Gravedad específica: concepto, cómo se mide, para qué sirve, ejemplos
¿Qué es la gravedad específica?
La gravedad específica de un fluido, que se representa con la letra S, se define como la relación entre la masa de un volumen determinado de dicho fluido y la masa de un volumen igual de agua a 4°C. Esta es una propiedad intensiva de la materia lo que significa que depende solo de su composición y no de la cantidad de materia presente.
La fórmula que define la gravedad específica es:
Sin embargo, como sabemos que la densidad de cualquier sustancia viene dada por la relación entre su masa y su volumen, de donde se obtiene que la masa es igual a la densidad por el volumen (m = ρ.V), esta ecuación se puede reescribir en términos de las densidades de ambos fluidos como sigue:
Esto significa que la gravedad específica en realidad mide la densidad relativa de un fluido en función de la densidad del agua a 4°C. La razón por la que se utiliza como patrón el agua a 4°C es que, a dicha temperatura, el agua adquiere su densidad máxima.
¿Cómo se mide la gravedad específica?
La gravedad específica se mide con el uso de un hidrómetro. Este consiste en un tubo de vidrio que contiene un peso de plomo o mercurio en el fondo y una escala graduada en la parte recta superior.
El hidrómetro funciona en base al principio de Arquímedes, según el cual, un cuerpo que flota sobre un líquido desplaza un volumen de líquido equivalente a su propio peso. Al introducir el tubo en un líquido, el nivel de flotación del hidrómetro determina la gravedad específica del mismo.
Si el hidrómetro flota más arriba, entonces el líquido tendrá una gravedad específica mayor que 1, mientras que, si se sumerge más profundo, significa que el fluido es menos denso que el agua, por lo que el hidrómetro marcará un valor menor que 1.
Por esta razón, se suelen diseñar hidrómetros diferentes para los casos en los que se quiera medir la gravedad específica de fluidos más densos que el agua y aquellos en los que se quiera medir la de fluidos menos densos.
¿Para qué sirve medir la gravedad específica?
La gravedad específica es una medida importante de la densidad de un fluido por una razón muy sencilla: es una medida de densidad adimensional, es decir, no tiene unidades. Esto resulta de gran utilidad, ya que permite comparar las densidades de distintos fluidos sin importar el sistema de unidades en el que se lleven a cabo las medidas.
Por ejemplo, una aplicación muy común de la gravedad específica es que sirve como medida indirecta de la concentración de la orina. Por lo tanto, los médicos la utilizan para tener una idea de qué tan bien o mal están funcionando nuestros riñones.
También se utiliza con mucha frecuencia para determinar la concentración del ácido de batería, para así saber si es necesario añadir más agua o más ácido concentrado.
Gravedad específica de algunos fluidos comunes
Fluido | Temperatura (°C) | Gravedad específica (S) |
Metano | -164 | 0,466 |
Propano líquido | -40 | 0,585 |
Hexano | 25 | 0,657 |
Hexeno | 25 | 0,673 |
Etilamina | 16 | 0,683 |
Octano | 25 | 0,701 |
Éter de petróleo | 25 | 0,716 |
Gasolina vehicular | 60°F | 0,739 |
Pentano | 25 | 0,755 |
Alcohol etílico | 25 | 0,787 |
Metanol | 25 | 0,791 |
Keroseno | 60°F | 0,820 |
Tolueno | 25 | 0,865 |
Aceite de oliva | 15 | 0,915 |
Aceite de maní | 15.5 | 0,920 |
Aceite de palma | 15.5 | 0,923 |
Aceite de coco | 15 | 0,925 |
Aceite de girasol | 15.5 | 0,925 |
Aceite de soja | 15.5 | 0,926 |
Ejemplos del uso de la gravedad específica
Para el cálculo de la densidad
La gravedad específica permite el cálculo rápido de la densidad de un líquido u otra sustancia a partir del valor de la densidad del agua a 4°C. Dicha densidad se presenta en la siguiente tabla en diferentes unidades:
Sistema de unidades | Unidades de densidad | Densidad del agua a 4°C |
Sistema Internacional (SI) | kg/m3 | 1000 kg/m3 |
Sistema cgs | g/cm3 | 1,00 g/cm3 |
Otro sistema | g/mL | 1,00 g/mL |
Sistema fps | lb/pie3 | 62.4 lb/pie3 |
Ejemplo
Supongamos que deseamos determinar la densidad de la glicerina a 25°C en unidades de libras por pie cúbico. Entonces, a partir de la fórmula de gravedad específica despejamos la densidad del fluido:
De la primera tabla obtenemos el valor de la gravedad específica de la glicerina, que es 1,263, mientras que de la segunda tabla obtenemos la densidad del agua a 4 °C en unidades de libras por pie cúbico, que es 62.4 lb/pie3 y sustituimos en la fórmula:
Así, de manera muy sencilla obtenemos la densidad en las unidades deseadas.
Cálculo de densidades de mezclas
Supongamos que tenemos una solución con una gravedad específica de 1,26 y la queremos diluir 2L de esta solución añadiendo 1 L da agua pura. Se puede utilizar la gravedad específica para calcular, por lo menos de forma aproximada, la gravedad específica y, luego, la densidad de la nueva solución.
El proceso es muy sencillo. La mezcla tendrá un volumen total de 3L, por lo que la solución original formará 2/3 de la solución final y el agua pura añadida formará el otro 1/3 faltante. Cada componente de la mezcla contribuye a la gravedad específica de la misma en función de estas proporciones, así que:
Luego, a partir de este valor se puede calcular la densidad como se hizo en el ejemplo anterior. En este caso se calculará en unidades del sistema SI:
