinar la densidad de los líquidos. El picnómetro se pesa primero vacío y, después, lleno del líquido que se está investigando. La diferencia (es decir, la masa de la muestra) dividida por el volumen del picnómetro es la densidad de la muestra.
El método picnómetro también puede servir para determinar la densidad de las muestras o granulados en polvo.

Densímetro digital

Un tubo de vidrio hueco vibra a una frecuencia determinada. La frecuencia cambia cuando el tubo se llena con sustancias diferentes: cuanto mayor sea la masa de la muestra, menor será la frecuencia. Los densímetros digitales funcionan midiendo la frecuencia y convirtiéndola en densidad.

Consulte la tabla siguiente para ver una comparación de estos cuatro métodos diferentes.

	Gravimétrico, empuje	Gravimétrico, desplazamiento	Picnómetro	Densímetro digital
Métodos	El vaso de precipitado para líquido auxiliar se coloca de pie en una plataforma o debajo de la balanza.	El vaso de precipitado para líquido auxiliar se coloca de pie en la balanza.	Material de vidrio con volumen definido.	Tecnología de tubo de oscilación
Adecuado para	Sólidos Líquidos (con cuerpo de desplazamiento de vidrio)	Sustancias pastosas (con esfera de gamma) Líquidos (con cuerpo de desplazamiento de vidrio) Sólidos	Líquidos, dispersiones Sustancias pulverulentas Gránulos	Líquidos
Principio de medición para una muestra sólida	La muestra se pesa una vez en aire y una vez sumergida en el líquido auxiliar con una densidad conocida. La densidad de la muestra sólida puede determinarse a partir de la densidad conocida del líquido y los dos valores de masa. ρ,= Densidad de la muestra A,= Peso de la muestra en aire B,= Peso de la muestra en líquido auxiliar ρ0,= Densidad del líquido auxiliar ρL,= Densidad del aire	El líquido auxiliar con una densidad conocida se pesa antes y después de sumergir la muestra (puede usarse la tara para medir la diferencia de masa directamente). Gracias al uso de la diferencia de masa y la densidad del líquido, es posible determinar el volumen de la muestra. Este valor se usa entonces junto con la masa de la muestra para calcular su densidad.	El picnómetro se pesa primero vacío y, después, lleno con el líquido de referencia de una densidad conocida. Se añade el polvo al picnómetro limpio y seco. Se pesa para determinar el peso de la muestra en polvo. A continuación, se llena con el mismo líquido en el que el polvo debe ser totalmente insoluble. Vuelve a pesarse el picnómetro. Entonces, puede determinarse el peso del líquido que se desplaza y, en consecuencia, calcularse la densidad del polvo.	n/a
Principio de medición para una muestra líquida	El cuerpo de referencia con un volumen conocido (dispositivo de inmersión de vidrio) se pesa una vez en aire y otra en líquido con una densidad desconocida. La densidad del líquido puede determinarse a partir del volumen conocido del cuerpo de referencia y los dos valores de masa. ρ,= Densidad de la muestra líquida α,= Factor de corrección de peso (0,99985), para tener en cuenta el empuje atmosférico del peso de ajuste A,= Peso del cuerpo de referencia en aire B,= Peso del cuerpo de referencia en líquido V,= Volumen conocido del cuerpo de referencia ρL,= Densidad del aire	El peso del líquido con una densidad desconocida se mide antes (tara) y después de sumergir el cuerpo de referencia (esfera de gamma o dispositivo de inmersión de vidrio). Gracias al uso de la diferencia de masa y al volumen conocido del cuerpo de referencia, es posible determinar la densidad de la muestra líquida.	El picnómetro se pesa primero vacío y, después, lleno nuevamente con la muestra de líquido. La diferencia de masa dividida por el volumen del picnómetro es la densidad del líquido.	La muestra se añade a un tubo de vidrio hueco con forma de U en el dispositivo. La densidad de la muestra se determina mediante la medición de la frecuencia de vibración del tubo. Cuanto menor es la frecuencia de vibración, mayor es la densidad de la muestra.

Determinación de la densidad de los líquidos con densímetros digitales

Si existiera algún valor más de interés que la densidad, los densímetros digitales miden la densidad, la gravedad específica y otros atributos relacionados de las muestras líquidas (es decir, el % de alcohol, BRIX o los grados API) con una elevada precisión y con poco tiempo de medición.

Medición con densímetros digitales

Estándares de densidad

Existen muchos estándares y normas para la determinación de la densidad en muestras de sólidos. Algunos de los más usados son:

ISO 1183-1: Plásticos. Métodos para determinar la densidad de plásticos no celulares
OIML G 14: Medición de la densidad conforme a la OIML
ASTM D 792: Métodos de comprobación estándar para determinar la densidad y la gravedad específica

La ISO 1183-1 especifica el uso de una balanza analítica de cuatro cifras decimales.

La confusión con la densidad a granel

La densidad a granel es una medición sobre cuántas partículas, piezas o fragmentos se incluyen en un volumen medido. La densidad a granel no es una propiedad del material en sí mismo. La densidad a granel incluye los espacios entre las partículas o elementos, así como cualquier hueco entre los propios elementos. La densidad a granel puede variar en función de cómo se manipule el material; por ejemplo, al agitar un contenedor, se permitirá que las piezas se estabilicen, aumentando así la densidad a granel general.

¿Necesita ayuda?

La medición de la densidad es un parámetro de calidad sumamente importante tanto de las materias primas como de los productos acabados. Sabemos que son muchos los factores que deben tenerse en cuenta para asegurar la obtención de unos resultados de densidad exactos. Si necesita ayuda con la determinación de la densidad o quiere asesoramiento sobre qué balanza o kit para la determinación de la densidad comprar, nuestro equipo de expertos puede ayudarle.
No dude en ponerse en contacto con nosotros para pedir ayuda.

Retos de la medición de la densidad de los sólidos

Los retos de la medición exacta de la densidad de los sólidos

Burbujas

Con diferencia, la mayor fuente de error a la hora de medir la densidad es la humectabilidad limitada de la muestra. Cuando la muestra se sumerge en un líquido, es fundamental eliminar todas las burbujas que se adhieren a ella y al equipo. Cualquier burbuja remanente provocará un efecto de empuje y distorsionará el cálculo de la densidad. (Una burbuja con 1 mm de diámetro genera un empuje de 0,5 mg). Recomendamos:

Usar un agente humectante o líquidos orgánicos (el cambio de densidad sufrido por el agua destilada al añadir unas gotas de agente humectante puede pasarse por alto)
Desengrasar los sólidos resistentes a disolventes
Limpiar el equipo con regularidad
No tocar las piezas que hay que sumergir con las manos desnudas
Usar un pincel fino para eliminar las burbujas de aire más difíciles

Temperatura

Generalmente, los sólidos son tan ajenos a las fluctuaciones de la temperatura ambiente que los cambios de densidad correspondiente no tienen relevancia. Sin embargo, cuando se lleva a cabo la determinación de la densidad con un líquido auxiliar, debe tenerse en cuenta la temperatura. La temperatura tiene un efecto mayor con los líquidos y provoca cambios de densidad en términos de magnitud de 0,1 a 1 ‰ por °C.

El efecto ya es apreciable en el tercer decimal del resultado. Para obtener resultados exactos, recomendamos que siempre se tenga en cuenta la temperatura del líquido auxiliar a la hora de determinar la densidad. Los valores están disponibles en libros especializados en tablas. Las densidades de los líquidos de referencia más importantes (H₂O y etanol) se almacenan en la balanza.

Pesaje

Como se ha mencionado anteriormente, el pesaje desempeña un papel importante a la hora de determinar la exactitud de la densidad, por lo que es fundamental que la balanza usada cumpla con los requisitos de la aplicación de densidad. Para muestras pequeñas, debe tenerse en cuenta el peso neto mínimo de la muestra de la balanza. Si se pesa una muestra por debajo de este peso, no puede confiarse en que sea del nivel de exactitud requerido.

Manipulación de datos

La transcripción manual de los datos de muestras, los valores de peso y los cálculos de densidad requiere mucho tiempo y es propensa a errores.

La solución de METTLER TOLEDO para determinar la densidad de las muestras de forma gravimétrica

La mayoría de las balanzas analíticas y de precisión de METTLER TOLEDO con una legibilidad de 1 mg o superior pueden usarse fácilmente para determinar la densidad a través de la técnica de empuje de Arquímedes mediante el uso de un kit para la determinación de la densidad que se monta en la balanza en solo unos sencillos pasos.

Medir la densidad de los sólidos con una balanza es un proceso fácil y cómodo que ofrece resultados muy fiables en comparación con otros métodos en los que el volumen de la pieza se determina de manera independiente al peso. Al convertir una balanza de laboratorio estándar con la adición de un kit para la determinación de la densidad, evita la necesidad de adquirir un equipo especializado para llevar a cabo este sencillo procedimiento. De este modo, la compra del kit para la determinación de la densidad resulta una inversión muy rentable. Con la adición de un cuerpo de desplazamiento de vidrio de un volumen conocido, el kit para la determinación de la densidad puede usarse además para determinar la densidad de las muestras líquidas.

La aplicación integrada Densidad ofrece instrucciones paso a paso que facilita su uso incluso a los operarios más inexpertos. Benefíciese aún más de:

Alta flexibilidad para adaptarse a las necesidades individuales del proceso
Cálculos de densidad automáticos de sólidos y líquidos incluido el ajuste de la temperatura del líquido de referencia
Evaluación estadística de varias muestras
Todos los resultados, incluidos el usuario, el ID de muestra, el número de lote, la hora y la fecha, pueden imprimirse o guardarse en un lápiz USB.

Medición de la densidad de muestras a granel

Para las muestras a granel, que no encajan en el kit para la determinación de la densidad, las balanzas de precisión de METTLER TOLEDO con una legibilidad de 0,1 g y 0,01 g pueden modificarse para pesar por debajo de la balanza mediante la adición de un gancho específico. El principio de medición de la densidad es exactamente el mismo; la muestra se pesa en aire y, de nuevo, en un líquido de referencia.

Vídeo: Determinación de la densidad en acción

Vea con qué facilidad puede medir la densidad en su balanza de laboratorio de METTLER TOLEDO. El kit para la determinación de la densidad le permite establecer la densidad de sustancias sólidas, líquidas, porosas y viscosas. Gracias a las instrucciones paso a paso y a los cálculos automáticos, el proceso completo es más sencillo.

Determinación de la densidad para obtener calidad en los plásticos

Nota de aplicación gratuita: fácil determinación de la densidad para obtener una calidad consistente en los plásticos

La determinación de la densidad en el plástico resulta esencial para obtener una calidad uniforme en este tipo de material. En la nota de aplicación, se describe la forma en la que se puede determinar con facilidad la densidad de piezas de materias plásticas en forma sólida mediante la aplicación integrada de una balanza analítica MS-TS, ML-T o ME-T de METTLER TOLEDO con un kit para la determinación de la densidad.

Gestión de datos y seguridad en los procesos ampliadas

LabX Software connects all instruments

La combinación de una balanza de nivel Excellence de METTLER TOLEDO y el software LabX ofrece un mayor nivel de gestión de los datos y de seguridad en los procesos. Las balanzas analíticas y de precisión Excellence pueden configurarse con un kit para la determinación de la densidad. LabX asegura que su PNT de determinación de la densidad se siga de forma precisa. LabX registra todos los valores de peso, lleva a cabo todos los cálculos y guarda los resultados de forma segura en una base de datos central. Todos los datos relacionados con su aplicación de densidad pueden transferirse directamente al sistema de gestión de datos interno.