El ABC de la pesada:Trabajo correcto conbalanzas analíticas ymicrobalanzas

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Técnica de pesada¿se sigue necesitando?

Quien trabaja con balanzas mecá-nicas micro, semimicro o analíticassabe el cuidado que hay que tener enel manejo de la balanza paraconseguir resultados fiables. Por unaparte, las balanzas electrónicas hoydisponibles en el mercado se hansimplificado mucho bajo el punto devista del manejo y, por otra, soncapaces también de < soportar >ciertos efectos ambientalesperturbadores. En algunos casosestos hechos han sido la causa deque los usuarios de balanzaselectrónicas micro, semimicro oanalíticas no operen ya con el debidocuidado.

Con la presente informaciónqueremos referirnos a los puntosmás importantes a tener en cuentacuando se trabaja con balanzasmicro, semimicro y analíticas y seexigen resultados de pesada de altacalidad.Después de unas breves referenciasal emplazamiento y manejo adecua-dos de las balanzas se discuten enparticular los efectos perturbadoresdel entorno sobre la determinacióndel peso. La mayor parte de estosefectos se reconoce por una lentavariación de la indicación del peso(deriva).

El tema esta dividido en los apar-tados siguientes:

- Elección del emplazamiento de una balanza- Mesa de pesar- Manejo de la balanza- Errores de pesada debidos a efectos físicos

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Elección delemplazamiento deuna balanza

La exactitud o fiabilidad de losresultados de pesada depende nosólo de un trabajo de medida preciso,también guarda estrecha relación conel emplazamiento de la balanza. Porello, para configurar un puesto depesada óptimo hay que aclararpreviamente los puntos siguientes ylas consecuencias que de ellos sederivan.

Siempre que sea posible, lahabitación en donde se monta labalanza sólo debe tener un accesopara que no pueda usarse comohabitación de paso. Como puestode trabajo son particularmenteidóneos los rincones de unahabitación que son, dentro de unedificio, los lugares más firmescon las menores vibraciones.

En modo alguno se instalará labalanza muy cerca de ventanas, puesexiste el peligro de que los rayossolares directos la calientenirregularmente. Lo mismo ocurre conlos radiadores próximos que, ademásde la radiación térmica directa,suelen producir corriente, de airebastante fuertes.

La balanza no debe montarsecerca de acondicionadores de aireni de ventiladores, los cuales pro-ducen turbulencias del aire dema-siado fuertes.

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VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA:

Cuando cambia la temperatura en lahabitación, cambia también conalgún retraso la temperatura delinterior de la balanza.Ello se traduce en un < desplazamien-to > de la indicación de la balanza.Cuando se trabaja con balanzassemimicro y micro, la temperatura dela habitación debe mantenerseconstante por medio de termostato(en el caso de balanzas micro yultramicro, hasta +/-1 °( de exactitud).

HUMEDAD ATMOSFÉRICA:

Cuanto mayor sea la precisión deindicación de una balanza, másimportantes son las diferencias enla humedad atmosférica, por loque es preciso controlarla amantenerla constante. Humedadrelativa del aire recomendada: 45-60%.

ILUMINACIÓN:

Lo más conveniente es unailuminación artificial, una habitaciónsin ventanas. Los aparatos deiluminación deben estar instalados asuficiente distancia de la mesa depesar. Para evitar radiación térmicaperturbadora, no deben instalarselámparas de gran potencia. Sonrecomendables los tubosfluorescentes.

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Mesa de pesar

Los resultados de pesada debalanzas micro, semimicro o analí-ticas tienen la misma calidad que lamesa de pesar. Por ello, a la hora deelegir ésta debe prestarse atención alos puntos siguientes:

- No debe estar sometida a exce sivas oscilaciones y víbraciones. (Estas oscilaciones y vibraciones pueden ser provocadas por una máquina en marcha dentro del mismo edificio, en las calles o raíles que pasan cerca del edificio, etc.).

- No debe ceder cuando se trabaja sobre ella.

- Debe ser de material antimagnético.

- Debe estar protegida contra la carga estática.

No es conveniente la sujeciónsimultánea a pared y suelo, pueslas vibraciones del uno se trans-miten al otro. La mesa tampocodebe usarse para depositar objetospesados. Su superficie no debeestar recubierta de placas deplástico, vidrio o metal a fin deevitar errores de pesada.

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Manejo de labalanza

Las balanzas micro, semimicro yanalíticas son instrumentos demedida de máxima precisión. Poreste motivo, cuando se trabaja conellas una regla general es:

Hacer la pesada con cuidado y teneren cuenta las exigencias reseñadas acontinuación, aplicables al objeto y almanejo de la balanza, pero tardandoel menor tiempo posible en lapesada.

Esta regla, algo contradictoria, sepuede explicar de la forma siguiente:Cuanto más tiempo requiere unadeterminación de peso, mayor es elpeligro de que ciertas influenciasexteriores, como vibraciones,turbulencias de aire, variaciones detemperatura, humedad, reacciones dela carga, etc., falseen el resultado dela pesada.

Exigencias detalladas que han detenerse en cuenta

Conecte la balanza por lo menos30 minutos antes de la primerapesada. Mejor aún,. siempre quesea posible, deje la balanzaconectada de modo permanente.EXPLICACIÓN: Así se eliminan lasposibles derivas del cero y de sen-sibilidad, producidas por la fase decalentamiento de la balanza.NOTA: Este tiempo de calenta-miento se suprime para balanzascon circuito Stand-by, siempre queno se separen de la red (por ej.,cortes de corriente prolongados,interruptor principal, etc.).

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Antes de abrir la cámara de pesada,vea si la balanza señala exactamentecero.EXPLICACIÓN: En otro caso puedenintroducirse errores del cero en supesada.

No toque con los dedos el recipientede tara ni la carga. Utilice pinzaslargas o algo parecido.EXPLICACIÓN: Con el contactopuede variar la temperatura, así comola humedad del recipiente de tara yde la carga.

No abra la ventanilla de la cámara depesada más que para poner elrecipiente de tara y la carga sobre elplatillo y sólo lo necesario paracolocarlos cómodamente sobre elplatillo.EXPLICACIÓN: Cada vez que se abrela cámara de pesada pueden ori-ginarse cambios de temperatura yturbulencias de aire.

Coloque su carga en el centro delplatillo.EXPLICACIÓN: Así evita Ud.posibles errores por cargadescentrada.

Tampoco meta las manos en lacámara de pesada. Utilice pinzaslargas o algo parecido.EXPLICACIÓN: Puede Ud. cambiarasí la temperatura y la humedad de lacámara.

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Cierre la cámara de pesada inme-diatamente después de colocar elrecipiente de tara o la carga en elplatillo.EXPLICACIÓN: Cuanto más tiempose mantenga abierta la cámara depesada, mayor peligro hay de quevaríe su temperatura y humedad yse originen turbulencias de aire.

Haga la lectura en cuanto el resul-tado de la pesada sea estable.EXPLICACIÓN: Su carga puedeceder o absorber humedad y apodría cambiar el peso.

Retire la carga del platillo encuanto termine la pesada (conpinzas o algo parecido) y cierre lacámara.EXPLICACIÓN: La carga podríaabsorber calor y humedad de lacámara de pesada.

Mantenga limpios la cámara depesada y el platillo. Utilice para pesarexclusivamente recipientes de taralimpios.EXPLICACIÓN: El peso de cuerposextraños y la suciedad puedenfalsear su resultado de pesada.

No use recipientes de plástico, nitampoco de vidrio, si la humedad delaire es inferior a 30-40%.EXPLICACIÓN: Se corre el riesgo deque el recipiente de tara se cargueelectrostáticamente.Compare con < Errores de pesadadebidos a efectos físicos >.

Utilice en cualquier caso el menorrecipiente de tara que pueda.

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Errores de pesadadebidos aefectos físicos

Si la lectura del peso es inestable,el resultado aumenta o disminuyelentamente, o simplementeaparecen valores erróneos,muchas veces se debe a efectosfísicos desfavorables.

Los motivos más frecuentes son:

· Manipulación incorrecta de la carga.· Emplazamiento incorrecto de la balanza.· Absorción o desprendimiento de humedad de la carga. · Cargas o recipientes con electricidad estática.· Cargas o recipientes magnéticos. En el capítulo siguiente le mostraremos estos efectos y explicaremos las causas y posibles remedios.

TEMPERATURA

Efecto:La indicación del peso varía deforma continua en un sentido.

Motivo:Existe una diferencia detemperatura entre carga y entornoque produce corrientes de aire a lolargo del recipiente.El aire que barre el recipiente, máscaliente, genera una fuerzadirigida hacia arriba que falsea elresultado: por ello el peso esmenor (empuje dinámico). Elefecto no desaparece hasta que seha establecido un equilibrio detemperatura. El efecto contrarioaparece cuando la carga es másfría que el entorno.

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El cambio experimentado por lapelícula acuosa que cubre todocuerpo se superpone al empujedinámico. La película acuosacambia con la temperatura. Laregla es: un objeto frío aparecemás pesado y un objeto calientemás ligero. Este efecto es muyimportante en las pesadas dife-renciales con microbalanzas(control de la temperatura).

Ejemplo:Con el experimento siguientepuede Vd. ensayar el empujedinámico: Pesar un matrazErlenmeyer o recipiente similar,anotar el peso, sostener elrecipiente durante 1 minuto en lamano, repetir la pesada: elrecipiente aparece más ligero.(El sudor de la mano influye pocosobre este efecto. Si no fuera así,la muestra pesaría más)

Remedio:· No pesar ninguna muestra nada más sacarla del desecador o del frigorífico.· Aclimatar la carga (carga = temperatura de laboratorio/cámara de pesada).· Tomar la muestra con pinzas.· No tocar la cámara de pesada con las manos para no calentarla.· Elegir recipientes con poca superficie.

ABSORCIÓN DE HUMEDADEVAPORACIÓN

Efecto:El peso de una carga aumenta odisminuye de forma continua.

Motivo:Vd. mide la pérdida de peso desustancias volátiles o la evaporaciónde agua. El aumento de peso debeachacarse a una carga higroscópica(absorción de humedad del aire).

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Con alcohol y gel de sílice puede Vd.reproducir este efecto.

Remedio:· Utilizar recipientes limpios y secos y no carga con suciedad o gotas de agua.· Utilizar recipientes de cuello estrecho.· Poner tapa.· Utilizar el soporte triangular Mettler (ME-210435) en lugar de apoyos de corcho o cartón (ambos pueden absorber o desprender mucha humedad).

ELECTRICIDAD ESTÁTICA

Efecto:Un recipiente presenta diferentespesos en cada pesada. La lecturadel peso es inestable. El resultadose reproduce

Motivo:Su recipiente se ha cargado deelectricidad estática. Losmateriales de alto grado deaislamiento eléctrico, como son lamayor parte de los recipientes depesar (vidrio, plásticos), puedenexperimentar este efecto, cuyoorigen principal es la friccióndurante la manipulación o eltransporte de materiales (sobretodo de polvos y granulados). Si elaire es seco (humedad relativa delaire inferior al 40% = malaconductividad superficial), estaelectricidad estática ya no sepuede disipar o sólo lo hace muylentamente a lo largo de horas.Los errores de pesada se deben alas fuerzas electrostáticas queactúan entre la carga y el entorno.La regla es: si la electricidad de lacarga y el entorno es de' mismosigno (+,+ ó -,-) ambos se repelen,pero si es diferente(+,- ó -,+) se atraen. Estas fuerzaselectrostáticas pueden sermedidas por las balanzas micro,

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semimicro y analíticas y dan lugara los errores de pesada señalados.Cuando Ud. frota un recipiente deplástico con un paño de lana o deseda, presenta justamente esteefecto.

Remedio:La electricidad estática de la cargaha de ser desviada o apantallada.Para tal fin se tienen lasposibilidades siguientes:· Aumentar la humedad del aire por medio de un aparato evaporador o un ajuste adecuado del acondicionador de aire. Esto ha de hacerse sobre todo en invierno, dentro de habitaciones con calefacción (humedad relativa del aire ideal 45-60%).· Apantallar las fuerzas electrostáticas (colocar el recipiente dentro de otro recipiente metálico).· Utilizar otros recipientes de pesada:

Plástio Vidrio Metal malo bueno muy bueno

· Poner la balanza a tierra (y por tanto el platillo). En las balanzas METTLER esta puesta a tierra es automática a través del enchufe de alimentación de tres polos.

MAGNETISMO

Efecto:Un objeto presenta un peso diferentesegún su sobre el platillo. Elresultado se reproduce mal.

Motivo:Ud. pesa un material magnético. Losobjetos magnéticos y el hierro seatraen mutuamente. Las fuerzasadicionales producidas soninterpretadas así erróneamente comocarga.

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Remedio:· Siempre que sea posible hay que desmagnetizar la carga ferromagnética (hierro, acero, níquel, etc.).· Puesto que la fuerza se hace menor a medida que aumenta la distancia, se puede separar la carga del platillo por medio de una base no magnética (por ejemplo, vaso, soporte de aluminio).· El mismo efecto puede obtenerse con un dispositivo para pesar bajo la balanza (incorporado en serie en la mayor parte de las balanzas micro, semimicro y analíticas).· En la medida de lo posible, METTLER utiliza siempre materiales no magnéticos para reducir este efecto al mínimo.· Apantallar las fuerzas magnéticas (poner la carga en un recipiente de hierro o metal).

EMPUJE ESTÁTICO

Efecto:Una carga no tiene que el mismopeso en el aire que en el vacío.

Motivo:«Un cuerpo pierde un peso igual alpeso del medio por él desplazado»(Ley de Arquímedes).Con esta ley se puede explicar porqué un barco flota, un globo vuelao una carga puede mostrar unpeso diferente según la presiónatmosférica.El medio que rodea nuestrascargas es el aire. La densidad delaire es de unos 1,2 kg/m3(depende de la temperatura y de lapresión atmosférical. Por tanto. elempuje de la carga (cuerpo) es 1,2kg/m3.

Ejemplo:Si ponemos una pesa decalibración de 100 g en un vasosobre una balanza de cruz y acontinuación echamos agua a unvaso igual puesto en el otro

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platillo hasta que la balanzaalcance el equilibrio, ambascargas, pesadas en el aire, pesan100,000 g.Si a continuación encerramos labalanza en una campana de cristaly hacemos el vacío, la balanza seinclina del lado del agua, que porsu volumen desplaza más aire y,por tanto, experimenta un mayorempuje. En el vacío no existe elempuje.

Pesa de calibración Agua

Peso en el aire 100,000 g 100,000 gDensidad 8000 kg/m3 1000 kg/m3Volumen 12,5 cm3 100 cm3Empuje 12,5 cm3 . 1,2 mq/ cm3 100 cm3 . 1,2 mg/cm3 =15 mg =120 mgPeso en vacío 100,015 g 100,120 g

Remedio:· Puesto que la balanza se calibracon pesas de densidad 8,0 g/cm3,cuando se pesan cargas condensidad distinta se origina unerror por empuje del aire. Enpesadas de gran exactitud demedida (sobre todo conmicrobalanzas) corregirconvenientemente el peso vi-sualizado.· Si se hacen pesadas en díasdiferentes (pesadas diferenciales,pesadas comparativas), controlarpresión atmosférica, humedad delaire y temperatura y calcular ladensidad exacta del aire.

Observación:· En el laboratorio se trabajanormalmente sin corrección(error sistemático). Si se pesancantidades pequeñas el error esdespreciable.

GRAVITACIÓN

Efecto:La indicación del peso varía cuandola pesada se hace a una altura 10 mmayor (por ejemplo, subiendo del

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primer piso al cuarto piso de unedificio).

Motivo:Para determinar el peso de un cuerpola balanza mide la fuerza gravitatoria,es decir, la fuerza de atracción entrela Tierra y la carga. Esta fuerzadepende principalmente de la latituddel lugar de instalación y de su alturasobre el mar (distancia al centro de laTierra). La regla es:

1 . Cuanto más alejado esté un pesodel centro de la Tierra, menor es lafuerza gravitatoria que actúa sobre él.Esta disminuye con el cuadrado de ladistancia.

2 . Cuanto más cerca esté un lugardel Ecuador, mayor es la aceleracióncentrífuga producida por la rotaciónterrestre, la cual se opone a la fuerzade atracción (fuerza gravitatoria). Portanto la fuerza gravitatoria que actúasobre una masa es máxima en losPolos y mínima en el Ecuador.

Así, pues, la variación del peso sedebe a una reducción de la fuerzagravitatoria y, puesto que disminuyecon el cuadrado de la distancia, elfactor de la variación se puedecalcular en la forma siguiente.

Ejemplo:Si una pesa de 200 g señala en elprimer piso 200,00000 g exactos, enel cuarto piso (10 m más alto) seobtiene la siguiente variación depeso:

BibliografíaDiccionario METTLER de términos de pesada.La nueva balanza analítica AT de METTLER.Instrucciones de manejo METTLER.