CALIBRACIÓN DE LA BALANZA ANALÍTICA AMAYA, Sergio (1098770099), CARMONA, Corina (1049941853), GUERRA, Rosaura, (98050368556), LENIS, Darly (1090511940), VILLAMIZAR, Iván (1101597863). Universidad de Pamplona, Facultad de Ingenierías y Arquitectura, Departamento de Ingeniería Química, Pamplona Norte de Santander. 15 de Marzo del 2016
RESUMEN: Se realizó la medida de diferentes monedas de pesos colombianos en sus dos modelos (antiguo y nuevo), también se realizaron distintos modos de pesaje (directo e indirecto), con el fin de determinar qué tipo de pesaje es más exacta(o) usando el porcentaje de error comparado con el peso real de estas, y precisa(o) tomando en cuenta la desv iación estándar y el coeficiente de variación de cada uno de los diferentes datos recolectados, a su vez determinando las faltas que se cometieron en cada una de las medidas clasificándolas según cada tipo de error, y así comprobar la exactitud y precisión de la balanza analítica utilizada en el laboratorio. Palabras Claves: Balanza Analítica, Exactitud, Precisión, Calibración, Incertidumbre, Medición.
ABSTRACT: There was realized the measure of different coins of Colombian weight in his(her,your) two models (ancient and new), also different manners were realized of pesaje (direct and indirect), in order to determine what type of pesaje is more exact (o) using the percentage of mistake compared with the royal(real) weight of these, and it(he,she) is necessary (o) bearing in mind the standard diversion and the coefficient of variation of each one of the different gathered information, in turn determining the lacks(mistakes) that were committed in each of the measures classifying them according to every type of mistake, and this way to verify the accuracy and precision of the analytical scale used in the laboratory. Keywords: Accuracy, Precision, Uncertainty , Measurement , Calibration, Analytical Balance.
pesando, incluso con decimales y centésimas. Como se puede comprender, este tipo de balanzas son muy importantes en ámbitos en los que el resultado del acto de pesar algo tiene que ser exacto y muy detallado, a diferencia de una balanza de tres brazos. En ámbitos informales. Así, las balanzas analíticas son especialmente utilizadas en ámbitos tales como laboratorios y espacios en los cuales la medición exacta de determinados ingredientes o sustancias para la fabricación, por ejemplo, de medicamentos es de vital importancia (1).
1. Introducción La balanza es uno de los instrumentos del laboratorio más usados al momento de realizar mediciones, existen diferentes tipos de balanzas en el mundo cada una con una particularidad, entre los tipos más clásicos se encuentran las balanzas instrumentales como la de platillos o la balanza romana. También existen modelos de balanzas más modernos como lo son las balanzas digitales entre ellas la más conocida o más utilizada es la balanza analítica, Las balanzas analíticas suelen ser muy modernas y en vez de manejarse manualmente, cuentan por lo general con baterías y con un sistema electrónico que permite obtener con clara exactitud el peso específico de lo que se está
Al momento de querer determinar la masa de una muestra en el laboratorio siempre se busca reducir la incertidumbre, pero para determinar los diferentes factores que pueden causar error 1
primero debemos conocer los diversos tipos de estos. Comenzaremos con los errores brutos o accidentales estos comprenden los errores humanos, tales como mala lectura de los instrumentos, ajuste incorrecto y aplicación inapropiada de ellos y errores de cómputo. Esta clase de errores cubre principalmente los errores humanos en la lectura o utilización de los instrumentos y en el registro y cálculo de los resultados de las mediciones. Los errores brutos se cometerán inevitablemente mientras participen humanos en las mediciones. Algunos de estos errores se detectan fácilmente, pero otros son muy evasivos. También tenemos los errores aleatorios o de azar son aquellos que debidos a causas que no se pueden establecer directamente debido a variaciones al azar en el parámetro o en el sistema de medición. Estos errores se deben a causas desconocidas y ocurren cuando todos los errores sistemáticos se han contabilizado. En los experimentos bien diseñados, normalmente ocurren pocos errores al azar, pero en los trabajos de alta exactitud ellos son importantes. Por otro lado tenemos los errores sistemáticos estos provienen de los instrumentos, tal como el desgaste o defecto de ellos y errores de cómputo. Este tipo de errores normalmente se divide en dos categorías diferentes: errores tipo instrumental, debido a deficiencias del instrumento; errores ambientales, debido a las condiciones externas que afectan la medición. Los errores instrumentales son errores inherentes a los instrumentos de medición por su estructura mecánica. Otros errores son los de calibración, por los cuales el instrumento lee más alto o más bajo a lo largo de toda su escala. Los errores ambientales se deben a las condiciones externas del dispositivo de medida, incluyendo las condiciones en el área que rodea el instrumento, tales como los efectos de cambio en la temperatura, humedad, presión barométrica o los campos electrostáticos o magnéticos. Los errores sistemáticos también se pueden dividir en errores estáticos y dinámicos.
bajo medición. La precisión se refiere al grado de concordancia dentro de un grupo de mediciones o instrumentos. Para ilustrar la distinción entre exactitud y precisión, se pueden comparar dos voltímetros de la misma marca y modelo. Ambos medidores tienen agujas delgadas y escalas con espejos para evitar el paralelaje y tienen sus escalas calibradas cuidadosamente. Ellos pueden por lo tanto leer con la misma precisión. Si el valor de la resistencia serie de uno de los medidores cambia considerablemente, sus lecturas pueden tener un error grande. Por consiguiente, la exactitud de los dos medidores puede ser muy diferente. Se dice que para la determinación de la exactitud en un grupo de mediciones o instrumentos se debe tomar en cuenta el porcentaje de error con respecto al valor real para ello se utiliza la ecuación 1: % =
− . 100
Al mismo tiempo para la determinación de la precisión se toma en cuenta la desviación estándar, en el análisis estadístico de errores al azar, la desviación de la raíz de la media al cuadrado o desviación estándar es una ayuda valiosa (ecuación 2). Por definición, la desviación estándar o de número infinito de datos es la raíz cuadrada de la suma de todas las desviaciones individuales al cuadrado, dividido por el número de lecturas.
(2)
Para el buen desenvolvimiento de la práctica fue necesario la investigación de los diferentes pesos teóricos de las diversas familias de monedas: Moneda de 100 pesos colombianos (Familia antigua): 5,31g (3)
Luego de hablar de los errores y sus tipos es necesario tocar dos conceptos básicos como lo son la precisión y la exactitud. La exactitud se refieres al grado de acercamiento, aproximación o conformidad al valor verdadero de la cantidad
Moneda de 100 pesos colombianos (Familia nueva): 3,43g (4) Moneda de 200 pesos colombianos 2
(Familia antigua): 7,08g (5)
Prueba de la densidad del agua:
Moneda 200 pesos colombianos (Familia nueva): 4,61 g (6)
Se pesó un picnómetro de 5mL vacío luego se le adiciono agua hasta que se aforo y se volvió a pesar, con la diferencia de pesos en ambas mediciones se encontró la masa del agua. También se tomó la temperatura del agua en el laboratorio con un termómetro de mercurio.
En el presente informe se presenta los coeficientes de variación de cada material para así juzgar la precisión de los mismos, un ejemplo importante acerca del coeficiente de variación lo podemos preciar en el artículo científico Inconsistencia del Coeficiente de Variación para expresar la variabilidad de un experimento en un modelo que nos presenta el análisis de variancia de tres poblaciones que se le aplican varios experimentos y por medio del coeficiente de variación determinan que el experimento 1 posee mayor coeficiente de variación que el Experimento 2.8. (7).
4. Resultados Para la determinación del coeficiente de variación se utilizó la ecuación 3. =
Medición directa Tabla 1. Peso de forma directa Balanza Analítica.
N° de monedas de 100 antigua 6
2. Materiales
100
Pesada 1 31,555 gr 5,2591 gr
Utilizando la ecuación 1 para sacar el porcentaje de error:
Balanza analítica (Adventurer OHAUS) Picnómetro de 5mL Baso de precipitado de 50mL Pipeta de 5mL Toallas de papel Guantes desechables 6 monedas de 100 de la antigua generación 1 moneda de 100 de la nueva generación Termómetro de mercurio Agua destilada.
% =
5,31 − 5,2591 100 5,31
% = ,
Medición indirecta Tabla 2. Peso forma indirecta moneda 100 antigua.
3. Metodología Medición directa: Se pesaron 6 monedas de 100 pesos colombianos de la antigua generación una a la vez. Medición indirecta: Se pesaron 6 monedas de 100 pesos colombianos de la antigua generación todas a la vez y se fueron retirando de una en una tomando medida de las masas. Precisión y exactitud: Se pesaron 10 veces una moneda de 100 de la antigua generación y también una de la nueva generación. 3
N° Monedas (100 antigua) 6
Peso (g) 31,556
5
26,2498
4
21,0485
3
15,752
2
10,6326
1
5,3463
PROMEDIO
5,35402
Utilizando la ecuación 1 para sacar el porcentaje de error: % =
10
5,31 − 5,35402 100 5,31
3,2634
10
5,3472
Gráfico 1. Campana de Gauss monedas de 100 nueva.
% = ,
Para obtener la desviación estándar se reemplazó los valores en la ecuación 2 y se obtuvo: = 0,01968
Reemplazando los valores en la ecuación número 3, se obtuvo: Cv= 0,3676 Tabla 3. Pesos moneda de 100. REPETICION
PESO
CON MONEDAS
REPETICION
Grafico 2. Campana de Gauss moneda de 100 antigua.
PESO
CON g
NUEVAS
MONEDAS
g
ANTIGUAS
1
3,2632
1
5,3469
2
3,2632
2
5,3467
3
3,2633
3
5,3463
4
3,2633
4
5,3463
5
3,2634
5
5,347
Cabe decir que se utilizaron datos para hacer la campana obtenidos por compañeros en su práctica. EXACTITUD
6
3,2634
6
5,347
7
3,2634
7
5,3469
Se añadió 5mL de Agua destilada en un picnómetro, Peso picnómetro vacío= 12,5144 g. Peso picnómetro + agua= 17,4284 g.
8
3,2635
8
5,3472
9
3,2635
9
3,3472
T° Agua= 18°C sabiendo esto digo que la densidad del agua a esa temperatura es de= 998,68 Kg/m3. = ( + ) − (í) 4
cual nos indica que las medidas de peso realizadas estarán dentro de este rango.
= 17,4284 − 12,5144
Magua=4,9740 g.
4. Conclusiones
El resultado obtenido es mi valor Experimental.
1. Para obtener medidas de peso precisas o que se acerquen al valor real en la balanza analítica debemos tener en cuenta las normas que rigen su uso, el lugar, y las reglas de uso por parte del operario porque esto influye en gran manera a la hora de la toma de medidas.
Ahora, Teórico: = ∗ = 4,9934 .
Desviación estándar= Vexpe-Vteorico.
2. Para comprobar los errores de nuestra práctica hemos visto la importancia de contar con un correcto valor de referencia, en este caso el peso expedido por el banco de la república es de gran ayuda a la hora de hallar porcentajes de error y dar conclusiones sobre este.
D=4,9740-4,9934 D= -0,0194. La incertidumbre total de la balanza analítica utilizada en el laboratorio es de 0,0194g.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
PUEDE INCLUIR MAS CONCLUSIONES SI GUSTA
Se observó que al pesar indirectamente en la balanza analítica arrojo un porcentaje de error del 0,8290 por lo que se puede decir que es exacta (Insesgado) al estar por debajo del 1% de error permitido, con un coeficiente de variación 0,3676 lo podemos considerar relativamente bajo, ya que nos da más confiabilidad en la muestra obtenida.
5. Referencias Bibliográficas BALANZA ANALÍTICA Disponible: 1. http://www.definicionabc.com/tecnolo gia/balanza-analitica.php 15/03/16. 2. PATRONES DE MEDICIÓN
En el pesado de forma indirecta para la balanza analítica se pudieron cometer diferentes tipos de errores, tomando en cuenta el porcentaje de error para la exactitud y el coeficiente de variación para la precisión se dice que en este montaje se cometieron errores del tipo aleatorios ya que se vio afectada la precisión de la experiencia, estos errores pudieron ser causados por el mal uso que les dieron distintas personas en la universidad puesto que se encontraban residuos de algunas sustancias desconocidas en la parte inferior del plato, otro error posible cometido fue el que en el momento de pesar las diferentes monedas habían distintos objetos apoyados sobre el planchón en el cual reposaba la balanza, esto posiblemente desnivelaba la misma generando error.
Disponible en: http://es.slideshare.net/yroso02n/patrones-demedicin-y-tipos-de-errores 15/03/16.
AQUÍ ANALISIS DE LA CAMPANA DE GAUSS.
6. BANCO DE LA REPUBLICA
La dispersión uni
Disponible http://www.banrep.gov.co/node/32361 15/03/2016
3. BANCO DE LA REPUBLICA Disponible en: http://www.banrep.gov.co/es/contenidos/page/m oneda-100-pesos 15/03/16. 4. BANCO DE LA REPUBLICA Disponible en: http://www.banrep.gov.co/node/32360 15/03/16. 5. BANCO DE LA REPUBLICA Disponible en: http://www.banrep.gov.co/contenidos/page/mon eda-200-pesos 15/03/16.
La desviación estándar de la balanza analítica utilizada es de ± 0,00194 gr, este valor será tenido en cuenta en las prácticas siguientes, lo 5
en:
8. ARTÍCULO CIENTÍFICO Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S025859362011000300006&script=sci_artte. 15/03/16.
Evita las Corrientes de aire 3. ¿Qué requisitos se deben tener al entrar a trabajar en el cubículo de las balanzas analíticas?
6. Anexos
Cuidados básicos
1. ¿Qué es y para qué sirve una balanza analítica?
Verificar siempre la nivelación de la balanza.
La balanza analítica es un instrumento que sirve para medir la masa. Su característica más importante es que poseen muy poca incertidumbre, lo que las hace ideales para utilizarse en mediciones muy precisas Las balanzas analíticas generalmente son digitales, y algunas pueden desplegar la información en distintos sistemas de unidades.
Dejar siempre la balanza conectada a la toma y prendida para mantener el equilibrio térmico de los circuitos electrónicos. Comentario [Y36]: Completo Dejar siempre la balanza en el modo “standby”,
evitando la necesidad de nuevo tiempo de calentamiento (“warm up”).
2. ¿Cuáles son los errores más comunes (por lo menos describe 4) en los que puede incurrir el operador al pesar.
El frasco de medida Usar siempre el menor frasco de medida posible.
Uno de los errores que mayormente se cometen al pesar algo es el de dejar huellas, las huellas poseen grasa o sudor que afecta en la medición.
No usar frascos plásticos cuando la humedad esté abajo del 30-40%.
El ambiente mismo quizás nuestra respiración afecte el peso, ya que el aire también puede perjudicar.
La temperatura del frasco de medida y su contenido deben de estar a la misma temperatura del ambiente de la cámara de medida.
Quizás se caiga un cabello o hay un papel en tu muestra o que no hayas secado bien tu material, por lo que es mejor trabajar bajo campana.
Nunca tocar los frascos directamente con los dedos al ponerlos o sacarlos de la cámara de medida.
Lectura de peso inestable Soluciones.
El plato de medida
Manipulación incorrecta de la carga Colocar la carga en el centro del plato Diferencia de temperatura entre la carga y el entorno.
Poner el frasco siempre en el centro del plato de medida.
Aclimatar la muestra.
Remover el frasco del plato de medida luego que termine la operación de medida del peso.
Absorción de humedad Poner un agente desecante en la cámara de pesada.
La lectura Verificar si el mostrador indica exactamente cero al empezar la operación. Tare la balanza, si es necesario.
Evaporación Utilizar un recipiente con tapa. Oscilación del valor 6
Leer el resultado de la operación luego que el detector automático de estabilidad desaparezca del mostrador. Calibración Calibrar la balanza regularmente, más todavía cuando está siendo operada por vez primera, si fue cambiada de sitio, después de cualquier nivelación y después de grandes variaciones de temperatura o de presión atmosférica. Mantenimiento Mantener siempre la cámara de medida y el plato limpios. Usar apenas frascos de medida limpios y secos.
7
