Densidad relativa y viscosidad

Se denomina densidad relativa a la densidad que tiene una suspensión en relación al agua. Así, una suspensión con densidad relativa 1,5 significa que es 1,5 veces más densa que el agua. Cuanto más soluto añadimos a una suspensión más aumenta su densidad relativa, y cuanta más agua añadimos más disminuye ese valor.

En términos matemáticos, llamando ρ_r a la densidad relativa,  ρ_s la densidad de la suspensión y ρ_a la densidad del agua, tenemos: ρ_r = ρ_s / ρ_a

Como la densidad es masa/volumen, podemos también decir que la densidad relativa es el cociente entre el peso de la suspensión y el peso del agua, para volúmenes iguales de la suspensión y del agua, como se demuestra a continuación:

ρ_r = ρ_s / ρ_a  =   (m_s^.V) / (m_a^.V)   =   m_s / m_a   =   m_s^.g / m_a^.g =   p_s / p_a

Es decir, cuando decimos que una suspensión tiene densidad relativa 1,5 significa que es 1,5 veces más densa que el agua, y también que pesa 1,5 veces más que el agua.

La densidad del agua (medida a la presión de 1 atmósfera y a temperatura 4ºC)  es 1 gr/cm3, y  también sabemos que 100 cm3 de agua pesan 100 gramos. Por tanto, para saber cual es la densidad relativa de una suspensión solo es necesario pesar 100 cm3 de dicha suspensión y dividir entre 100. 

La densidad relativa también se denomina “densidad específica” o ”gravedad específica”, que son términos que proceden del inglés “specific density” o “specific gravity”. 

Por otro lado, una suspensión puede ser más o menos fluida, es decir, puede tener poca o mucha fricción entre sus partículas o entre sus moléculas, de forma que se produzca resistencia al movimiento lateral entre ellas. La viscosidad es la medida de esta fluidez y, al igual que la densidad, aumenta cuanto más soluto se añade a la suspensión y disminuye cuanto más agua se añade.

Sin embargo, hay otros factores que también influyen en la viscosidad de forma que dos suspensiones con la misma densidad relativa puedan tener una fluidez muy distinta. Un factor importante es la presencia de suspensivos ya que estas sustancias absorben agua y aumentan la viscosidad (por ejemplo óxido de zinc, arcillas, sepiolita y bentonita). Otro factor que influye en la viscosidad es la presencia de defloculantes. Los iones alcalinos en el agua producen mayor fluidez. 

En las suspensiones cerámicas la densidad relativa es importante en engobes, coladas, barbotinas y esmaltes. La viscosidad también influye en todas las suspensiones cerámicas, pero es crítica en las coladas ya que una viscosidad muy elevada hace que no se adhieran bien las partículas a las paredes de los moldes. Por ejemplo, deben evitarse coladas que tengan presencia de óxido de zinc o bentonita ya que la excesiva viscosidad obtenida puede dificultar su uso.

La viscosidad necesaria depende de la forma de aplicación de la suspensión e influye directamente en el espesor de capa que se obtiene. Esto es especialmente cierto cuando queremos hacer una aplicación con pincel, ya que una suspensión demasiado viscosa no correrá bien y no cubrirá el soporte adecuadamente al carecer de fluidez. La aplicación por inmersión o vertido de esmaltes y engobes producirá una capa más gruesa cuanto mayor sea la viscosidad de la suspensión.

Para medir la densidad relativa y la viscosidad pueden emplearse equipos muy sofisticados y de alta precisión, pero en un entorno artesanal se pueden emplear instrumentos de medida muy sencillos. 

Para la medición de la densidad se suele emplear un recipiente calibrado con capacidad de 100 cm3. Los llamados densímetros o picnómetros de precisión consisten en un recipiente en forma de cilindro metálico, con capacidad de 100 cm3,  dotado de una tapa ajustada con un pequeño orificio en el centro que se utiliza para que rebose el líquido cuando se llena. 

La forma de uso consiste en pesar primero el picnómetro vacío con su tapa para poder descontar este peso cuando lo pesemos lleno de suspensión (o usar la tara de la báscula). Se llena después el recipiente con la suspensión y se pone la tapa ajustándose bien, dejando salir el líquido sobrante por el agujero. Pesamos el picnómetro lleno y calculamos así cuánto pesan los 100 cm3 de la suspensión, dividiendo después por 100 (que es el peso de 100 cm3 de agua ) y obtenemos así la densidad relativa. Por ejemplo, si obtenemos que 100 cm3 de suspensión pesan 180 gramos, la densidad relativa es de 1,8. 

Una alternativa al uso del picnómetro es utilizar una simple probeta graduada de 100 cm3, aunque este método es un poco más inexacto porque no tenemos la seguridad de medir 100 cm3 exactos. 

Para medir la viscosidad se emplea un recipiente de un tamaño estandarizado que tiene un agujero de salida, de un diámetro establecido,  por su parte inferior. En lugar de hacer una medición de la viscosidad como tal, se mide el tiempo que tarda en drenar el recipiente cuando se deja libre el orificio de salida. La “copa Ford número 4” es el estándar que se utiliza para medir viscosidad. Cuanto más tiempo tarde en vaciarse la Copa Ford tendremos una viscosidad más alta.

Probeta graduada, densímetro o picnómetro y copa Ford número 4

A la hora de ajustar la densidad relativa y la viscosidad de una suspensión, lo más fácil es comenzar ajustando la densidad (añadiendo soluto o añadiendo agua) y una vez obtenido el valor adecuado ajustar la viscosidad (añadiendo defloculante). Hay que tener en cuenta que los productos comerciales ya vienen ajustados cuando se compran en suspensión, o vienen con defloculantes añadidos cuando se compran en polvo y preparados para añadir una cantidad de agua establecida por el fabricante.