CALIBRACION DE LA BALANAZA ANALITICA Y COMPARACION CON LA BALANZA DE TRES BRAZOS

ANALYTICAL BALANCE CALIBRATION AND

COMPARISON WITH THE BALANCE OF THREE ARMS

CALIBRACION DE LA BALANAZA ANALITICA Y  
COMPARACION CON LA BALANZA DE TRES BRAZOS

FERNÁNDEZ, José Agustín; LEGUIA; Fadia; MARCHAN, Brian f.; REYES MARTÍNEZ, Carlos; MENDOZA BARROS, Juan Carlos.

Laboratorio Química Analítica

Universidad de Pamplona, Pamplona Norte de Santander.

16 de Septiembre de 2016

ABSTRACT: The goal of practice “Calibrating the analytical balance” was used and differentiates between two types of scales to perform various direct and indirect weighing.          
First work with the balance of three arms which takes longer and has more percentage of error as to its accuracy, then use the analytical balance and therefore is more accurate and error percentage is lower.         
Each procedure was performed in duplicate and averaged. For laboratory performance we took into account factors systematic error involved in taking data, gloves was used when placing coins into the previously cleaned balance, so as not to add any extra weight because of foreign matter (grease the fingers).        
KEYWORDS: tare; balance of three branches; analytical balance; calibration; hygroscopic.  

RESUMEN: El objetivo de la práctica “Calibración de la balanza analítica”  fue utilizar y establecer diferencias entre dos tipos de balanzas al realizar diferentes pesajes directos e indirectos.          
Primero trabajamos con la balanza de tres brazos la cual requiere más tiempo y tiene más porcentaje de error en cuanto a su precisión, luego utilizamos la balanza analítica que por ende es más exacta y su porcentaje de error es más bajo.
Cada procedimiento se realizó por duplicado y se promedió. Para la ejecución del laboratorio tuvimos en cuenta los factores de error sistemático que intervienen en la toma de datos, se utilizó guantes al momento de colocar las monedas en la balanza previamente limpiada, para así no agregarle ningún peso extra debido a material extraño (grasa de los dedos).          
PALABRAS CLAVES: tarar; balanza de tres brazos; balanza analítica; calibración; higroscópico.

INTRODUCCIÓN

En cualquier actividad química, que involucre análisis, diseño, investigación, fabricación e inspección, gran parte de la toma de decisiones y conclusiones se hacen con base a las mediciones confiables que se realizan.

Los pilares de la medición son los equipos, los métodos y el personal. Dentro del rubro de equipos, las mediciones de masa son ampliamente usadas, así que para que estas sean confiables, es necesario asegurar la calidad de las mismas, es decir conocer el error y la incertidumbres con las que las obtenemos. De manera general, los instrumentos que se emplean en estas mediciones son las balanzas, que sin importar la clase de exactitud que tengan, estas deben cumplir metrológicamente, y la forma de hacerlo es realizando una calibración metrológica.(1)[pic 1]

Se denomina balanza analítica a una balanza caracterizada por su precisión extrema. La misma se utiliza principalmente en laboratorios, lugar en donde se hace necesaria una gran exactitud a la hora de pesar distintos tipos de sustancias. Estas balanzas tiene una precisión tan extremas que se les hace posible distinguir valores muy inferiores al miligramo. No obstante, para lograr resultados óptimos, las balanzas analíticas requieren de algunas medidas específicas para evitar que el ambiente afecte las mediciones. Dada su gran sensibilidad, cualquier circunstancia en el lugar de trabajo que ejerza influencia sobre la balanza podrá afectar los pesajes obtenidos.  

 Fig. 1: Partes de la balanza analítica

En el caso de la denominada balanza analítica (véase Fig. 1), ésta se diseña especialmente para situaciones en donde la precisión es una necesidad ineludible. Este tipo de circunstancia es especialmente cierta en los laboratorios en la medida en que las proporciones que se utilizan para pruebas y compuestos deben utilizarse con extrema exactitud. En otro tipo de ámbitos de trabajo, una balanza común y corriente suele ser suficiente.(2) 

Cuando el mostrador de la balanza quede inestable, sea por variación continua de la lectura para más o menos o simplemente si la lectura está errada. SIEMPRE se debe estar observando influencias físicas indeseables sobre la operación. Las más comunes son:

• Temperatura; las corrientes de aires generadas entre la muestra y el ambiente de la cámara ejercen fuerzas en el plato de medida.
• Variación de masa; cuando la sustancia que se está pesando no es contante (pierde masa por evaporación o aumenta de masa por higroscopia).
• Electrostática; El frasco de medida está cargado electrostáticamente. Estas cargas son formadas por fricción o durante el transporte de los materiales, especialmente si son en gránulos o en polvo. Si el aire está seco (humedad relativa menor que 40%) estas cargas electrostáticas quedan retenidas o son dispersas lentamente. Los errores de medida ocurren por fuerzas de atracción electrostática que actúan entre la muestra y el ambiente. Si la muestra y el ambiente están bajo el mismo efecto de cargas eléctricas de misma señal [+ o -] hay repulsión, mientras que bajo el efecto de cargas opuestas [+ y -] se observan atracciones.
• Magnetismo; cuando la muestra puede ser magnética y se sienta atraída por el plato de medida.
• Gravitación;  el valor del peso varía de acuerdo a la latitud y a la altitud donde se proceda a pesar.
• Empuje; un cuerpo sufre una pérdida de peso igual al peso de la masa del medio que es deslocada por él.(3)

Fig. 2: Partes de la balanza de tres brazos o tres barras.[pic 2]

Una balanza de tres barras (véase Fig. 2) aunque tiene menor sensibilidad que una balanza típica de carga superior auxiliar, puede ser también útil. Esta balanza de un solo platillo que tiene tres masas que se deslizan a lo largo de escalas individuales calibradas. La precisión de una balanza de este tipo es de uno a dos órdenes de magnitud menor que aquella de instrumentos de carga superior, pero pueden ser adecuadas para varias operaciones de pesada. Este tipo de balanzas son simples, duraderas y económicas. (4)

FUENTES DE ERROR AL PESAR

Corrección de la flotabilidad

El error de flotabilidad afectará los datos si la densidad del objeto que se pesa difiere significativamente de aquel del que se componen las masas estándar. Este error tiene su origen en la diferencia en la fuerza de flotabilidad ejercida por el medio (aire) sobre el objeto y sobre las masas. Las correcciones a la flotabilidad para las balanzas electrónicas6 se puede lograr con la ecuación  

[pic 3]

Donde  es la masa corregida del objeto,  es la masa de las masas estándar,  es la densidad del objeto,  es la densidad de las masas de referencia y  es la densidad del aire desplazado por las masas y el objeto. El valor de  es 0.0012 g/cm3. [pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

La densidad de las masas utilizadas en las balanzas de un solo platillo (o para calibrar balanzas electrónicas) varía de 7.8 a 8.4 g/cm3, dependiendo del fabricante. El uso de 8 g/cm3 es suficiente para la mayoría de los propósitos. Si se requiere mayor exactitud, las especificaciones del fabricante para la balanza suelen proporcionar los datos necesarios sobre la densidad.

Efecto de la temperatura

Los intentos de pesar un objeto cuya temperatura es diferente de la de su entorno resultarán en un error significativo. El no esperar el tiempo suficiente para que un objeto caliente regrese a la temperatura ambiente es una de las fuentes más comunes de este tipo de errores. Los errores causados por diferencias en la temperatura tienen dos razones. Primero, las corrientes de convección al interior de la vitrina que rodea la balanza ejercen un efecto de flotabilidad sobre el platillo y el objeto. La segunda razón es el aire atrapado en un contenedor cerrado que pesa menos que el mismo volumen a una temperatura menor. Ambos efectos ocasionan que la masa aparente del objeto sea menor. Este error puede alcanzar un máximo de 10 a 15 mg para un típico crisol de filtración hecho de porcelana o para los frascos para pesar. Antes de pesar objetos calientes se debe esperar a que estos disminuyan su temperatura hasta tener la del ambiente.

Otras fuentes de error

Un objeto de porcelana o de vidrio puede, ocasionalmente, adquirir una carga estática suficiente para causar que una balanza funcione de manera errática. Este problema es particularmente grave cuando la humedad relativa es baja. Descargas espontáneas ocurren a menudo después de periodos cortos. Una fuente de bajo nivel de radiactividad (como una brocha que contenga minúsculas cantidades de polonio) en la vitrina que rodea la balanza puede ionizar suficientes iones para neutralizar la carga. Alternativamente, el objeto que será pesado puede limpiarse con una gamuza ligeramente húmeda. La escala óptica de la balanza mecánica de un platillo debe revisarse regularmente para mayor exactitud en las medidas, en particular bajo condiciones de carga que requieran todo el intervalo de la escala. Se utiliza un estándar de 100 mg de masa para dicha revisión. (5)

...