¿Qué es el punto de goteo? ¿Qué es el punto de reblandecimiento?

La determinación del punto de goteo y de reblandecimiento es uno de los pocos métodos disponibles para caracterizar de forma térmica ungüentos, resinas sintéticas y naturales, grasas comestibles, grasas, ceras, polímeros grasos, betunes, alquitranes, etc. El análisis de los puntos de goteo y reblandecimiento se lleva a cabo principalmente durante el proceso de control de calidad. También puede resultar útil durante las fases de investigación y desarrollo para determinar las temperaturas de funcionamiento y los parámetros del proceso de distintos materiales.

En esta página, descubrirá conceptos básicos sobre las técnicas de punto de goteo y de reblandecimiento. Asimismo, se incluyen trucos y consejos para aplicar en el trabajo diario.

En la determinación automatizada del punto de goteo, toda la comprobación del punto de goteo se graba en vídeo y se usa el análisis de imágenes para detectar automáticamente la primera gota que se escapa del crisol de muestra cuando pasa a través de un rectángulo blanco virtual situado debajo del orificio del crisol. Al detectar esto, la temperatura del horno se mide y registra con una resolución de 0,1 °C.

• Análisis de imágenes de vídeo de DP70 y DP90 de METTLER TOLEDO
  
• Área de evaluación: representada dentro del área rectangular marcada
  
• La detección se produce cuando una gota ha pasado a través del rectángulo

En la determinación automatizada del punto de reblandecimiento, se marca el borde delantero de la muestra ablandada con una línea de escalonamiento en el vídeo. Una vez que sobrepase la línea de escalonamiento, aparece una línea virtual colocada a 19 mm por debajo del orificio del crisol. La temperatura del horno correspondiente se mide y registra con una resolución de 0,1 °C. El dispositivo de punto de goteo de METTLER TOLEDO automatizado también genera un diagrama de longitud novedoso, que indica el comportamiento reológico de la muestra.

• Análisis de imágenes de vídeo de DP70 y DP90 de METTLER TOLEDO
  
• Área de evaluación: representada dentro del área rectangular marcada que incluye la línea de escalonamiento a 19 mm
  
• La detección se produce cuando la línea de escalonamiento alcanza una distancia definida

Un método manual para la determinación del punto de goteo de grasas y aceites comestibles, que viene descrito en el estándar DIN 51801, es el método Ubbelohde. Un termómetro específico con una resolución de una décima de grado se sumerge directamente en contacto con la muestra que reside en un crisol. La configuración se coloca en un tubo de ensayo y el calentamiento se realiza con un baño termostático. La temperatura del punto de goteo debe anotarse en cuanto se detecte visualmente el evento. Los resultados de esta comprobación dependen en gran medida de la experiencia del operario.

El estándar DIN exige un crisol de muestra cuyas dimensiones sean diferentes de las empleadas en las normas AOCS, ASTM y otros métodos de punto de goteo. Las comprobaciones comparativas del punto de goteo con ambos crisoles realizadas en un instrumento automático de METTLER TOLEDO no han revelado grandes diferencias en los resultados obtenidos.

En conclusión, en lo que respecta a la calidad y la comparabilidad de los resultados, la comprobación automática del punto de goteo de grasas y aceites comestibles es una alternativa perfecta al método de Ubbelohde manual.

En el estándar ASTM D127 se describe un método manual para la comprobación del punto de goteo de ceras. La configuración requiere un baño termostático frío, dos termómetros ASTM con una resolución de una décima de grado y dos tubos de ensayo. El baño de termostático se debe mantener a 16 °C. Ambos termómetros ASTM se deben enfriar a 16 °C. Los termómetros ASTM previamente enfriados se sumergen en la muestra fundida. A continuación, los dos termómetros con la muestra adherente se enfrían durante 5 minutos a 16 °C en el baño termostático antes de colocarlos en los tubos de ensayo que se sumergen en el baño termostático a la misma temperatura. Después se aplica un procedimiento de dos rampas de calentamiento: primero se aumenta la temperatura en 2 °C/min a 38 °C y luego en 1 °C/min hasta que la primera gota de la sustancia fundida sale del termómetro. En este punto, se anota la temperatura.  

En comparación con el método automático, la detección visual de eventos requiere operarios experimentados con el fin de lograr una repetibilidad de resultados suficiente. La variación del resultado será mayor debido al sesgo del operario. Además de la preparación de muestras relativamente tediosa y el procedimiento de dos rampas de calentamiento, el termómetro ASTM requerido contiene mercurio venenoso. El uso de estos dispositivos resulta controvertido y, en el futuro, los laboratorios buscarán otras alternativas.

Los métodos automatizados ofrecen ventajas inequívocas y pueden considerarse alternativas viables a la comprobación manual del punto de goteo de ceras.

Los sistemas de punto de goteo de METTLER TOLEDO para la determinación del punto de reblandecimiento funcionan según el método de crisol y bola. Esta instalación difiere de la anterior en varios aspectos. El control de la temperatura está asegurado por un principio de calentamiento de bloque metálico, y un termómetro digital registra la temperatura del crisol y la bola. La muestra se deposita en un crisol y puede fluir libremente hacia abajo a través de una abertura del crisol. Como sucede con la instalación de anillo y bola, también hay una bola que favorece el flujo de la muestra, aunque en este caso está bloqueada debido al menor diámetro del crisol y no fluye a través de este con la muestra. El análisis se realiza en un contenedor de vidrio que se desecha tras el experimento, lo que evita la contaminación del horno.

La pregunta que surge a menudo es si las dos técnicas ofrecen los mismos resultados. Los métodos de ASTM determinan de forma explícita que se han diseñado para reproducir los resultados de los métodos de anillo y bola. Esto está demostrado mediante los estudios interlaboratorios de ASTM que se realizaron. A continuación, se detalla un ejemplo de los resultados de 11 laboratorios diferentes sobre 7 sustancias de resina (mediciones en seis fases):

Los estándares internacionales ASTM D3104, ASTM D3461, ASTM D3954, ASTM D6090 y AOCS Cc 18-80 se basan específicamente en la medición automática de los puntos de goteo y reblandecimiento con instrumentos de punto de goteo de METTLER TOLEDO.

Para obtener una visión general de las normas y estándares internacionales de los puntos de goteo y reblandecimiento, incluidos los métodos manuales, visite www.mt.com/MPDP-norms.

Según METTLER TOLEDO o el método de crisol y bola de METTLER TOLEDO, los estándares ASTM D3104 y D3461 se denominan punto de reblandecimiento. Se basan en el principio de detección automática del punto de reblandecimiento con los instrumentos de punto de goteo de METTLER TOLEDO. En el estándar D3104, no se requiere un peso adicional de la muestra en el crisol, mientras que en el estándar D3461, se precisa una bola de plomo de dimensiones especificadas para aplicar el flujo de la muestra desde el crisol. En ambos casos, la comprobación se realiza en un horno y la temperatura del punto de reblandecimiento se detecta y registra automáticamente. Los métodos ASTM D36 o ISO EN 1427 especifican la comprobación del punto de reblandecimiento según el método de anillo y bola. A diferencia de los estándares de METTLER TOLEDO, se usa una configuración de comprobación distinta que incluye un baño de calentamiento del medio líquido. Los estándares ASTM D566 o ISO EN 2176 constituyen la base para la comprobación del punto de goteo de la grasa lubricante mediante un baño de un medio líquido o un calentamiento de bloque de horno de aluminio. En ambos casos, la muestra se debe preparar en el crisol de punto de goteo de acuerdo con un procedimiento exactamente especificado. En los dos estándares, el evento del punto de goteo se detecta de forma manual. El estándar IP 396 cumple con estos estándares en lo que se refiere a la preparación de muestras, pero se basa en un procedimiento de dos rampas de calentamiento (véase el diagrama) y la detección automática de eventos de punto de goteo.

Los instrumentos de punto de goteo de METTLER TOLEDO permiten la detección totalmente automatizada del punto de goteo de la grasa lubricante exactamente según los requisitos del estándar IP 396. En todos los estándares, se indican límites exigentes de repetibilidad y reproducibilidad, que sirven como guía para evaluar la calidad del resultado. En los estándares de betún/brea/asfalto, estas especificaciones son estrictas, mientras que en los estándares de grasas lubricantes, los valores correspondientes son comparativamente elevados. Esto se debe al hecho de que la integridad de la muestra de la grasa se destruye durante el procedimiento de calentamiento, especialmente si es preciso aplicar temperaturas superiores a 200 °C.

Requisitos del flujo de trabajo de la IP 396

• T_inicial = T_ambiente +10 °C
• T-rampa de 10 °C/min a T_inicial
• T_inicial = T_{DP prevista}–20 °C si DP es <=220 °C
• T_inicial = 200 °C si DP es >220 °C
• Sin tiempo de espera tras T_inicial
• T-rampa de 1 °C/min a DP

El estándar ASTM D6090 basado en instrumentos de METTLER TOLEDO especifica los requisitos para la determinación automática del punto de reblandecimiento de resinas. El procedimiento de comprobación y el principio de detección son prácticamente iguales a los descritos en el estándar ASTM D3461 anterior. Una diferencia importante es que se emplea una bola de acero en vez de una de plomo para pesar la muestra en el crisol. El estándar ASTM D6493 especifica la comprobación del punto de reblandecimiento de resinas según el método de anillo y bola, que es casi idéntico al estándar ASTM D36. El estándar AOCS Cc 18-80 especifica la detección automática del punto de goteo de grasas y aceites comestibles mediante un instrumento de punto de goteo de METTLER TOLEDO. Este estándar también trata la comprobación de muestras con puntos de goteo por debajo de la temperatura ambiente. El estándar ASTM D3954 también se especifica en un instrumento de punto de goteo de METTLER TOLEDO y se usa para comprobaciones automáticas del punto de goteo de ceras, incluida la parafina, el polietileno microcristalino y las ceras naturales. El estándar de la Farmacopea Europea 2.2.17 B es similar a esto, sin embargo, las especificaciones de repetibilidad son más estrictas. Por último, el estándar ASTM D127 describe el procedimiento manual para la comprobación del punto de goteo de ceras.

Los aceites comestibles, las grasas y los disolventes orgánicos se pueden solidificar y medir a temperaturas bajas. Con frecuencia, resulta necesario enfriar o congelar las sustancias durante un periodo suficiente antes de la medición del punto de goteo. El sistema de punto de goteo Excellence DP90 de METTLER TOLEDO realiza mediciones del punto de goteo a temperaturas de hasta –20 °C. Coloque la célula de medición DP90 individual, el horno y el sistema de detección óptico en un frigorífico o congelador hasta que se alcance la temperatura requerida.

Se recomienda el siguiente flujo de trabajo para las mediciones de punto de goteo por debajo de la temperatura ambiente. Tenga en cuenta que el “dispositivo de refrigeración” se refiere a un congelador o un frigorífico.

1. Instalación inicial: asegúrese de que la célula de medición DP90 y el dispositivo de refrigeración se encuentren a temperatura ambiente.
2. Enfriamiento de la DP90: coloque la célula de medición DP90 en el dispositivo de refrigeración y comience a enfriarla. Si es posible, déjela enfriar durante la noche.
3. Enfriamiento del equipo de comprobación: enfríe todo el equipo de comprobación (crisoles de muestra, vasos de vidrio de recogida y tapas) y la herramienta de preparación de muestras (portador de muestras) durante al menos 1 hora en el dispositivo de refrigeración.
4. Transferencia de la muestra: ponga el crisol de muestra en la herramienta de preparación de muestras. Transfiera lentamente el líquido usando una pipeta en el crisol de muestra enfriado previamente hasta que se llene por completo.
5. Solidificación de la muestra: deje que la muestra se solidifique durante al menos 1 hora en el dispositivo de refrigeración. Puede que algunas muestras se deban enfriar durante más tiempo. El dispositivo de refrigeración solo se debe abrir cuando sea necesario (p. ej., preparación de la muestra, intercambio del portador de muestra). Hay un dispositivo de refrigeración que se carga por la parte superior que se ajusta mejor al flujo de trabajo.
6. Factor de brillo: reduzca el factor de brillo en el método al 30 % con el fin de hacer frente a cualquier reflexión de la muestra.
7. Manipulación del portador de muestra: realice todas las manipulaciones, p. ej., desmontar/montar el portador de muestra en el interior del dispositivo de refrigeración para evitar la congelación y la condensación. Recomendamos que se usen guantes desechables.

Además de una preparación correcta de muestras, las configuraciones de los instrumentos tienen la misma importancia para la determinación exacta de los puntos de goteo y reblandecimiento. La selección correcta de la temperatura inicial, la temperatura final y la velocidad de calentamiento de la rampa son fundamentales para evitar inexactitudes causadas por un aumento de calor en la muestra que es desigual o demasiado rápido:

a) Temperatura inicial

La determinación del punto de goteo y del punto de reblandecimiento comienza a una temperatura predefinida cercana al punto de goteo o al punto de reblandecimiento esperado.
Hasta alcanzar la temperatura inicial, el soporte de calentamiento se precalienta rápidamente. Las muestras se introducen en el horno a la temperatura inicial y esta comienza a incrementarse hasta alcanzar la velocidad de calentamiento de la rampa definida.
La fórmula habitual que se usa para calcular la temperatura inicial es: Temperatura inicial = punto de goteo previsto – (3 min.* de velocidad de calentamiento)

b) Velocidad de calentamiento de la rampa

La velocidad de calentamiento de la rampa consiste en la velocidad fija del aumento de temperatura entre la temperatura inicial y la final en la rampa de calentamiento.
Velocidad de calentamiento habitual (según lo establecido por las normas): 2 °C/min

c) Temperatura final

Se trata de la temperatura máxima que se debe alcanzar en una determinación.
La fórmula habitual que se usa para calcular la temperatura final:
Temperatura final = punto de goteo previsto + (3 min. * de velocidad de calentamiento)
O active la condición “Parar en evento”. De esta forma, la medición se autotermina de forma automática en cuanto se detecta el punto de goteo.

Antes de poner en funcionamiento la unidad, se recomienda verificar la exactitud de la medición. Con el fin de verificar la exactitud de la temperatura, este instrumento se calibra mediante sustancias de referencia con valores de temperatura certificados. De este modo, los valores nominales, incluidas las tolerancias, se pueden comparar con los valores medidos reales. La base de la comparación es el punto de fusión termodinámica de la sustancia de calibración, que se detalla en el certificado correspondiente. El punto de fusión termodinámica es la temperatura de punto de fusión físicamente correcta de la muestra misma, no la temperatura del horno, y no depende de la configuración experimental. El punto de goteo de una sustancia de referencia no es igual al punto de fusión termodinámica, ya que la temperatura medida es la del horno, y no la de la muestra. Por lo tanto, es preciso ajustar el valor de la temperatura del horno mediante un valor de corrección, que se almacena para cada sustancia de referencia en el instrumento de punto de goteo de METTLER TOLEDO.