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Cada fórmula, y de dónde sale

La calculadora es una capa fina sobre una biblioteca de fórmulas pequeña y abierta. Esta página es esa biblioteca escrita. Las convenciones se etiquetan como convenciones; las constantes llevan su fuente.

En esta página

Saponificación y álcali

SAP_NaOH (mg/g) = SAP_KOH × 39.997 ÷ 56.106                # molar masses, IUPAC 2013
KOH_100 (g)     = Σ oilᵢ (g) × SAP_KOHᵢ ÷ 1000               # SAP defined as mg KOH per g fat
KOH_sf          = KOH_100 × (1 − superfat ÷ 100)
NaOH to weigh   = KOH_sf × (1 − f_KOH) × 39.997 ÷ 56.106 ÷ (purity_NaOH ÷ 100)
KOH to weigh    = KOH_sf × f_KOH ÷ (purity_KOH ÷ 100)
superfat from a given lye = (1 − lye_supplied_KOHeq ÷ KOH_100) × 100

El agua, de tres formas, y las soluciones premezcladas

water = oils × p ÷ 100                    # p = water as % of oils (38 is the old default)
water = lye × (100 − c) ÷ c               # c = lye concentration % (33 is our default)
water = lye × r                           # r = water : lye ratio
c = lye ÷ (lye + water) × 100;  r = water ÷ lye;  p = water ÷ oils × 100

Master batch at strength s %:
solution = lye ÷ (s ÷ 100);  water_in = solution − lye;  water_add = water − water_in

Liquids replacing water:
plain water = max(0, water − Σ liquidᵢ × water%ᵢ ÷ 100)
  • Dunn, Kevin M. Scientific Soapmaking: The Chemistry of the Cold Process. Clavicula Press, 2010. Lye solution concentration and its effect on trace and gel.
  • Community convention: "full water" = 38 % of oil weight, the default that most hobby calculators have used since the 2000s; roughly a 27–28 % lye solution for a typical bar recipe. — A convention, not a chemical constant. Lye concentration is the better control variable because it does not drift with the oil blend.

Ácidos y líquidos grasos

NaOH consumed (g) = mass × purity × n × 39.997 ÷ M_acid
  citric acid (anhydrous, triprotic, M 192.124):  0.6246 g NaOH per g   (0.8760 g KOH)
  citric acid monohydrate (M 210.139):            0.5710
  acetic acid (M 60.052):                         0.6660   → 5 % vinegar: 0.0333 per g
  lactic acid (M 90.078):                         0.4440
effective superfat = (oils × sf ÷ 100 + fat from milks) ÷ (oils + fat from milks) × 100

Derivar un índice de saponificación a partir de la composición

M̄_fatty acid   = Σ wᵢ ÷ Σ(wᵢ ÷ Mᵢ)             # wᵢ = mass % of each acid: the number average
M_triglyceride = 3 × M̄_fatty acid + 38.049     # glycerol 92.094 less three waters
SAP (mg KOH/g) = 3 × 56 106 ÷ M_triglyceride    # three KOH per triglyceride

free fatty acids (stearic acid, lauric acid and the like) take one KOH each:
SAP = 56 106 ÷ M̄_fatty acid

Validated on the 36 Codex oils where the saponification range and the
fatty-acid ranges come from the same standard:
  median absolute error  0.84 %
  90th percentile        2.44 %
  worst                  3.57 %
  bias                  +0.55 %   # high: unsaponifiable matter
A derived value therefore carries a ±3 % band, and is offered only where the
published profile sums to between 95 % and 115 %.

Hasta qué punto los datos publicados fijan el álcali

KOH_low  = Σ(oilᵢ × SAP_minᵢ ÷ 1000)       # every oil at the bottom of its published range
KOH_high = Σ(oilᵢ × SAP_maxᵢ ÷ 1000)       # ...and at the top
KOH_mid  = Σ(oilᵢ × SAP_repᵢ ÷ 1000)       # what the lye is actually weighed from

supplied (as KOH equivalent) = KOH_mid × (1 − sf ÷ 100)

superfat actually achieved:
  worst case = (1 − supplied ÷ KOH_low)  × 100   # fat needs LESS lye than was weighed
  best case  = (1 − supplied ÷ KOH_high) × 100   # fat needs MORE, so more is left unsaponified

smallest nominal superfat whose worst case clears a floor f:
  sf ≥ (1 − (1 − f) × KOH_low ÷ KOH_mid) × 100

Perfil de ácidos grasos, cualidades del jabón, yodo e INS

profile = Σ (oilᵢ ÷ total oils) × fatty acidsᵢ           # mass-weighted percent
hardness     = lauric + myristic + palmitic + stearic        (29–54)
cleansing    = lauric + myristic                             (12–22)
conditioning = oleic + linoleic + linolenic + ricinoleic     (44–69)
bubbly       = lauric + myristic + ricinoleic                (14–46)
creamy       = palmitic + stearic + ricinoleic               (16–48)
iodine value = Σ wᵢ × IVᵢ                                    (41–70)
INS          = Σ wᵢ × (SAP_KOHᵢ − IVᵢ)                       (136–165, ideal 160)
  • Community convention for soap qualities, in continuous use in hobby lye calculators since c. 2005: hardness = lauric + myristic + palmitic + stearic; cleansing = lauric + myristic; conditioning = oleic + linoleic + linolenic + ricinoleic; bubbly lather = lauric + myristic + ricinoleic; creamy lather = palmitic + stearic + ricinoleic. Recommended bands: hardness 29–54, cleansing 12–22, conditioning 44–69, bubbly 14–46, creamy 16–48, and iodine value 41–70. — A convention, not a measurement. It ignores superfat, water, cure and additives, and treats every fatty acid in a group as equal. The iodine value itself is measured (AOCS Cd 1-25); the 41–70 band beside it belongs to this convention, not to the method.
  • AOCS Official Method Cd 1-25, "Iodine Value of Fats and Oils, Wijs Method". g I₂ absorbed per 100 g of fat; a measure of unsaturation.
  • McDaniel, Robert S. Essentially Soap. Krause Publications, 2000. INS = saponification value (mg KOH/g) − iodine value; recommended range 136–165, ideal 160.

Dosis de fragancia, IFRA y alérgenos

f = oils × p ÷ 100                          # p = % of oils (PPO)
f = base × p ÷ (100 − p)                    # p = % of finished batch; base = everything but fragrance
% of finished product = f ÷ (base + f) × 100 ≤ certificate maximum for the product's IFRA category
blends (conservative): Σ loadᵢ ÷ maxᵢ ≤ 1
allergen % in product = Σ (fragrance % × allergen % in fragrance ÷ 100) ÷ (1 − cure mass loss)
declare if > 0.001 % leave-on, > 0.01 % rinse-off
suggested on a pick: 3 % of oils, or less to stay under the maximum: f = min(oils × 0.03, base × M ÷ (100 − M))

Cálculo del molde

V (mL) = l × w × h  |  π (d ÷ 2)² h  |  cavities × volume each     # 1 in³ = 16.387064 mL
batch (g) = V × ρ × fill                                        # ρ ≈ 1.0 g/mL, calibrate
oils = batch ÷ (1 + lye/oil + water/oil + additives/oil + fragrance/oil)
for comparison: the "in³ × 0.4 oz" rule assumes full water and 5 % superfat
  • Volume of a rectangular prism V = l × w × h; of a cylinder V = π × (d ÷ 2)² × h. 1 in³ = 16.387064 mL.
  • Empirical default. Fresh cold-process soap batter has a density close to water, ≈ 0.95–1.0 g/mL; the community rule "in³ × 0.4 = oz of oils" implies about 0.69 g/mL of oils, which is ≈ 1.05 g/mL of batter at 38 % water and 5 % superfat. Calibrate by weighing a filled mold once. — Density varies with whipping, fragrance, temperature and how full the mold is poured. Treat the default as a starting point and calibrate.

Dilución de jabón líquido

solids = oils + pure KOH                 # mass is conserved in saponification
paste concentration = solids ÷ paste × 100
water to add = solids ÷ (target ÷ 100) − paste
  • Conservation of mass in saponification: the soap and glycerol formed weigh exactly what the fat and hydroxide weighed. Solids in a paste are therefore taken as oils + pure lye; the remainder is water.
  • Failor, Catherine. Making Natural Liquid Soaps. Storey Publishing, 2000. Paste method, dilution ratios and sequestering.

De dónde sale un índice de saponificación derivado

40 aceites de la base de datos no tienen índice de saponificación en ningún documento primario que podamos usar. En lugar de dejarlos fuera de la calculadora o inventar un número, la cifra se calcula a partir de la composición de ácidos grasos medida del propio aceite. Eso no es una suposición: tres moles de hidróxido saponifican un mol de triglicérido, y la masa molar del triglicérido se deduce de la longitud de las cadenas de los ácidos que lo forman. La composición determina el valor.

La pregunta es con qué exactitud lo hace, y eso se puede medir. La prueba justa es el subconjunto Codex de la base de datos, 36 aceites con nombre en los que el rango de saponificación y los rangos de ácidos grasos los publicó el mismo organismo a partir del mismo material. Frente a ellos, el error absoluto mediano del método es del 0,84 %, su percentil noventa del 2,44 % y su peor caso del 3,57 %. Da valores algo altos, un 0,55 % de media: supone grasa pura, mientras que un aceite crudo lleva algo de materia insaponificable que baja el valor medido. Hacia arriba es la dirección del exceso de álcali, y la banda que lleva un valor derivado la cubre. El rango publicado mediano de esa misma base de datos es de ±2,9 % respecto de su propio centro, así que un valor derivado está casi tan bien determinado como uno leído de una norma.

Medido frente al resto de la base de datos, el error aparente es mayor: una mediana del 1,7 % y un peor caso del 22 %. Eso no es que el método falle. Los mayores desacuerdos son las mismas fichas que la comprobación de coherencia ya marca como contradictorias por dentro, donde un índice de saponificación publicado convive con una composición que no puede producirlo. Compararse contra esas mezcla el error del método con el error de los datos, que es la razón por la que la validación usa solo el subconjunto Codex.

Todo valor derivado se marca como derivado allí donde aparece, lleva una banda de ±3 % hasta el panel de incertidumbre, y se descarta por completo en cuanto se introduce un valor medido de su propio lote.

Por qué el álcali lleva un rango

Un índice de saponificación no es una constante. El Codex da al aceite de coco de 248 a 265 mg KOH/g porque la grasa varía de verdad con el origen, la estación y el refinado. Todas las calculadoras de jabón esconden eso imprimiendo un solo número con un decimal, y eso es falsa precisión: la cifra parece una medida de su aceite y en realidad es el punto medio del muestreo de otra persona.

Arrastrada hasta el final, la banda cae sobre el número que importa. El sobreengrasado es el margen entre una pastilla suave y una cáustica, y es exactamente lo que se come la incertidumbre. Una receta que pide un 3 % de sobreengrasado con aceite de oliva y de coco corrientes puede quedar en realidad entre el −0,2 % y el 6 %, y el extremo negativo es una pastilla con exceso de álcali. Eso no es motivo para desconfiar de la aritmética; es la razón por la que el oficio se quedó en un 5 % de sobreengrasado, y por lo que sabemos ninguna calculadora ha enseñado nunca las cuentas que hay detrás de esa costumbre.

Tomar todos los aceites en el mismo extremo de su rango a la vez es una cota, no un intervalo de confianza. Los lotes reales no están perfectamente correlacionados, así que la dispersión alcanzable es más estrecha, y la aritmética no dice nada sobre lo probable que es cualquiera de los dos extremos. Lo único que la reduce es una medida: introduzca el índice de saponificación del certificado de análisis de su lote y ese aceite deja de aportar incertidumbre por completo.

Convenciones que etiquetamos como convenciones

Las cinco "cualidades del jabón" son sumas de grupos de ácidos grasos comparadas con bandas que las calculadoras de aficionado usan desde mediados de los 2000. Sirven para comparar recetas y no sirven para predecir una pastilla de verdad: ignoran el sobreengrasado, el agua, el curado, los aditivos y el proceso, y tratan como iguales a todos los ácidos de un mismo grupo. El 38 % de "agua completa" por defecto y la regla del "× 0,4" para el molde son costumbres, no química. Las implementamos todas exactamente porque quien hace jabón compara en ese idioma, y decimos lo que son.

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