BALANZA ANALÍTICA

I.- INTRODUCCIÓN

La balanza analítica es un instrumento de medición que se utiliza para saber cuanta

masa tiene un objeto determinado. A diferencia de la balanza granataria, la analítica es

un instrumento mucho más preciso y por lo tanto más delicado, una balanza analítica

nos proporciona un margen de error menor que cualquier balanza granataria.

Actualmente existen balanzas analíticas que pueden manejar cantidades del orden de

los microgramos. Una de las desventajas de este tipo de balanzas es su

mantenimiento, debido a que para lograr una mayor precisión, el equipo se vuelve más

sensible al medio ambiente y por lo tanto su mantenimiento debe ser riguroso.

El buen uso de la balanza analítica depende del cuidado que nosotros le dediquemos,

ya que este instrumento es sumamente sensible al medio, de manera que las medidas

que debemos tomar respecto a su cuidado son las siguientes:

1.- Las balanzas analíticas deberán encontrarse en un lugar cerrado, cuando entremos

en él no se deberá dejar nunca la puerta abierta, ya que el aire puede mover la

balanza y por su alta sensibilidad puede alterarse la lectura correspondiente.

2.- Antes de empezar a trabajar con la balanza se debe limpiar cuidadosamente el

área de trabajo, es decir, el platillo, el área alrededor del platillo y la mesa en donde se

encuentra, pues de otro modo el polvo o basuritas pueden introducirse en la balanza y

afectar el peso.

3.- Nunca hay que recargarse ni escribir en la mesa de trabajo pues se puede

descalibrar la balanza, produciéndose los consecuentes errores.

II. Técnica general

1.- En el lado lateral izquierdo se encuentra una perilla que sirve para seleccionar los

tiros (medio o completo) que, dependiendo del peso que se vaya a determinar, será la

posición en la que se deberá trabajar.

Esta perilla se dirige hacia adelante (o hacia la pared) para trabajar con el tiro

completo que sirve para determinar pesos menores a 1 g y hacia atrás (hacia la

persona) para elegir el medio tiro que sirve para trabajar con pesos de 1g o mayores.

Una vez seleccionado el tiro se prenderá la escala que se encuentra en la parte frontal

de la balanza.

1.- Ahora con una perilla que se encuentra en el lado lateral derecho se deberá

calibrar la balanza (en tiro completo), moviendo la escala hasta que la raya del cero

coincida con la raya fija de referencia, procurando evitar errores de paralaje:

procurando que la vista esté exactamente a la altura de la raya.

2.- Se apaga la balanza para introducir el material o sustancia a pesar, se abre la

puerta que protege a la balanza y se coloca con mucho cuidado, evitando mover

bruscamente el platillo para no descalibrarla.

3.- Dependiendo del peso se siguen dos procedimientos (como se señala

previamente):

CUANDO EL PESO ES MAYOR DE 1 GRAMO: “MEDIO TIRO”

La perilla del lado lateral izquierdo se gira hacia mí (tomar en cuenta que debe llegar al

tope), para después mover la perilla que se encuentra en la parte inferior frontal, que

sirve para indicar las unidades gramo.

a) Si no apareciera ninguna escala, sería la indicación para utilizar la perilla frontal

izquierda que sirve para ajustar la escala en decenas o centenas de gramo.

b) Una vez que se ha aproximado el peso de la muestra con cualquiera de las perillas

frontales antes mencionadas, se procede a dirigir el tiro hacia la posición de “TIRO

COMPLETO” para realizar el ajuste final y leer el peso exacto de la muestra,

observando que las balanzas analíticas de las que se dispone en el laboratorio

realizan una aproximación hasta de cuatro cifras decimales.

c) Se apaga la balanza y se saca el material o la sustancia con mucho cuidado y se

cierra la puerta.

CUANDO EL PESO ES MENOR DE 1 GRAMO: “TIRO COMPLETO”

Se siguen los pasos (B) y (C) del caso anterior.

OBSERVACIÓN: siempre que se introduzca o extraiga una muestra de la balanza,

ésta deberá estar apagada para evitar que se descalibre.

Al pesar una sustancia, no se va a hacer directamente sobre la balanza, sino utilizando

un pedazo de papel encerado, el cual deberá primero doblarse apropiadamente para

después pesarse en tiro completo.

I. PARTES INTERNAS DE LA BALANZA.

ASTIL, BRAZO O SOPORTE. Es construído generalmente con una aleación especial,

lleva el contrapeso constante sobre su brazo de palanca más largo. La CUCHILLA

PRINCIPAL está situada a un tercio de la longitud del astil y la cuchilla en forma de

prisma situada en el extremo de palanca más corto, lleva la suspensión.

ESTRIBO. Actúa como suspensión, nombre dado a la parte de la balanza que sirve

de soporte al juego de pesas y al platillo.

PRISMA.( Cuchilla pequeña ). Cuando se coloca un peso sobre el platillo, la palanca

gira sobre la arista de una cuchilla en forma de prisma. La arista reposa sobre la

superficie plana del soporte principal ó plano de suspensión.

En el momento del bloqueo ( cuando no hay ningún objeto sobre el platillo ) el astil y la

suspensión se levantan y no se apollan sobre el plano, quedando cada uno de ellos

sujeto y apoyado por 3 puntos de apoyo.

Para pesar, se desamordaza el sistema de bloqueo y las cuchillas se posan sobre los

planos de suspensión.

El bloqueo se lleva a cabo por medio de una palanca prevista para ello, ó en el caso

de las balanzas de desbloqueo automático, el sistema desciende siempre a la misma

velocidad, independientemente del modo como el operador maneje la palanca de

bloqueo.

CUCHILLA PRINCIPAL. Es la cuchilla más larga de la balanza y sirve de apoyo al

astil cuando aquélla se encuentra en ceros, es decir, sin peso sobre el platillo. Se

encuentra situada a un tercio de la longitud del astil.

PESAS. Se encuentran suspendidas sobre el platillo, y están contrabalanceadas por

un peso único en el extremo opuesto del brazo.

La balanza está en cero cuando todos los pesos gravan sobre el plato y permanece

equilibrada por el amortiguador de aire y los contrapesos.

Al poner un objeto sobre el plato, su peso se obtiene descargando la balanza por

medio de mandos numerados situados en su exterior, dando así directamente la

lectura del peso, por lo cual se da una pesada “ por sustitución “.

AMORTIGUADOR NEUMÁTICO. Por el débil rozamiento de los planos de cuchillas,

el astil y la escala tardarían normalmente mucho tiempo en estabilizarse cuando se

desbloquea la balanza; durante este tiempo sería imposible leer con presición el

resultado del pesaje. El amortiguador neumático reduce el proceso de oscilación del

astil.

II.PARTES EXTERNAS DE LA BALANZA.

PLATILLO. Tiene forma circular y es de metal. Sirve para contener el objeto a pesar.

FRENO DEL PLATILLO Ó DISPOSITIVO DE PARADA.

El movimiento pendular del platillo se frena por contacto mecánico de la base del

platillo con una clavija metálica que actúa de resorte.El freno del platillo está

conectado al sistema de bloqueo y actúa cada vez que el platillo sufre oscilación, es

decir, cuando la balanza se desbloquea y la clavija se baja automáticamente, liberando

así el platillo.

TORNILLOS NIVELADORES Ó DE REGULACIÓN DE HORIZONTALIDAD.

Cuando el platillo está vacío, el astil se estabiliza en su posición horizontal, pues de lo

contrario no habría concordancia entre la señal del cero de la escala y el índice de la

ventanilla de lectura.

La balanza está nivelada cuando la burbuja de aire está en el centro del círculo.

NIVEL DE BURBUJA. Es un dispositivo localizado en la parte inferior y lateral de la

balanza; está hecho de plástico y en su interior contiene un líquido con una burbuja y a

su alrededor, un anillo negro.Permite observar si la balanza está en equilibrio respecto

a la superficie horizontal sobre la cual se encuentra.

BOTÓN DE CONTROL DE PESAS. Son más de uno, para ajustar unidades, decenas,

centenas. Lo hacen sustituyendo las pesas, es decir, quitando pesas equivalentes al

peso del objeto que se coloca sobre el platillo. Al poner un objeto sobre el plato, su

peso se obtiene descargando la balanza por medio de mandos numerados situados en

el exterior de la misma, que dan la lectura del peso. Por eso se da la verdadera

pesada por sustitución.

TORNILLO DE CALIBRACIÓN Ó DE REGULACIÓN DEL CERO. Sirve para regular

el estado de equilibrio del astil cuando la balanza está vacía, así como la

horizontalidad perfecta de la caja, momento en que la balanza está calibrada en cero.

En el momento en que la balanza está a cero, todos los pesos gravan sobre el platillo

y permanece equilibrada por el amortiguador de aire y los contrapesos.

Se encuentra en la parte lateral de la balanza y es de un material de plástico.

ESCALA LUMINOSA U ÓPTICA. ( PLACA GRADUADA )

Esta placa de vidrio se fija a la extremidad del brazo de palanca más largo. Sirve para

medir la inclinación del astil. Los escalones cifrados se agrandan por un sistema óptico

y se proyectan sobre una pantalla de lectura situada en la pared frontal de la balanza.

Puede encontrarse al frente, ya sea arriba ó abajo, se encuentra graduada y nos

permite observar las décimas y centésimas al pesar el objeto.

PALANCA DE PESAS Y PLATILLO.

Es de plástico y se localiza en la pared lateral de la balanza. Tiene movimientos hacia

delante, hacia atrás, arriba y abajo.

Tiene por funciones prender el equipo y colocar a la balanza en prepesada (hacia

delante ) y en pesada final ( hacia atrás ).

Es el instrumento de medición por excelencia para determinar la masa de los

cuerpos.  Apareció por primera vez en 1946, y superaba en rapidez y comodidad a

las antiguas balanzas de dos platillos. 

Los primeros modelos poseían un contrapeso regulable en un extremo del brazo  y   pesas removibles (en realidad masas calibradas) colgadas en el otro extremo, en un soporte unido al platillo.  Las pesas se añaden y se quitan  del soporte mediante controles externos, sin necesidad de ser manipuladas directamente por el operario.

Esquema de la balanza mecánica monoplato.  El brazo posee un tornillo vertical y otro horizontal para ajustar la

sensibilidad y el cero de la balanza respectivamente.

El brazo se apoya únicamente sobre la arista de una cuchilla (fulcro) en forma de prisma;   otra cuchilla se usa para sostener el platillo. Tanto las cuchillas como los soportes están construidos de materiales muy duros, tales como ágata o zafiro. El ajuste grueso del cero de la balanza se logra mediante tuercas horizontales colocadas en el brazo.

Cuando un objeto se coloca sobre el platillo se crea un torque o momento de fuerza

que provoca la rotación del brazo; este torque se compensa liberando algunas de

las pesas removibles, hasta regresar nuevamente al equilibrio. Una escala

transparente colocada en el extremo del brazo y un sistema óptico auxiliar

permiten detectar la posición del cero en el frente de la balanza.

Sistema electromagnético con servomotor simplificado

Los controles van unidos mecánicamente a un display digital que registra el valor de las pesas removidas. La lectura final, con precisión de 0.1 mg, se logra mediante la imagen de la escala móvil y controles adicionales. La carga máxima de este tipo de balanzas está comprendida entre 160 a 200 g con desviaciones estándar de ± 0.1 mg, aunque existen balanzas capaces de detectar fácilmente variaciones de microgramos.  La calibración de la balanza se realiza periódicamente con una masa patrón de 100 mg, ajustando una tuerca vertical que se encuentra adosada a la parte superior del brazo (100 mg a plena escala).

La balanza es un instrumento delicado, de gran precisión, de aquí que durante su manipulación se debe tener gran cuidado de no mover arbitrariamente los tornillos de calibración ni dañar las pesas, la escala o las cuchillas. Balanzas híbridas y electrónicas

A principios de los años 70 apareció la balanza electrónica híbrida que conservaba el brazo y la cuchilla afilada, pero empleaba un solenoide en lugar de pesas para proporcionar la fuerza equilibrante  y hacer regresar el platillo a su posición original.  Posteriormente las pesas se eliminaron totalmente, hasta llegar al diseño de la balanza electrónica moderna. En las balanzas modernas, el circuito electromagnético está diseñado de forma tal que la corriente en el solenoide es proporcional a la desviación del platillo de su posición de equilibrio, que a su vez también es proporcional al valor de la masa colocada en el mismo.  Mediante circuitos electrónicos, esta corriente se utiliza para indicar el valor de la masa en una escala digital.

Balanza analítica híbrida, mecánica-electromagnética

Inconveniencias La pesada de materiales ferromagnéticos pueden perturbar el servomotor, introduciendo errores sistemáticos en la pesada.  Si el material está magnetizado el riesgo es aún mayor.  Se puede comprobar si hay perturbaciones moviendo el material a diferentes lugares del platillo y verificando si la posición del cero varía.  La lectura de la balanza también puede ser afectada por la presencia de fuentes cercanas de radiación electromagnética, o la presencia de polvo en el mecanismo servomotor.  El polvo de sustancias magnéticas es particularmente dañino y puede hacer la balanza inoperable. Calibración de la balanza Usualmente la calibración de una balanza electrónica implica la pesada de una masa patrón de valor conocido y el ajuste de la corriente de modo que el peso del patrón se indique correctamente en el display.  Otros modelos incluyen la masa patrón dentro de la balanza, y el procedimiento de calibración se lleva a cabo automáticamente. Existen diversos procedimientos para detectar el valor de al masa, de acuerdo al fabricante específico.  En el método por compensación, la corriente en la bobina (servomecanismo) genera un campo magnético que sostiene el platillo.  Cuando éste está vacío,  se ajusta la corriente mediante un control externo para que el nivel del brazo indicador esté en la posición cero. 

Al colocarse un objeto sobre el platillo se produce un movimiento hacia abajo, que aumenta la radiación luminosa que incide sobre la celda fotoeléctrica del detector de cero. El aumento de la corriente es amplificado y enviado la bobina, aumentando el valor del campo magnético hasta que el platillo vuelve a su posición original.  La corriente requerida para mantener el platillo junto al objeto en la posición de cero es proporcional al peso (y a la masa) del objeto.  Ese valor se transforma electrónicamente para mostrar el valor de la masa desconocida en una pantalla digital.  Cuando se creó el antiguo Sistema Métrico Decimal, el kilogramo se definió como la masa de 1 dm3 de agua pura a la temperatura en que alcanza su máxima densidad (4.0 °C). Con ese fin se fabricó un cilindro de platino que tuviera la misma masa que

dicho volumen de agua en esas condiciones. Sin embargo, más adelante se descubrió que no podía conseguirse una cantidad de agua tan pura ni tan estable como se requería para que el patrón fuera reproducible.  Por esta razón,  el patrón primario de masa pasó a ser el cilindro de platino, que en 1889 fue sustituido por un cilindro de platino-iridio de masa similar.

 La balanza de platillo superior (top loading).  Los modelos más recientes ajustan el cero y la tara electrónicamente.

En el actual Sistema Internacional de Unidades, el kilogramo se sigue definiendo como la masa del cilindro de platino-iridio conservado en París.  De aquí que, para obtener valores verídicos de la masa, toda balanza debe estar calibrada o comparada indirectamente con ese kilogramo patrón.  Esto se logra a través de las Oficinas de Pesas y Medidas que existen en cada país, que poseen patrones fraccionarios que han sido contrastados directa o indirectamente (mediante patrones secundarios) con el kilogramo patrón.