MEDIÇÃO DE VOLUME E DE MASSA ESPECÍFICA COM UM SISTEMA DE PESAGEM HIDROSTÁTICA DE SIMPLES CONSTRUÇÃO

Transcrição

1 EDIÇÃO DE VOUE E DE ASSA ESECÍFICA CO U SISTEA DE ESAGE HIDROSTÁTICA DE SIES CONSTRUÇÃO Vlte Yoshihiko Aibe 1, Estel Cistin C. de Fis 2 1 Inmeto, Duque de Cxis - RJ, Bsil, vyibe@inmeto.gov.b 2 Inmeto, Duque de Cxis - RJ, Bsil, ecfis@inmeto.gov.b Resumo: Foi montdo um sistem simples de pesgem hidostátic p s medições de volume de um copo sólido e de mss específic de sólidos e líquidos. A águ pu foi usd como mteil de efeênci de mss específic p medição de volume de um poliedo constuído em vido. Com o volume do sólido clibdo, mediu-se mss específic de difeentes líquidos. Embo sej um sistem fácil montgem, pesentou cpcidde de esolução melho que o densímeto digitl de esolução 0,00001 g/cm 3. lvs chve: pesgem hidostátic, volume de sólidos, mss específic, densidde. 1. INTRODUÇÃO Um sistem de pesgem hidostátic p medição de mss específic de líquidos foi desenvolvido n Divisão de etologi em Dinâmic de Fluidos (Dinm, que petence à Dietoi de etologi Científic e Industil (Dimci, p medições de volume e de mss específic. Ests gndezs são impotntes p clibções de densímetos digitis, medids mteilizds de volume e medidoes de vzão. O sistem hidostático é um método bsedo no pincípio de Aquimedes. o pesgem hidostátic podese medi mss específic e o volume de sólidos e mss específic de líquidos. A popost deste tblho é pesentção de um sistem de simples constução sem gnde necessidde de ecusos finnceios, com exceção d blnç, e com bom desempenho. O sistem é opedo mnulmente e possui plicções flexíveis p medi tnto o volume de sólidos qunto mss específic de líquidos e copos sólidos. 2. ETODOOGIA Um poliedo de vido, pdão de volume, foi clibdo em volume pelo método de pesgem hidostátic utilizndo-se como efeênci mss específic d águ destild po osmose eves, gu 1 segundo nom ISO-3696 [9], consided neste tblho como águ pu. O poliedo de vido foi utilizdo como pdão p medição d mss específic de um most de águ filtd (elemento filtnte com mesh de 1µm e deionizd (colun de deionizção po toc iônic, gu 3, consided neste tblho como águ deionizd, e de um most de óleo minel, usndo o mesmo sistem de pesgem hidostátic. O sistem de pesgem hidostátic é composto po: -Senso de tempetu, esolução de 0,001ºC. -Blnç com cpcidde de 610g e esolução de 0,1mg. -Estção meteoológic com senso de tempetu (esolução de 0,1 ºC, senso de unidde (esolução 1% e senso de pessão tmosféic (esolução 1h. -Estutu de conceto. -Bnho temostático. -oliedo de vido com mss el de 487,9877 g. - Co pntogáfico como bse p o bnho temostático. - Cub com o líquido de medição ou efeênci. - Dispositivos p pesgem e mnipulção (fio, supote, contpeso e hstes p mnipulção ocedimento p medição do volume e d mss específic do poliedo O pocedimento de medição do volume foi o seguinte: os dispositivos de pesgem são imesos no líquido (o contpeso deve te mesm mss e volume do supote do poliedo; b o poliedo peso o supote é imeso no líquido p estbilizção d tempetu; c blnç é td com o dispositivo de pesgem imeso no líquido (figu 1; d emove-se o contpeso do fio e pendu-se o poliedo no fio pelo supote (figu 2; e egist-se mss pente ( 2 (vlo indicdo n blnç f emove-se o poliedo e pendu-se o contpeso e egist-se qulque mudnç no vlo de t.

2 Blnç Contpeso Senso de tempetu δ w é 0,00001 g/cm 3, é o eo devido à impuezs (este temo não fz pte d equção oiginl odelo mtemático p cálculo do volume do poliedo de vido e mss específic oliedo de vido Bnho temostático O volume do poliedo pode se detemindo usndo-se mss específic d águ pu como efeênci tvés d equção (2 [7]. V 1 2 = ( T 1 A 1 ( b ( + α ( TR T + δvw + δvs + δv oliedo de vido Contpeso Fig. 1. Esquem de pesgem no momento d t Fig. 2. Esquem de pesgem no momento d pesgem do poliedo 2.2. Deteminção d mss específic d águ pu A equção de Tnk [2] ecomendd pelo BI/CI foi utilizd p clcul mss específic d águ pu, utilizd p clib o poliedo. Equção de Tnk: 2 ( T + 1 ( T + 2 ( T + Blnç Senso de tempetu ( T = δw 3 4 Bnho temostático (1 é mss específic d águ pu n tempetu T ; T é tempetu d águ [ºC]; 1 is -3, ºC; 2 is 301,797 ºC; 3 is ,9 ºC; 4 is 69,34881 ºC; 5 is 999, kg. m -3 ; (2 V é o volume do poliedo medido n tempetu de efeênci "T " [cm 3 ] 1 é mss pente do poliedo medido no [g] 2 é mss pente do poliedo imeso no líquido [g] (T é mss específic do líquido dunte s medições de n tempetu T [g cm -3 ] Α mss específic do no momento d pesgem do poliedo no [g cm -3 ] mss específic do no momento d clibção d blnç [g cm -3 ] b é mss específic dos pesos pdão usdos n clibção d blnç [g cm -3 ] α é o coeficiente volumético de expnsão témic do poliedo [ o C -1 ] T é tempetu do líquido dunte medição do poliedo [ o C] T R é tempetu de efeênci do poliedo [ o C] δv é o eo devido à epetitividde/epodutibilidde [cm 3 ] δv S é o eo devido à difeenç de volume ente o supote do poliedo e o contpeso [cm 3 ] δv w é o eo devido à vição d foç plicd no fio cusd pel tensão supeficil e empuxo do líquido no fio [cm 3 ] Obsevção 1: ss pente = mss indicd pel blnç + coeção d indicção d blnç (obtid no cetificdo de clibção. Obsevção 2: Este modelo conside despezível vição de volume do poliedo devido à difeenç de tempetu no momento d pesgem no e imeso. A mss específic do poliedo n tempetu de efeênci é clculd com seguinte equção bsed n OI [1]: 1 ( ( 2 + δ T = 1 ( 2 + δ ( T = ( T + β ( T T t + δ (3

3 é mss específic do poliedo [g cm -3 ] 1 é mss pente do poliedo no [g] 2 é mss pente do poliedo imeso no líquido [g] mss específic do líquido [g cm -3 ] mss específic do [g cm -3 ] δ eo devido à vição letói [g cm -3 ] δ eo n indicção d blnç devido à vição ds msss pentes do supote e contpeso no líquido e à vição d foç no fio [g cm -3 ] β tx de vição de mss específic do poliedo devido à tempetu [g cm -3 ] 2.4. odelo mtemático p cálculo d mss específic do líquido Com o volume do poliedo detemindo, mss específic de líquidos pode se medid e clculd com equção ( b ( T = + β + V (4 é mss específic do líquido n tempetu T [g cm -3 ] Μ mss el do poliedo [g] [1] 2 é mss pente do poliedo imeso no líquido [g] é mss específic do dunte clibção d blnç [g cm -3 ] b é mss específic dos pesos pdão usdos n clibção d blnç [g cm -3 ] V volume do poliedo n tempetu de efeênci T [cm 3 ] α p coeficiente volumético de expnsão témic do poliedo [ºC -1 ] Τ tempetu medid no líquido [ºC] Τ tempetu de efeênci do poliedo [ºC] β tx de vição de mss específic do líquido devido à tempetu [g cm -3 ] δ é o eo devido à epetitividde e epodutibilidde n medição d mss específic do líquido [g cm -3 ] δ S é o eo devido à difeenç no volume ente o supote e o contpeso [g cm -3 ] δ w é o eo devido à vição d foç plicd no fio cusd pel tensão supeficil e empuxo do líquido no fio [cm 3 ] 3. RESUTADOS ( 1 + α ( T T ( T T + δ + δ S δw N deteminção d mss específic do poliedo de vido fom obtidos os seguintes esultdos (tbel 1: Tbel 1: Resultdo d medição d mss específic do poliedo. ss específic Incetez Fto de Incet. exp. medid (20ºC expndid bng. k eltiv As pincipis fontes de incetez fom: 28,0% (δ w eo devido impuez d águ; 12,2% ( T eo devido à oscilção e o gdiente de tempetu n águ; 5,8% (T tempetu d águ. N medição do volume do poliedo fom obtidos os seguintes esultdos (tbel 2: Tbel 2: Resultdo d medição do volume do poliedo de vido As pincipis fontes de incetez fom: 24,8% (δ w eo devido impuez d águ; 11,8% ( T eo devido à oscilção e o gdiente de tempetu n águ, 14,6% (δv eo devido epetitividde e epodutibilidde; 5,2% (T tempetu d águ medid com temômeto. 3.2 Deteminção d mss específic de líquidos Fom feits medições d mss específic d águ deionizd n tempetu de 20ºC com o sistem de pesgem hidostátic (figus 3 e 4. mss espec. (g/m 2, , ,0000 0,0013% Volume Incetez Fto de Incet. exp. clculdo expndid bng. k eltiv cm 3 cm 3 % 194,2302 0,0029 2,000 0,0015% Águ deionizd - ss especific tempetu T 0, , , , , ,99817 y = -2,1236E-04x + 1,0025E+00 19,94 19,96 19, ,02 20,04 20,06 20,08 20,1 20,12 T (ºC Figu 3: Gáfico d medição d mss específic d águ deionizd em difeentes tempetus po pesgem hidostátic. 3.1 Deteminção d mss específic e do volume do poliedo de vido

4 (g/m 0, , , , , ,99817 Figu 4: Gáfico d medição d mss específic d águ deionizd coigid p 20ºC po pesgem hidostátic. A mss específic d águ foi coigid p 20ºC utilizndo-se tx de vição témic d mss específic d águ (0,0002g cm -3 ºC -1. Obteve-se vlo 0, g/cm 3 ± 0,000019g/cm 3. A mss específic à mesm tempetu segundo equção de Tnk [2] é 0, g/cm 3. A difeenç ente os dois vloes (0, g/cm 3 é cinco vezes meno que incetez expndid. otnto, incetez devido impuez d águ (0,00001g/ cm 3 cobe tnquilmente difeenç. Tbel 3: Resultdo d medição d mss específic d águ deionizd po pesgem hidostátic. Fom feits seis medições d mss específic d águ pu e d águ deionizd com densímeto digitl (esolução 0,00001g/cm 3, ns tempetus de 18,00ºC, 20,00 ºC e 22,00ºC, confome tbel segui: Tbel 4: Resultdo d medição d mss específic d águ pu e d águ deionizd com densímeto digitl ss específic (g/cm 3 édi (águ pu Desvio pdão (águ pu édi (águ deionizd Desvio pdão (águ deionizd Águ deionizd - mss específic coigid p 20ºC y = -3,028E-06x + 9,983E-01 19,94 19,96 19, ,02 20,04 20,06 20,08 20,1 20,12 Tempetu medid (ºC ss específic Incetez Fto de Incet. exp. medid (20ºC expndid bng. k eltiv 0, , ,000 0,0019% Tempetu 18ºC 20ºC 22ºC 0, , , , , , , , , , , , Os esultdos d tbel cim são pesentdos com seis dígitos significtivos, um dígito mis do que esolução do densímeto digitl p nlis s difeençs. Obtivem-se esultdos equivlentes de mss específic p águ pu e águ deionizd. ois os desvios pdões ds seis medições e s difeençs ente s médis ns tês tempetus fom menoes que esolução do densímeto. O esultdo d medição d mss específic de um óleo minel 20ºC é pesentdo bixo (figu 5: Figu 5: Gáfico d medição d mss específic d most de óleo minel em difeentes tempetus po pesgem hidostátic..o sistem de pesgem hidostático mostou-se sensível vição de 0,02ºC n tempetu d most. A mss específic foi coigid p 20,07ºC obtendo-se o gáfico d figu 6, onde dispesão é meno do que do gáfico d figu 5. (g/m mss espec. (g/m 0, , , , , , , Óleo inel - ss específic tempetu T 0, , , , , , , y = -3,3785E-04x + 8,5920E-01 20,065 20,07 20,075 20,08 20,085 Tempetu (ºC Óleo inel - ss especific coigid p 20,07ºC y = -3,736E-06x + 8,525E-01 20,065 20,07 20,075 20,08 20,085 Temptu medid (ºC Figu 6: Gáfico d medição d mss específic d most de óleo minel coigid p 20,07ºC, po pesgem hidostátic. Tbel 5: Resultdo d medição d mss específic de most de óleo minel, po pesgem hidostátic. ss específic Incetez Fto de Incet. exp. medid (20,07ºC expndid bng. k eltiv 0, , ,000 0,0021% As pincipis fontes de incetez fom: 31,9% (V volume do poliedo; 18,1% ( mss el do poliedo, 17,1 ( T tempetu do líquido. Não fom feits medições d mss específic do óleo minel com densímeto digitl p comp com o sistem de pesgem hidostátic, poque viscosidde do óleo minel e cim d fix de medição ecomendd pelo fbicnte.

5 4. CONCUSÕES O sistem de pesgem hidostátic de montgem simples é epetitivo e epodutivo p medições de volume de sólidos e mss específic de sólidos e líquidos. A incetez de medição foi d odem de 0,015% p deteminção do volume do poliedo e 0,0015% p medição d mss específic d most de óleo minel. A águ deionizd pode se utilizd como mteil de efeênci de mss específic considendo-se incetez de 0,00001g/cm 3, comptível com tbel B.4 do ISO 4787 [10], que pesent mss específic d águ, com gu de puez 3, com cinco dígitos significtivos. otnto, pode se utilizd p clibções de medids mteilizds de volume medindo-se pens tempetu p detemin su mss específic. Os esultdos ds medições de mss específic de líquidos fom melhoes do que nomlmente consegue-se com picnômetos. Como incetez d mss específic de águ é mio fonte de incetez n clibção do volume do poliedo, sei necessáio clib com outo método, po exemplo: compção do volume com outo pdão de volume, com incetez n odem de 10-6 g/cm 3, p diminui incetez. Futuos tblhos seão s elizções de compções com outos métodos e de compções intelbotoiis p medi volume de sólidos e mss específic de difeentes líquidos. [6] A. icd, R. S. Dvis,. Gläse, K. Fujii, Revised fomul fo the density of moist i (CI etologi 45(2008, p [7]Fis, E.C.C., Aibe, V.Y., Aujo, S.B., edgogicl expeience with hydosttic weighing system, 18º Imeko Wold Congess [8] uis O. Bece, uz.. Centeno, Density Detemintion of the Wte oduced t CENA by use of Solid Density Stndds, 18º Imeko Wold Congess [9] ISO Wte fo nlyticl lbotoy use -- Specifiction nd test methods [10] ISO 4787:2010(E botoy glsswe Volumetic instuments ethods fo testing of cpcity nd to use. AGRADECIENTOS Agdecimento à etobs que finnciou o pojeto p mont infestutu lbotoil do botóio de íquidos d Dinm, à CNq e Fpej que possibilitm conttção de bolsists p pojetos d Dinm; à equipe d Divisão de Instumentos de edição no Âmbito d físico-químico d Dietoi de etologi egl pelo fonecimento de águ puificd, à equipe do botóio de sss d Divisão de etologi ecânic d Dietoi de etologi Científic e Industil pel toc de idéis e expeiêncis, e à equipe d Dinm po su coopeção n montgem d inf-estutu do lbotóio e do sistem. REFERÊNCIAS [1] OI R Edition 2004 (E, Weights of clsses E1, E2, F1, F2, 1, 1-2, 2, 2-3 nd 3 t 1: etologicl nd technicl equiements. [2]. Tnk, G. Gid, R. Dvis, A. euto nd N. Bignell, etologi, 2001, 38, [3] ISO GU, 1995, 3ª Edição Bsilei: Gui p Expessão d Incetez de edição. [4] EA-4/02, 1ª Edição Bsilei: Expessão d Incetez de edição n Clibção.