Densímetro

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Densímetro
Calificación

El densímetro es un instrumento fundamental en la física ya que permite conocer la densidad relativa de sustancias líquidas, se define como la relación entre el peso específico del cuerpo y el peso específico tomados como referencia.

Para la mayoría de las  soluciones y de las mezclas en estado líquido, la densidad es directamente proporcional a la concentración de dicha solución o mezcla.

Para medir el volumen, si la figura es geométrica se realiza el cálculo matemáticamente, si es irregular se coloca un volumen de agua conocido en una vasija graduada, y se mide de nuevo el volumen ocupado al introducir el objeto.

La diferencia corresponde al volumen del objeto. Posteriormente se mide la masa del objeto en una balanza precisa, con estos datos finalmente se obtiene la densidad del objeto sólido.

¿Qué es el densímetro?

El densímetro es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad de los líquidos sin necesidad de calcular masa y volumen, basándose en el principio de Arquímedes.

Generalmente, está fabricado de vidrio y tiene una forma cilíndrica hueca que presenta un pesado bulbo en la parte inferior, lo cual ayuda a que flote adoptando una posición vertical.

Cuando se quiere hacer una comparación de la densidad de una sustancia con otra tomada como referencia, se llama “densidad relativa”. Esta, siendo el cociente entre una densidad y la densidad de referencia, es adimensional; sin unidad.

El densímetro es fundamentalmente manejado en la física y química, pero también con otros usos comerciales como en la enología, la ciencia de producir vino, para saber el punto de maceración en que se encuentra la bebida.

Asimismo, es utilizado para verificar la densidad específica de alcohol, ácido sulfúrico o azúcar, en sustancias a ser comercializadas posteriormente.

La palabra usada en inglés para este instrumento es hydrometer, pero en el español, esto se definiría como un hidrómetro lo que resulta ser otro instrumento de medición muy distinto a este, pero es usado igualmente para líquidos.

¿Cuáles son las funciones del densímetro?

  • Conocer el valor de la densidad de un producto es muy importante a nivel de industria, debido a que indica las concentraciones en los líquidos y los caudales en gases.
  • En los sólidos, se puede medir separadamente la masa y el volumen del objeto para finalmente llegar a este valor, como por ejemplo la densidad del acero, la densidad del plomo, entre otros compuestos.
  • En los gases no hay un medidor determinado, debido a que esta medida es indirecta, se obtiene a través de una ecuación. Con la estructura química del gas, la presión y la temperatura en la que se encuentra se puede hallar la densidad.

¿Quién inventó el densímetro?

El densímetro es un invento que pertenece a Hipatía de Alejandría, una importante joven matemática y filósofa neoplatónica. Pionera en la historia de las mujeres de la ciencia.

Esta mujer, nacida en Alejandría entre el año 355 y el 370, destacada en la astronomía, filosofía y matemáticas, fabricó un densímetro a petición de otro filósofo, Sinesio. Fallece en la misma ciudad en marzo del año 415 o 416.

Aportes de Hipatía de Alejandría para la ciencia

  • Tuvo cierta afinidad por la mecánica y las tecnologías prácticas. Realizó aportes en el mejoramiento de los astrolabios además de la invención del densímetro, escribió sobre geometría, álgebra y astronomía.
  • Desarrolló un aparato para la destilación del agua, así como un hidroscopio para medir la presencia y el nivel del agua.
  • Se interesó también por los instrumentos prácticos que se utilizaban en investigaciones astronómicas, y elaboró tablas de los movimientos de los cuerpos celestes. Sin embargo, se consagró principalmente en el área de las matemáticas.
  • En un tiempo en el que las mujeres no tenían acceso al saber, consiguió abrirse camino en la ciencia y llegar a tener un gran reconocimiento público, renunciando al matrimonio y a su faceta más femenina.

Fue contemporánea de la mítica biblioteca de Alejandría y su trágica muerte simboliza la eterna lucha entre las supersticiones y la razón.

Fue asesinada brutalmente, mientras regresaba a casa en su carruaje, la golpearon y arrastraron por toda la ciudad.

Aportes de  Jacques Charles al Densímetro

Jacques Alexandre César Charles, de Francia, fue un científico, inventor y matemático. Nace en la ciudad de Beaugency un 12 de noviembre de 1746 y fallece, en París, un 7 de abril de 1823, a los 76 años.

Se puede decir que Jacques hizo una mejoría de otros presentados anteriormente, como el primero, el cual se dice fue creado por la griega Hipatia.

A este señor, nombrado como miembro de la Academia de Ciencias Francesas en el año 1795, se le atribuye la invención del densímetro, así como el de una válvula que deja salir el hidrógeno de un globo.

¿Cuándo se inventó el Densímetro?

Específicamente no se encuentra una fecha determinada de su creación, así como la fecha de muerte de su creadora, debido a que no están documentadas con exactitud.

Determinar una fecha e inventor exacto, es bastante complicado ya que los primeros escritos datan de hace muchísimo tiempo y el instrumento fue evolucionando al paso de los años.

Sin embargo, se dice que el 1 de diciembre de 1783 un inventor, científico y matemático francés Jacques Charles junto con Ainé Roberts, presentó varios dispositivos, entre ellos un densímetro, que era también llamado hidrómetro.

Historia del Densímetro

Este instrumento de laboratorio, como se ha dicho anteriormente, fue ideado por Hipatía de Alejandría, nacida en 370 y fallecida en 415. Fue su padre, Teón, quien despertó su interés por la ciencia por lo que terminó siendo su discípula.

Hipatía fue conocida por sus conocimientos en matemáticas y astronomía, para la creación del densímetro se fundamentó en el principio de Arquímedes.

El principio de Arquímedes afirma que:

todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado

Este principio se aplica al nadar o cuando se arroja un objeto al agua; el objeto se hunde si su peso es mayor que el peso del fluido desalojado o desplazado. El objeto flota cuando su peso es menor o igual al peso del fluido desplazado.

El hecho de que un objeto flote o se hunda en un líquido depende de cómo es la fuerza de flotación comparada con el peso del objeto. El peso a su vez depende de la densidad del objeto.

Sinesio de Cirene, filósofo neoplatónico, pidió en una carta, la décimo quinta, a Hipatia de Alejandría, también filósofa y maestra neoplatónica, que creara un densímetro para él.

En la carta, Sinesio describió con exactitud al densímetro para que Hipatia lograra fabricarlo. Desde aquí, la invención del primer aerómetro, es adjudicada a Hipatia entre los finales de siglo IV y principios del siglo V.

Durante el siglo XI, el dispositivo es usado por Abu Rayhan al-Biruni, maestro y polímata, y luego descrito en el siglo XII por Al-Khazini, un astrónomo. Esto según el texto de la Enciclopedia de Historia de las Ciencias Árabes.

Luego, como ya se ha mencionado, aparece en los trabajos de Charles en el siglo XVIII. De ahí en adelante, diferentes versiones del densímetro han aparecido con los avances de la ciencia y tecnología.

Partes del Densímetro

El densímetro es un instrumento en forma de tubo que normalmente está fabricado de vidrio y está estructurado de la siguiente manera:

  • Un bulbo que contiene el peso en su extremo inferior, lo que le permite que flote en posición vertical cuando se encuentra en la sustancia líquida a medir.
  • Un vástago o espiga con la escala graduada o de medida, esta escala indica las unidades que mide el densímetro. Podemos encontrarla hecha de papel y se encuentra dentro del instrumento donde puede leerse fácilmente.
  • Un lastre que sirve para que el densímetro se sumerja en el líquido, manteniendo un flote en una sola dirección.

¿Cómo funciona el Densímetro?

Al introducir el densímetro en un líquido, flota sólo si el peso del volumen del líquido desalojado es igual al peso de todo el aparato, por esta razón se hundirá dependiendo de la densidad del líquido.

Su funcionamiento se basa en el principio hidrostático del matemático e inventor griego Arquímedes, anteriormente mencionado. Desde este período hasta la actualidad ha tenido la misma funcionalidad.

El densímetro flota libremente en posición vertical cuando se introduce en un líquido cuya densidad se encuentra en su rango de medida, si es poco denso se hundirá por completo y si es demasiado denso flotará por fuera de la escala.

¿Cómo usar el Densímetro?

Este artilugio se introduce poco a poco en líquido con la finalidad de tenga la libertad de flotar y se posicione verticalmente en la sustancia líquida.

Es por esto que, se necesita una muestra de líquido suficiente para poder sumergirlo y evitar que roce con el fondo o con las paredes del recipiente, lo cual perjudicaría la medición de la densidad.

Generalmente, los densímetros contienen la escala grabadas en un papel que se encuentra en su interior, lo que facilita la lectura de la densidad específica, se utiliza una probeta de tamaño adecuado y de material transparente.

Al añadir el líquido a la probeta se debe tener en cuenta el volumen que desplazará el densímetro al sumergirse para evitar que se desborde. Así como también es importante conocer la temperatura del mismo.

Los densímetros se encuentran calibrados a una temperatura de 15°C ó 20°C, si varía, la medida no será precisa y tiene que corregirse. Se pueden utilizar otros instrumentos para medir la densidad con mayor precisión.

Pasos a seguir para una correcta medición

  1. Introducir la muestra que se va a analizar y medir dentro de una probeta para más comodidad.
  2. Se debe agitar con una varilla, preferiblemente de vidrio, para homogeneizar densidad y temperatura.
  3. Tomar el densímetro limpio, por encima de la escala.
  4. Introducir el densímetro suavemente en el líquido, si lo suelta muy rápido se puede hundir y romper en el fondo.
  5. Dejar que el densímetro se equilibre sin tocar las paredes de la probeta.
  6. Realizar la lectura en la escala del densímetro ubicada en la base del menisco.
  7. Comprobar la temperatura y corregir si es diferente a la de calibración.

¿Para qué sirve el Densímetro?

Las aplicaciones del densímetro van dirigidas a la medición de la densidad relativa en los diferentes líquidos, sin conocer específicamente masa y volumen, utilizando como referencia el principio hidrostático de Arquímedes.

El densímetro también es utilizado para medir concentraciones de ácido y de algunos gases, en el ámbito industrial y comercial.

De igual manera, el densímetro puede usarse en la enología, en el control de los procesos de fermentación de líquidos azucarados, debido a que indica el momento de maceración en el que se encuentra el vino.

Tipos de Densímetro

En la actualidad existen varios tipos de densímetros, con diferentes tamaños, de acuerdo al líquido y al rango de densidades a utilizar.

Lactómetro o Galactómetro

Uno de los más conocidos es el lactómetro, el cual es usado para medir la densidad específica de la leche y de esta manera definir la calidad de la misma.

La leche se vierte en el recipiente graduado y se deja reposar hasta que la nata se va depositando, la profundidad de éste depósito determina el grado de riqueza y de calidad de la leche. Su densidad varía entre 1, 027 hasta 1, 035.

Dentro de las propiedades de la leche se sabe que contiene sustancias aparte de agua (87%), como la albúmina, azúcar, sal, entre otros componentes más ligeros que el agua. Por lo tanto, se puede calcular la densidad específica de cada uno.

Sacarímetro o Sacarómetro

Este instrumento permite conocer la concentración de azúcar en un líquido o de una melaza, como en los vinos. Las medidas del sacarímetro se expresan en grados Brix, que sirven para determinar el cociente total de sacarosa disuelta en un líquido.

Salímetro o Salinómetro

Es un tipo de densímetro usado para medir la densidad específica de las sales, por ende, contribuye con la medición de la gravedad específica del agua de mar en el interior del acuario.

La salinidad es un factor que depende de la temperatura, por esta razón se debe tener un termómetro integrado que facilite el hallazgo de un resultado con mayor exactitud.

Aerómetro Baumé

El aerómetro sirve para medir concentraciones de disoluciones. La escala de Baumé se basa en considerar el valor de 10°Bé al agua destilada.

Para líquidos más densos que el agua se utiliza la fórmula d = 146’3 / (136’3 + n) y para líquidos menos densos que el agua la fórmula es d = 146’3 / / (136’3 – n).

Picnómetro

Este instrumento da a conocer con precisión la densidad de sólidos y líquidos, basándose igualmente en el principio de Arquímedes. Su característica principal es mantener un volumen fijo.

El picnómetro es un vaso precipitado de vidrio con un volumen definido, su funcionamiento consiste en pesarlo vacío (M1) para luego añadir la muestra y se vuelve a pesar (M2).

La diferencia entre M1 y M2 (masa de la muestra) dividida entre el volumen del vaso de precipitado equivale a la densidad de la muestra.

Urinómetro

Es un tipo de densímetro enfocado en determinar la densidad de la orina. Su uso es completamente para fines médicos. Su forma se puede igualar a la de un densímetro de laboratorio.

Alcoholímetro

Quizá el tipo de densímetro más elaborado y específico, el alcoholímetro de Gay-Lussac, un químico y físico francés, fue creado para establecer los grados alcohólicos que posee una sustancia de base acuosa.

Densímetro de baterías

La carga de una batería, es decir, su nivel, se puede obtener sabiendo la densidad del ácido sulfúrico en ella usado como electrolitos. Esta es la finalidad de un densímetro de baterías.

Densímetro digital

El densímetro digital es un tubo de vidrio hueco que vibra a una determinada frecuencia, dicha frecuencia cambia cuando el tubo se llena con la muestra. Mientras mayor sea la masa de la muestra, menor será la frecuencia.

La frecuencia pasa a ser la densidad, y la calibración se lleva a cabo con aire y agua destilada. La temperatura se controla de forma muy precisa con un termostato Peltier incorporado.

Importancia del Densímetro

Los densímetros son instrumentos de laboratorio que ayudan a determinar las medidas de densidad específica de cualquier tipo de muestra, específicamente líquidas. Al conocer este importante valor, se logra desarrollar distintos proyectos.

El conocimiento de las densidades de líquidos es muy relevante no sólo en la física, sino también en el mundo del comercio y de la industria. Esto se debe a que la densidad es una propiedad característica de cada material.

Si un densímetro, no se podría tener un perfecto y elaborado vino, o no se podría saber con rapidez la densidad relativa de los líquidos estudiados. Habría que hacer más cálculos, lo que convierte el proceso en más tedioso y largo.

Cada sustancia posee una densidad diferente, la cual permite comprobar su grado de pureza. Este dato contribuye en el mejoramiento de la eficiencia de producción de líquidos de alto valor tales como el alcohol, el azúcar y las bebidas.

Finalmente, mejorar la precisión en la medición de la densidad es crucial, ya que aumenta la confiabilidad de la detección de la interfaz del producto, fomenta la reducción de errores y los costos de fabricación.

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