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DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN

Dipl.-Ing. K. Schäfer, Dipl.-Phys. W. Spindler

Historia:

Prof. Dr. Ernst Otto Beckmann (1853-1923)

Ya en 1895, el químico alemán Beckmann, conocido por el “termómetro Beckmann” denomi-
nado así en su honor, comenzó a utilizar el punto de congelación de la leche para demostrar
su adulteración por adición de agua. En 1920, el norteamericano Hortvet trabajó de modo
intenso con este método y lo mejoró en ciertos puntos esenciales. Los primeros crioscópios
de termistor fueron presentados en el mercado en los años 60. Sin embargo, la operación de
estos aparatos todavía era completamente manual. A comienzos de los años 70 se ofrecieron
por primera vez los crioscópios de termistor automáticos. Ellos hicieron posible determinar el 
punto de congelación de forma automática – con sólo pulsar un botón. 

Un paso decisivo en el  mejoramiento de la crioscopia de termistor se dio a conocer durante la 
feria “FoodTec 1984”: Funke-Gerber presentó por primera vez un aparato de calibrado automá-
tico. Este trabajo de desarrollo intenso y exitoso arribó a otro punto culminante durante la 
“FoodTec 1988”, en cuya ocasión Funke-Gerber presentó un equipo de crioscopia totalmente 
automático con un rendimiento de 220 muestras/hora.

Con la implantación de la medición indirecta del punto de congelación (p. Ej. LactoStar) para la 
analítica de rutina, el interés se concentró sobre todo en los aparatos de referencia, que son 
capaces de determinar el punto de congelación conforme a las prescripciones de las normas vi- 
gentes. Estos aparatos deben satisfacer las más estrictas exigencias en cuanto a la exactitud de 
medición, porque con ellos se calibran los instrumentos de rutina. A tal efecto, Funke-Gerber- 
desarrolló un crioscópio libremente programable con una resolución de 0,1 m°C. Este aparato ya 
ha demostrado su exactitud y fiabilidad en un gran número de laboratorios en todo el mundo. 
Mientras tanto, el programa de suministro ha sido ampliado por la incorporación de un aparato 
para muestras múltiples (CryoStarautomatic). Desde Enero de 2007 estos dispositivos han sido
equipados con un indicador gráfico a color. De esta manera se puede mostrar completamente la 
curva de congelamiento y en particular del análisis con una representación patentada en la 
pantalla.
 

Punto de congelación:

El punto de congelación del agua pura es la temperatura en la que el hielo y el agua se en-
cuentran en equilibrio mutuo. Cuando a este líquido se añaden partículas solubles, el punto 
de congelación disminuye (se hace más frío), debido a que se reduce la capacidad de las 
moléculas de agua para desprenderse de la superficie. La grasa no tiene influencia sobre el 
punto de congelación, ya que no es soluble en agua.
 

Principio de medición:

La leche se enfría a –3°C (se subenfría) y se estimula a cristalizarse por vibración mecánica. 
Como consecuencia de este proceso de congelación, la temperatura aumenta rápidamente 
debido a la energía de configuración liberada y se estabiliza en un determinado nivel que cor-
responde al punto de congelación.
 

Procedimiento de medición:

El punto de congelación de los líquidos no es una temperatura cualquiera, sino que es exac- 
tamente la temperatura en la que una parte de la muestra se encuentra en estado líquido y 
otra parte de la misma se halla en estado congelado, estando ambas partes en equilibrio 
mutuo. 
Por lo tanto, para medir el punto de congelación es necesario llevar la muestra exactamente 
a esa condición. Para ello se requiere cierto procedimiento que funciona como sigue:

  • La muestra se mantiene en movimiento, de modo que no puede congelarse por
    sí misma.
  • La muestra se mezcla profundamente, de manera que todas las partes de la muestra
    presentan la misma temperatura.
  • El calor presente en la muestra se transporta hacia el exterior, en donde puede
    ser evacuada a través del equipo refrigerador.

Cuando un líquido está más frío que su propio punto de congelación, esa condición no es es-
table. Esta condición se conoce como “meta-estable”. Incluso pequeñas influencias, p. Ej. Si 
se golpea la pared de vidrio con un objeto duro, hacen que comience la congelación y se ex-
tienda como un alud, hasta que el calor de fusión liberado durante la congelación haya au-
mentado la temperatura de la muestra hasta alcanzar el punto de congelación de la misma y 
las porciones congeladas se encuentren en equilibrio con las porciones todavía no congeladas 
de la muestra.

Es decir que el crioscópio debe desencadenar la congelación cuando la muestra esté suficiente-
mente más fría que su propio punto de congelación. ¿Qué es “suficientemente más fría”? Bueno, 
la meta es lograr que durante la congelación se forme tanto hielo que con el tamaño normal de 
los cristales de hielo en todas las partes de la muestra existan tales cristales, pero sin que la 
muestra llegue a estar demasiado congelada. En el caso de las leches, con el transcurso del 
tiempo se ha demostrado que resulta óptimo desencadenar la congelación a unos –2°C hasta 
–3°C.

La temperatura de la muestra aumenta después de desencadenarse la congelación, debido al 
calor de fusión liberado durante la congelación. La temperatura se estabiliza entonces en un 
determinado valor, denominado “meseta”. El baño refrigerante en el exterior continúa extrayen-
do calor de la muestra y en la misma medida en que esto ocurre, se congelan partes adicionales 
de la muestra que así liberan su calor de fusión. Con esto se mantiene igual la temperatura – 
por lo menos mientras todavía existan partes líquidas en la muestra. Esta meseta dura algunos 
minutos. El punto de congelación es determinado por el crioscópio a partir de los valores de medi-
ción de temperatura de la meseta. Para ello existen prescripciones.
 

Errores durante la refrigeración:

Si la extracción de calor de la muestra es demasiado baja, el enfriamiento se demorará dema-
siado. La causa de esto puede ser o bien el baño refrigerante o la barra agitadora. El baño
refrigerante debe tener una temperatura de por lo menos –6°C y debe tener buena circulación
para poder derivar el calor de la muestra. La barra agitadora debe realizar una agitación uni-
forme, con una amplitud de aprox. 3 – 4 mm. Por lo tanto, si se presentan errores de refrigera-
ción, primero se debe controlar el baño refrigerante con un termómetro y después se controla
la circulación del baño refrigerante con una probeta vacía. A continuación se debe revisar si la 
barra agitadora puede oscilar libremente y no choca o fricciona contra alguna parte. Luego se 
controla la amplitud de la barra agitadora. Para esto se dispone de un menú especial en el
aparato. Como valor de orientación no se toma un número cualquiera en el display – el mis-
mo sólo debe servir como punto de referencia – sino que se observa la punta de la barra de 
agitación en oscilación y se ajusta de tal forma que los puntos de inversión queden separados 
aprox. 3 – 4 mm. A continuación se vierten 2,5 ml de agua en una probeta que se sostiene 
desde abajo contra el termistor, de tal modo que la barra agitadora agite el agua, controlándose 
si es adecuada la oscilación de la barra agitadora en el agua.

Después de haber controlado y ajustado correctamente todo lo anterior, se lleva a cabo una 
medición de prueba con agua, observándose el valor de temperatura en el display. El tiempo
requerido por el aparato para enfriar una muestra de la temperatura ambiente (20°C...25°C) a 
–2°C debería ser de 1 minuto con bastante exactitud. Así, el baño refrigerante y la barra agita-
dora estarán ajustados correctamente. Si la refrigeración se demora menos de 45 segundos, el
baño refrigerante está demasiado frío o la barra agitadora está ajustada con demasiada fuerza.

Si la refrigeración se demora más de 75 segundos, el baño refrigerante está demasiado caliente 
o tiene mala circulación, o la barra agitadora está ajustada con muy poca fuerza. Si el “error de 
refrigeración” se presenta después de que se haya comprobado el funcionamiento correcto del 
baño refrigerante y de la barra agitadora, se tendrá que revisar el termistor y el calibrado del 
aparato. Si el aparato está muy mal calibrado, no podrá encontrar su escala de temperatura y 
por ende tampoco podrá medir temperaturas correctas.
 

Congelado prematuramente:

El estado de una muestra no es estable cuando su temperatura es inferior a su punto de
congelación. Por lo tanto, siempre puede ocurrir que una muestra se congele por efecto de 
alguna influencia externa accidental o espontáneamente, antes de que el aparato desenca-
dene la congelación. Existen varias causas posibles para esto: Si la agitación es demasiado 
fuerte o si la barra agitadora fricciona contra alguna parte, pueden ocurrir vibraciones que 
desencadenan la congelación. Mientras más se demore la refrigeración, más tiempo tendrá 
la muestra para congelarse espontáneamente. Por lo tanto, la refrigeración se debe realizar 
tan rápido como sea posible. Si hay alguna contaminación en la muestra, ella también puede 
desencadenar la congelación.
 

No se congela:

Cuando se alcanza la temperatura ajustada para el subenfriamiento (la “temperatura de im- 
pacto”), el aparato golpea contra la pared de vidrio de la probeta para desencadenar la con-
gelación. Ahora debería incrementarse la temperatura. Como criterio se toma un aumento 
de temperatura de por lo menos 0,1°C. Con agua o soluciones de calibración, esto siempre 
es el caso cuando la barra agitadora está ajustada de tal modo que golpea con fuerza con-
tra la pared de vidrio. Sin embargo, esto algunas veces no ocurre con las leches.

Hay leches que se congelan con dificultad. Si este error sólo se presenta ocasionalmente en 
leches individuales, la leche correspondiente se calienta a aprox. 40°C, se deja enfriar y se 
vuelve a medir. Si en cambio este error ocurre con frecuencia en una determinada región, 
es mejor reducir la temperatura de impacto de tal modo que las muestras se subenfríen con 
mayor intensidad y así se congelen con más facilidad. Si este error también se observa con 
líquidos de calibrado, entonces no está correcto el calibrado del aparato o alguna cantidad 
del líquido del baño refrigerante se ha introducido en la muestra.

 

Período de estancamiento no encontrado:

Este error sólo puede ocurrir cuando se usa el “método de búsqueda de nivel” según IDF para 
determinar el punto de congelación. En este método, el valor de temperatura en el transcurso 
de la meseta debe permanecer durante cierto tiempo dentro de un alcance específico. Aquí 
puede suceder que una determinada leche no cumpla con este criterio. En tal caso se deberá 
medir una segunda muestra de esa leche. Si este error de pronto ocurre con frecuencia, aun-
que el aparato trabaje correctamente en todos los demás aspectos, la causa del error deberá 
buscarse en el termistor o en otras influencias perturbadoras
externas.
 

Sin calibrado o termistor defectuoso:

Cuando se inicia una medición o un calibrado, el aparato prueba el valor actual del termistor.
Como se sabe, la resistencia eléctrica del mismo es una función de la temperatura. Esta re- 
sistencia eléctrica es traducida entonces por un convertidor analógico-digital en un número 
que luego es procesado por el aparato. Pero si el termistor tiene un cortocircuito o una inter-
rupción, su resistencia tendrá un valor de cero o infinito, ambos de los cuales no son posibles 
para un termistor en buenas condiciones de funcionamiento. En este caso, el aparato no 
iniciará la medición. El aparato tampoco iniciará la medición si la temperatura que resulta del 
valor actual del termistor junto con las constantes de calibrado almacenadas en el aparato es 
más fría que +1°C (lo cual es imposible en el caso de un termistor que se halla en una mues-
tra nueva, es decir, todavía cálida)..
 

Reconocimiento de defectos técnicos:

Prendido: El equipo debe mostrar durante el arranque en la pantalla el mensaje:
"CryoStar I (o CryoStar automatic), Funke Gerber".

Posibles errores:

  • Los dispositivos de seguridad están bloqueados en la conexión a la línea de tensión
  • Seguro en la tarjeta impresa principal
  • Rectificador eléctrico principal. Revisar: La tensión en el condensador principal debe 
    ser de al menos 11 V
  • Transformador de la red
  • Fallo en la tarjeta impresa principal
  • La pantalla o sus conexiones están defectuosas

Fase de refrigeración: El equipo debe alcanzar dentro de un periodo apropiado de tiempo 
de  al menos -6°C. Este tiempo depende de la temperatura ambiente pero no debe exceder 
más de  20 minutos.

 

Posibles errores:

  • La alimentación de aire no se encuentra en orden. Las entradas de ventilación a los lados del equipo se encuentran bloqueadas. El equipo se encuentra sucio.
  • Un ventilador está averiado.
  • La tensión del ventilador no es la correcta. Revisar: la tensión en la conexión del ventilador debe ser de
    aproximadamente 24-26 V.
  • El bloque de refrigeración tiene daños por temperatura y está averiado.
  • La tensión en el bloque de refrigeración no es la correcta. Revisar: La tensión en la conexión Peltier durante la refrigeración debe ser de aproximadamente 6-10V.
  • La circulación no está presente o es muy poca: Cuando se sumerge un contenedor de muestra vacío dentro del punto de medida, el líquido para el baño de refrigeración debe continuar fluyendo por aproximadamente 1 a 2 segundos.

Posibles errores:

  • El líquido para el baño se ha endurecido. Cambie el líquido.
  • Muy poco líquido para la refrigeración y por consiguiente se presenta llenado con aire: Vierta el líquido.
  • La bomba se encuentra bloqueada: Apague el equipo. Abra la cubierta, gire el rotor de la bomba cuidadosamente con la mano: no se debe presentar mayor rozamiento. Sino (cuerpos ajenos en la bomba): Limpie la bomba y la línea.
  • La tensión de la bomba no es la correcta. Revisar: La conexión de voltaje a la bomba debe ser de 24-26 V.
  • Bomba averiada: Cambie el motor
  • Ondas entre el motor de la bomba y la bomba averiada: Desmonte el motor de la bomba y corrija las perturbaciones.
  • La unidad notifica un mensaje de error al arranque
    “Fallo de elevador”: posibles fallas son:
    • Daño en el interruptor de fina de carrera en el elevador
    • Daño en el cable que conecta el cabezal de medición y
      la tarjeta impresa
    • Daño en la tarjeta impresa del cabezal
  • La unidad muestra inmediatamente después del arranque un valor de medida muy bajo en la pantalla, titila y muestra
    „No congelado“. Este es un error en el Firmware de versiones anteriores. Causas:
  • El termistor se encuentra averiado, cámbielo e instale
    una versión del Firmware más nueva.
  • La unidad de agitación no se deja configurar correctamente

     

Posible causa:

  • La unidad de agitación fue doblada por un termistor y afecta el eje de este. Enderece el termistor de forma correcta de manera que el agitador puede desplazarse libremente.
  • La parte superior del agitador tiene una fractura: Cambie el agitador.
  • El agitador fue instalado incorrectamente: El imán del agitador debe estar orientado de una manera que sea energizado por la bobina en cada caso y que no quede presionado. Corrija la instalación
  • La unidad no se encuentra y no se puede calibrar y los valores de medición se dispersan.

 

 


Posible causa:

  • El termistor está averiado. De algún modo se produjeron micro grietas en el termistor por donde entra la humedad. De esta manera las características eléctricas del termistor cambian y el termistor debe ser reemplazado.
  • Cristal de muestra sucio.
  • El baño de refrigeración alcanzó al termistor. Alguien encendió la medición sin haber puesto el cristal de la muestra. Por esta razón el termistor fue sumergido en el líquido de refrigeración y restos de este quedaron en el termistor y gradualmente restos en las muestras siguientes.

Reconocimiento de errores durante el uso:

La mayoría de los errores que se cometen en el uso del aparato son errores de calibración.
El calibrado de un crioscópio es un requisito previo indispensable para cualquier uso. Por 
razones de la técnica de medición, para medir la temperatura de la muestra es necesario 
utilizar un termistor. Los termistores tienen un efecto de temperatura muy grande que se 
requiere para resoluciones de más de 1 m°C. Lamentablemente, la amplitud de variación 
de los valores de resistencia de estos elementos, debida a causas técnicas en el proceso 
de  fabricación de los mismos, es tan grande que el punto de temperatura cero (0°C) en 
el  crioscópio generalmente se debe determinar a través de un precalibrado, antes de 
que el  aparato se pueda calibrar con un nuevo termistor.

Se debe suponer que el calibrado A no se podrá realizar con éxito después de un reem-
plazo  del termistor. La razón de esto es que el aparato primero debe alcanzar la tempera-
tura de  impacto ajustada y luego debe reconocer un aumento de la temperatura después 
del golpe  (como indicación de que ha comenzado la congelación). Sin embargo, esto no 
ocurre porque  los valores del nuevo termistor después del cálculo con las constantes de 
calibrado del antiguo  termistor dan como resultado temperaturas erróneas. Por ello se 
requiere un así llamado pre- calibrado, en el que el aparato no toma en cuenta las tempe-
raturas, sino que lleva a cabo un  proceso de medición puramente controlado por el tiempo. 
A continuación, las constantes de  calibrado se habrán adaptado suficientemente a las 
características del nuevo termistor, para  que tanto el calibrado A como el calibrado B se 
puedan efectuar con éxito. Desafortunadamente, suele ocurrir con frecuencia que durante 
el calibrado se confundan las probetas llenadas con soluciones de calibrado o que se 
haya  elegido un punto de menú equivocado.
 

Confusión del calibrado a en lugar del calibrado b: 

A continuación, la escala de temperatura entera del aparato está desplazada. Al volver a medir las soluciones de calibrado se obtienen valores y signos cambiados.
 

Ejemplo:

  • Calibración A con 0,000
  • Calibración A con 0,000
  • Calibración B con –0,557
  • Calibración A con –0,557 (manejo incorrecto)
  • nueva medición solución B: da 0,000
  • nueva medición solución A: da 0,557
     

Confusión de la solución A con la solución B:

Primero, el calibrado A se lleva a cabo sin problemas. Pero en el calibrado B, el aparato da el aviso de error “no calibrado o termistor defectuoso” y queda en estado no calibrado. En las versiones de microprogramación más antiguas, el aparato asume los valores incorrectos y desde ese momento ya no puede hacer mediciones. En cualquier caso se debería llevar a cabo un precalibrado y después un calibrado auténtico.

 

Termistor defectuoso:

Este es el error que ocurre con mayor frecuencia. Para ello hay dos posibilidades:

1. El termistor está (ha sido) fracturado: Esto se reconoce por el hecho de que la indi-
    cación permanece constante, sin ningún cambio, en un valor negativo.

2. La pegadura del termistor no es hermética: Esto se reconoce por un comportamiento 
    de medición extremadamente inestable. La reproducibilidad es muy mala, p. Ej. 
    Fluctuaciones de aprox. +0,1°C. En ambos casos se tendrá que cambiar el termistor.
 

Error en la barra agitadora:

La barra agitadora no oscila libremente:
La barra agitadora debe poder moverse libremente en la ranura prevista para ello. En ningún 
caso debe entrar en contacto con el termistor en ningún punto. Esto se debe tener en cuenta 
especialmente durante el cambio del termistor.

La amplitud de la barra agitadora no es suficientemente grande: 
La refrigeración de la muestra no es uniforme y tarda bastante más de 1 minuto. Con la barra 
agitadora ajustada correctamente, el tiempo de refrigeración es exactamente de 1 minuto. La 
amplitud de la barra agitadora debe ser de aprox. 3 – 4 mm. Dado el caso, la barra agitadora 
deberá ajustarse correspondientemente.

La amplitud de la barra agitadora es demasiado grande:
Con frecuencia ocurre una congelación prematura de la muestra.
 

Aplicaciones especiales / medición de nata

DDebido a que en el caso de una nata con aprox. 40 % de contenido de grasa el líquido
relevante para el punto de congelación ya sólo abarca un 60 % de volumen de muestra, 
se recomienda aumentar el volumen de la muestra a aprox. 3 ml. Más aún, la temperatu-
ra de de liberación debe ser fijada a -3°C en caso de que la muestra no esté congelada. 
La potencia del agitador debe ser incrementada un poco de ser necesario.


Configuración recomendada: 

NotaciónValor a configurar
Valor de Calibración A0,000°C ó -0,408°C
Valor de Calibración B-0,557°C ó -0,600°C
Calibración Base-0,520°C. Sirve para el cálculo del porcentaje de 
contenido de agua foránea.
Temperatura de Agitación-2,00°C ( -3,00°C minima)
ModoCelsius
NivelNivel: 0,4 m°C / 22 s
Tiempo de fijación50 s
Máximo0,2 m°C
IdiomaLibre elección
Agitador / Amplitud3 - 4 mm
Agitador / FrecuenciaAtención: No cambie el valor ajustado. El valor debe 
estar entre 95 Hz y 104 Hz. Agitador/Potencia. La 
potencia debe ser ajustada muy alta para que no se 
presenten ruidos durante la fijación de la temperatura 
de alivio (Ej. -2°C). Sin embargo, se debe prestar aten-
ción al hecho de que este ajuste no conlleve al rompi-
miento de los contenedores de muestras. Este valor 
debe estar entre un 40% ó 50%.

Si esta configuración fue modificada, la unidad debe ser calibrada nuevamente.
 

Las propiedades más importantes en síntesis:

Prometedor y flexible: 
Se dispone de medición de tiempo fijo, búsqueda de meseta y búsqueda de máximo. Se 
pueden programar libremente todos los parámetros relevantes. Naturalmente, los mismos 
también se protocolizan. Con esto, el aparato se puede adaptar a todas las normas nacionales 
e internacionales.

Confortable:
El manejo se hace por guía de menú en el idioma de su elección. Actualmente están disponi-
bles los idiomas alemán, inglés, francés, griego, italiano, polaco, español, turco y húngaro.

Eficiente: 
Un nuevo sistema de refrigeración (patente solicitada) permite una rápida disponibilidad, in-
cluso con temperaturas ambiente más elevadas (aprox. 32°C).

Rápido: Dependiendo del ajuste, se pueden medir hasta 40 muestras por hora.

Versátil:
La unidad dispone de una conexión paralela (para impresoras corrientes) y se puede conec-
tar a un PC a través de una interfaz serial. Con ello es posible visualizar la curva de congela-
ción en el monitor durante la medición y, si se desea, guardarla. Una potente función de 
zoom (ampliación) completa las ventajas ofrecidas. El software necesario forma parte del 
suministro.

Cómodo para el usuario:
El aparato no es complicado en su manipulación. El contenido porcentual de agua foránea se 
indica directamente y se imprime. El calibrado se hace automáticamente. Todos los ajustes y 
valores de calibrado quedan guardados permanentemente en una memoria no volátil. 

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