formula densidad

El Densímetro una valiosa herramienta para el control de calidad

Por: Mou D. Khamlichi
Actualizado el 15 de junio de 2021
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Los laboratorios industriales y comerciales requieren de numerosos instrumentos de medición, y uno de ellos es el densímetro. Es realmente útil en el estudio de la calidad de los productos en sectores como el automotriz, de alimentos e industrias químicas.

El densímetro proporciona información de gran importancia, ya que determina la densidad en distintas sustancias. Este parámetro está incluido en el control de calidad de la materia prima o el producto terminado. Al mismo tiempo, en laboratorios clínicos se empleó en tiempos antiguos para determinar la densidad de la orina.

Las importantes aplicaciones del densímetro han influenciado a grandes marcas en su creación y transformación, incluyendo tecnologías para hacerlo más preciso en sus determinaciones. En seguida, definiremos al densímetro y mostraremos los diferentes tipos que existen y la importancia de su uso en las diversas áreas de producción.

densímetro

¿Qué es el densímetro?

Es una herramienta de laboratorio empleada para la medición de la “densidad relativa” de elementos en estado líquido, sin requerir información de su masa y volumen. También, es llamado aerómetro de Baumé. Antes de continuar con la explicación del densímetro es importante entender los siguientes conceptos:

¿Qué es la densidad absoluta y la densidad relativa?

La densidad absoluta se refiere a la cantidad de masa por unidad de volumen que posee un líquido o sustancia. Por lo que entre mayor sea la masa de una sustancia en un mismo volumen, mayor será su densidad. La siguiente fórmula expresa lo antes señalado:

La densidad relativa se refiere a la comparativa entre la densidad absoluta con la densidad de una sustancia referencial, que usualmente es el agua.

¿Cómo funcionan los densímetros convencionales?

Estos instrumentos funcionan bajo el principio de flotabilidad de Arquímedes, donde un cuerpo (en este caso el densímetro) al ser sumergido en un líquido en reposo, sufrirá un empuje hacia arriba equivalente a la densidad del elemento acuoso.

Los aerómetros están elaborados en vidrio con forma cilíndrica, y disponen de un ensanchamiento en la punta inferior. Los componentes que se encuentran en el ensanchamiento le hacen funcionar a manera de un flotador en posición vertical. Al ser sumergido en la sustancia, su otro extremo mostrará la densidad con una escala de medidas.

La explicación anterior corresponde al funcionamiento del densímetro convencional. Sin embargo, con la creación de densímetros digitales, la estructura y funcionamiento han cambiado.

Historia y evolución del densímetro

El densímetro debe su existencia a la filósofa y matemática Hipatía de Alejandría en el siglo IV. Las extensas contribuciones de esta científica fueron en el área de la matemática, mecánica y especialmente en la astronomía. Esta última fue la rama a la que dedicó muchos años de estudio.

Siglos más tarde, específicamente en el siglo X, las determinaciones de la densidad se hacen más precisas, pues Abu Raihan Biruni inventa el primer picnómetro. El mismo es una herramienta de medida que permite calcular la densidad de un líquido, pero del que se conozca su volumen.

Existen modificaciones de la mano del científico francés Jacques Charles a este instrumento de medición, que demuestran haber mejorado su funcionamiento. Estos hechos le han atribuido la invención del densímetro.

Desde el siglo XVIII los densímetros cuentan con gradaciones precisas, y específicas. Esto permitió sumergir el instrumento en líquidos con variada viscosidad y a diferentes profundidades.

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Los avances del instrumento en el siglo XX y XXI

Ya en el siglo XX para el año 1967 Anton Paar (empresa líder en instrumentos analíticos) exhibe el primer densímetro digital. La empresa modificó el funcionamiento original y creó uno basado en la tecnología de tubo en U oscilante.

Dos décadas más tarde en 1981 sale al mercado el DMATM 35, y correspondía al primer densímetro digital de mano, el cual mereció el reconocimiento de la Austrian Innovation Award.

En el año 2017, Anton Paar revoluciona las determinaciones de la densidad dejando atrás la oscilación continua. El Pulsed Excitation Method tiene la libertad de ondular antes de recibir otra inducción. Siguiendo ese esquema de vibración y dispersión, el equipo registra los valores de densidad de una manera mucho más precisa.

Con la elaboración de estos equipos se mejoró la detección de interferencias causadas por burbujas de aire y otros interferentes sólidos. Y se subsanan errores causados por variaciones en la temperatura o viscosidad de los especímenes.

Las partes del densímetro

Como comentamos en la definición esta herramienta tiene forma de tubo y está elaborado habitualmente en vidrio. Un densímetro consta de las siguientes partes:

  • Bulbo o flotante. Se encuentra en la punta inferior y puede ser más o menos ancha dependiendo del tipo de densímetro. Su función es permitir que la herramienta flote en posición vertical al sumergirlo en el espécimen a examinar.
  • Vástago o espiga con escala de medición. La escala revela las unidades de medida del artilugio. Puede estar elaborada en papel y encontrarse en el interior de la herramienta.
  • Lastre. Esta parte alberga perdigones de plomo o mercurio que favorece a que la herramienta se sumerja en la solución, manteniendo su flotación en una sola orientación.

Clasificación de los densímetros

Cada densímetro estará calibrado para medir las densidades o los diferentes estados de viscosidad que poseen los líquidos. En función de eso también reciben su clasificación en dos grandes grupos:

Densímetros para líquidos con mayor densidad que el agua

Estos artificios muestran una marca con el número “1” en la porción superior del vástago. Cuando el instrumento es introducido en agua, se hundirá y marcará el menisco en esa señal. Por el contrario, si se sumerge en líquidos con mayor densidad se hundirá menos marcando valores en ascendente, por debajo de la señal.

Densímetros para líquidos con menor densidad que el agua

En estos instrumentos la marca con el numero “1” equivalente a la densidad del agua, la exhiben al final del vástago. Cuando se introduce la herramienta en una sustancia con menor densidad se hundirá menos. Los resultados se mostrarán en el tubo graduado con valores inferiores a 1.

También, los densímetros se pueden clasificar de acuerdo al líquido donde van a ser empleados en:

Lactodensímetro

Este tipo de densímetro resulta ser el más conocido. Su nombre se debe a que mide la densidad específica de la leche, siendo un parámetro de importancia dentro del control de calidad de la misma. Con ello se evalúa si el alimento ha sido combinado con agua o ha sido descremado.

Lactodensímetro

También es llamado lactodensímetro de Quevenne, y en su varilla se encuentran grados en un rango que va de 15 a 40. Estas cifras son equivalentes a las milésimas de densidad en dirección ascendente con relación a la unidad. Por ejemplo, si el menisco señala el numero 32 la densidad seria 1.032 kg/m3. Se puede usar en leche recién ordeñada y en la pasteurizada.

Para usar el lactodensímetro se trasvasa leche a un cilindro graduado y se deja en reposo hasta que la nata se vaya sedimentando. La profundidad de este sedimento establece la riqueza y calidad de la leche. La densidad de la leche se encuentra en el rango de 1.027 a 1.035, para que cumpla con las normas de calidad.

Sacarímetro

Esta clase de densímetro también es llamado sacarómetro, y se emplea para determinar la concentración de sacarosa (azúcar) en líquidos como melazas y vinos. La densidad se expresa en escala o grados Brix, y determina la cantidad de sacarosa presente en un líquido.

Salinómetro

Este es empleado para calcular la densidad de las sales en agua marina o soluciones con alto contenido de sales. Tiene una gran aplicación en el sector culinario y es posible encontrar en el mercado versiones modernas de salinómetros basados en principios de refracción.

Las versiones modernas de este equipo varían en el grado de sensibilidad y precisión. Existen modelos que pueden determinar muy bajas concentraciones de sal y otros que se emplean para muestras con mayores concentraciones de sal.

Picnómetro

Es un tipo de instrumento de medición que refleja un valor exacto de la densidad en elementos sólidos y líquidos. También, se basa en el principio de Arquímedes, pero se diferencia del densímetro en que se debe conocer el volumen del líquido para utilizarlo.

Urinómetro

Esta herramienta es un densímetro que se emplea para la determinación de la densidad en muestras de orina, como parte de los parámetros del análisis de orina. Su uso se da únicamente es en laboratorios clínicos. El parámetro brinda información de importancia sobre la salud renal del paciente.

Alcoholímetro

Es considerado el densímetro más demandado y más preciso que existe. Fue creado por el francés Gay-Lussac, un importante químico y físico. Con el alcoholímetro se pueden calcular los grados alcohólicos que poseen una bebida o sustancia acuosa.

Densímetro de baterías

En la ingeniería mecánica y de producción de acumuladores eléctricos emplean este instrumento para medir la carga. Se fundamenta en valorar la densidad del ácido sulfúrico que se emplea en las baterías.

Densímetro digital

Los avances tecnológicos dieron paso a la creación del densímetro digital, el cual se fundamenta en un conducto de vidrio en forma de U, vacío que oscila a una determinada frecuencia. Al simular electrónicamente la ondulación del conducto en U donde se encuentra el líquido a estudiar, el aparato determina la densidad fijada a la repetición de oscilación natural del tubo en U.

El cambio en la frecuencia se produce al llenar el tubo con la muestra a estudiar, y mientras mayor sea el peso de la muestra, la frecuencia será menor. El valor de la densidad está determinado por la frecuencia, y el equipo se calibra con agua destilada y aire. Además, está provisto de un termostato de Peltier.

Densímetro nuclear

Dentro de los estudios de ingeniera geodésica y civil se emplea un instrumento conocido como densímetro nuclear. Este equipo es empleado para medir la humedad y densidad de superficies como asfalto, hormigón y suelos bases. La medición la realiza mediante radiación ionizante, por lo que se le debe dar un uso prudente.

Escalas de medida

Habitualmente, las escalas de gradación de estas herramientas vienen elaboradas para realizar lecturas en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) y kilogramo por metro cúbico (kg/m3). Además, existen escalas exclusivas en función a métodos o líquidos específicos como las escalas de Baumé, Gay-Lussac o Brix.

Los instrumentos, además, muestran la temperatura a la cual fueron calibrados, puesto que este parámetro afecta directamente la densidad de las soluciones. Si el instrumento es usado para mediciones en diferentes temperaturas el resultado deberá corregirse. Mostramos a continuación las diferentes escalas que se encuentran en los distintos tipos de densímetros.

Escala convencional

La escala dispone de la temperatura referencial de 20°C y muestra unidades de medida en g/cm3y kg/m3. Se encuentran en instrumentos para determinación de densidades mayores o menores que el agua.

Escala Baumé

Esta escala se interpreta en grados Baumé (ºB o ºBe). La solución de referencia es el agua, la cual tiene 0ºB y puede estar calibrada para sustancias con mayor o menor densidad que el agua. El rango de medición va de 0 a 70ºB grados de concentración. Para determinar la densidad se realiza una conversión con la siguiente fórmula:

  • Soluciones con mayor densidad que el agua d=145/(145-ºB)
  • Soluciones con menos densidad que el agua d=140/(130+ºB)

Escala Brix

Esta gradación se muestra en grados Brix (ºBx), donde 1 ºBx equivale a 1 gr de azúcar (sacarosa) disuelta en 100 gr de una solución. Esta escala está presente en los sacarímetros.

Escala Gay-Lussac

Esta gradación determina la proporción de alcohol presente en un volumen de líquido y se reporta en porcentajes. Es decir, la proporción de alcohol presente en 100 ml de solución. Un ejemplo es, en un vino con 13° grados de alcohol, equivale a 13 ml de alcohol etílico en 100 ml del vino.

Cuáles son las aplicaciones de los densímetros

Como hemos observado, los densímetros pueden ser empleados en múltiples áreas de nuestras vidas. Tiene un especial uso en las diversas etapas del control de calidad, por lo que sus aplicaciones principales son:

  • Evaluar procesos de fermentación de sustancias azucaradas.
  • Estudiar la pureza de alimentos de origen animal como la leche.
  • Determinar el grado de alcohol en industrias cerveceras y vinícolas.
  • En el área automotriz es útil para calcular la carga de un acumulador de energía. 
  • Es un instrumento de gran utilidad en laboratorios químicos y físicos, donde se preparan habitualmente soluciones.

Las importantes repercusiones del densímetro

Determinar la densidad de las sustancias que empleamos es de gran trascendencia en áreas de comercio e industrial. Pues este parámetro es específico para cada elemento, siendo uno de los primeros factores que determinan la calidad de los mismos.

El uso del alcoholímetro dentro de la industria de cervezas y de vinos es de gran importancia, pues se garantiza la seguridad de quienes consumen el producto final. Su empleo agiliza los procesos sin recurrir a tediosos procesos de cálculos manuales.

Optimizar la precisión en la determinación de la densidad es y será crucial en muchos ámbitos de las industrias a nivel mundial. Con ello, se incrementa la confianza en un producto, además de disminuir errores en interfaces de producción, lo cual se reflejará en una reducción de costos.

Lectura Recomendada: Los 120 inventos que cambiaron el mundo

Referencias

www.instrumentosdelaboratorio.net/2014/02/densimetro.html

www.materialdelaboratorio.top/densimetro/

www.ecured.cu/Dens%C3%ADmetro

Densímetro

www.gisiberica.com/densimetr%C3%ADa%20are%C3%B3metros/fundamento_teorico.htm

https://quercuslab.es/blog/como-usar-un-densimetro/

http://ingenieriadeprocesosgrupo6.blogspot.com/2016/09/que-es-densidad.html

Densímetro

https://net-interlab.es/tipos-densimetro/

https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes

https://net-interlab.es/como-funciona-el-densimetro/

www.anton-paar.com/co-es/conozcanos/noticias/noticias/detalles/un-nuevo-capitulo-en-la-historia-de-la-densidad/

www.eluniverso.com/noticias/2019/11/08/nota/7594445/densimetro-nuclear-ecuador-robo-universidad-que-es


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