REPARO E CALIBRAÇÃO DO BARÔMETRO DE MERCÚRIO

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1 REPARO E CALIBRAÇÃO DO BARÔMETRO DE MERCÚRIO André Padilha andrepadilha9@hotmail.com Deivid da Rosa Firmiano deividfguitar@gmail.com Emerson Telmo Schutz emersoon_surf@hotmail.com Gabriel de Oliveira Bugliani gabrielbugliani@gmail.com Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Avenida Mauro Ramos, n 950, Centro Florianópolis / SC CEP: Resumo: Este artigo tem como objetivo trazer a descrição do reparo e da calibração do barômetro. O barômetro de mercúrio é um instrumento utilizado na medição da pressão atmosférica, tendo como referência, a altura de uma coluna de mercúrio que se equilibra com a pressão exercida pelo ar externamente. Institutos meteorológicos utilizam esse aparelho no monitoramento do tempo, assim como o Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), que detêm de um instrumento em desuso e antigo, passível de ser reparado e integrado a outro já de uso em sua estação meteorológica. Palavras-Chave: Barômetro, calibração, mercúrio. Abstract:

2 1 Introdução O barômetro é um instrumento inventado por Torricelli em 1644 e tem como princípio de funcionamento medir a pressão da coluna de ar, desde o local da observação, até o topo da atmosfera, através de uma coluna de mercúrio contida em um tubo de vidro (IP PORTUGAL, 2010). Denomina-se pressão atmosférica o peso exercido por uma coluna de ar que se encontra acima do observador em um dado instante e local (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 111). 2 Fundamentação Teórica Todo corpo que se encontra sobre ou acima da superfície terrestre experimenta uma força correspondente ao peso do ar (DURÁN, 2003, p. 106). Na atmosfera, porém, a pressão não varia apenas na direção vertical. O movimento da atmosfera está intimamente relacionado com a distribuição da pressão atmosférica, muito embora existam outras forças que intervêm. Deve-se notar que a altura da coluna barométrica depende também da temperatura e da aceleração da gravidade do local. Para contornar isso, os barômetros de mercúrio têm sua escala padronizada com valores de temperatura a 0 C e de aceleração da gravidade de 9,806 m/s2, denominados de condições padrão para fins barométricos. Durante muito tempo a altura da coluna de mercúrio foi expressa adotando-se o milímetro de mercúrio (mmhg) como unidade. A unidade recomendada para intercâmbio internacional de dados seguido pela Organização Meteorológica Mundial (OMM) é o milibar (mb) (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 114). 2.1 Barômetro de mercúrio O barômetro de mercúrio é constituído de um tubo de vidro preenchido com mercúrio e invertido com sua extremidade aberta sobre uma bandeja (HALLIDAY et all., 2001, v.2, p. 52). A extremidade aberta do tubo está situada no interior de um recipiente denominado cuba ou cisterna (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 113). O espaço acima da coluna de mercúrio contém apenas vapor de mercúrio, cuja pressão é tão pequena a temperatura normais que pode ser desprezada (HALLIDAY et all., 2001, v.2, p. 52). Quando há vácuo na parte superior do tubo, o mercúrio ocupa grande parte do recipiente e a parte inferior da coluna de vidro. O tubo de vidro é protegido de um cilindro de metal acoplado à cuba, e dotado de um visor na extremidade superior na qual se vê a extremidade da coluna de mercúrio. Gravado no cilindro de metal, junto ao visor, há uma escala graduada em milibares ou milímetros. As frações na altura da coluna de mercúrio são obtidas mediante o auxílio de uma escala móvel, denominada nônio ou vernier, ajustada por uma cremalheira de modo à tangenciar o menisco formado pela coluna de mercúrio (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 114). Para uma dada pressão, a altura da coluna de mercúrio depende do valor da gravidade onde está localizado o barômetro e da massa específica do mercúrio que varia com a temperatura. A altura da coluna, em milímetros, é numericamente igual à pressão apenas se o barômetro estiver em um local onde a gravidade possui o seu valor padrão aceito de 9,80665 m/s2 e a temperatura do mercúrio for de 0 C. Como essas condições são raras, são feitas pequenas correções a pressão (HALLIDAY et all., 2001, v.2, p. 52). A leitura do barômetro é iniciada com a determinação da temperatura, indicada por um termômetro acoplado ao instrumento e em seguida, aciona-se o nônio tangenciando com o

3 menisco do mercúrio, então, efetua-se a leitura barométrica. O resultado obtido ao se aplicarem as correções é que constitui a pressão atmosférica real (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 116). 2.2 Barômetro de aneróide O barômetro de aneróide é baseado na deformação de paredes onduladas e flexíveis, constituindo uma caixa metálica flexível completamente fechada, dentro da qual é feito um vácuo parcial (GONÇALVES at all., 2010). Ao se deformarem devido à variação da pressão, a cápsula aneróide movimenta um sistema de alavanca que aciona uma haste, a qual desliza sobre uma escala graduada (VAREJÃO-SILVA, 2006). 2.3 O elemento mercúrio O mercúrio é considerado uma substância perigosa e capaz de produzir efeitos adversos ao organismo. O risco de contaminação está diretamente ligado ao tempo de exposição, com níveis estabelecidos pela Norma Regulamentadora (NR 15) do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE), cujo o limite de tolerância é de 0,04 miligramas de mercúrio por metro cúbico para 48h semanais (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2). A inalação e a penetração subcutânea são as principais vias de entrada de mercúrio metálico no organismo. A absorção pelo aparelho digestivo é praticamente desprezível, e o mercúrio é considerado relativamente não tóxico se ingerido (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.3). Os fatores tóxicos do mercúrio metálico são determinados pela intensidade e a duração da exposição, como também, as propriedades de solubilidade e volatilidade associada ao tamanho das partículas do elemento (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2). Sua solubilidade em água a 25 C é da ordem de 56 µg/l e embora seu ponto de ebulição seja de 356,72 C, sua volatilidade é alta devido a sua pressão de vapor de 0,3 Pa a 25 C, que pode produzir concentrações atmosféricas elevadas mesmo quando a contaminação parecer desprezível (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2). Elevações na temperatura provocam um aumento na pressão de vapor e uma maior volatização do mercúrio. Torna-se errôneo imaginar que o mercúrio vaporiza-se somente quando atinge seu ponto de ebulição. Nste caso, ocorre somente quando o valor de pressão de vapor se iguala ao valor da pressão atmosférica (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2). O que torna o mercúrio perigoso é o fato de ele ser tão dispersível quanto atraente, subdivide-se com facilidade devido à elevada tensão superficial, ficando disperso e de difícil recolhimento. (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2) 3 Metodologia Para melhor organização no reparo do barômetro de mercúrio, as tarefas foram executadas conforme a disponibilidade de recursos exigidos e ordem tradicional de construção do instrumento. 3.1 Produção do visor externo de vidro Um dos primeiros problemas a ser identificado na, até então, carcaça do barômetro foi a ausência de um visor, pois o instrumento possuía apenas um pequeno pedaço do que um dia foi um visor. Identificado o problema, o próximo passo foi providenciar um novo visor. Foi dado aí o início as buscas de empresas especializadas em produção de artefatos de vidro. Após pesquisas em listas telefônicas,

4 internet e outros, foi adquirido o endereço de uma empresa especializada em recipientes laboratoriais, que executaram a fabricação de um novo visor fornecendo-o com as mesmas características do original. 3.2 Limpeza da coluna interna de vidro Com a orientação do Departamento de Química do IFSC, adquiriu-se uma amostra de ácido nítrico (HNO3) e elaborada uma solução constituída de 40% de ácido e 60% de água para limpeza específica de resíduos de mercúrio acumulados no interior da coluna. A solução apresentou-se de extrema acidez, com um fator PH próximo de um, por isso a manipulação manteve-se cautelosa. A amostra foi inserida no tubo e mantida em repouso em uma capela do laboratório durante 24 horas. Em seguida, tirou-se todo conteúdo de ácido e adiciona-se uma pequena quantidade de álcool etílico com objetivo de reagir melhor ao resíduo restante de mercúrio, na tentativa de uma última limpeza. Após retirado o álcool, uma pequena quantidade restante no tubo logo se evaporou. 3.3 Preenchimento da coluna com mercúrio O mercúrio foi adquirido em uma empresa odontológica. Além das amostras adquiridas, o Laboratório de Instrumentos Meteorológicos (LIM) dispunha de uma pequena sobra de mercúrio retirada do instrumento antigo, na qual serviu de complemento para a coluna de vidro. FIGURA 1 Mercúrio dental A coluna de vidro se manteve apoiada e levemente inclinada com intuito de não favorecer uma queda brusca do mercúrio enquanto despejado. Para inserção do mercúrio foi passada uma pequena mangueira de borracha sobre a extremidade da coluna afim de aproximá-la do estrangulamento do tubo. FIGURA 2 Mangueira inserida na coluna O mercúrio era colhido com uma seringa e injetado dentro da coluna. Após o preenchimento completo, a coluna foi invertida e acoplada à cuba que também foi preenchida com mercúrio. FIGURA 3 Cuba sendo preenchida Com a cuba preenchida e fechada, o barômetro estava montado e pôde ser então colocado na posição vertical. O mercúrio logo ficou comprimido na parte inferior formando uma região de pressão extremamente baixa na parte superior da coluna de vidro, responsável pela atuação da pressão atmosférica nessa região considerada com vácuo e de formação do menisco. 3.4 Calibração Tendo em vista a calibração do barômetro de mercúrio, o instrumento ficou disposto junto a outro barômetro de mercúrio de uso na estação meteorológica convencional do IFSC e também a um barógrafo. A altura do mercúrio em ambas as colunas de vidro foi comparada e obtinha uma pequena diferença, contornada por um ligeiro

5 acréscimo de mercúrio na base da cuba utilizando uma seringa. O nível de mercúrio logo se encontrou de acordo e proporcional aos valores do barógrafo e do barômetro de mercúrio utilizados como referência. 4 CONCLUSÃO O visor externo foi adicionado com facilidade e adaptado perfeitamente ao instrumento. A escala metálica não foi reparada pois, após uma breve consulta ao Departamento de Metal Mecânica do IFSC, constatou-se que a peça já se encontrava em uma fase de envelhecimento onde o reparo excluiria uma camada do metal e a graduação da escala seria perdida. A coluna obteve uma limpeza considerável, sobretudo uma pequena região onde o acúmulo de mercúrio ocorreu após reagir com a solução ácida. O preenchimento da coluna de vidro com mercúrio se mostrou uma fase ainda mais cautelosa assim como o preenchimento da cuba e toda montagem final do barômetro. Por fim, a calibração trouxe um parâmetro de como se encontrava a coluna após o preenchimento e com uma breve aferição, o instrumento pôde ser então acoplado à estação meteorológica. 5 REFERÊNCIAS BEZERRA, Ilca Lopes; CARREIRA, Wanderley. Manuseio de mercúrio: Implicações na saúde, segurança e na responsabilidade social dos laboratórios de metrologia. Encontro para qualidade de laboratórios, São Paulo, Disponível em < xtos_profissionais/metais %20pesados/mercurio/manuseiodemercurio.p df>. Acesso em 25/09/2010. DENTAL PARANÁ LTDA. Disponível em: < Acesso em: 15/10/2010. DURÁN, José Enrique Rodas. Biofísica: Fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice Hall, GONÇALVES, Ana Paula; MARTINS, Mariane; VITORINO, Wagner; WILL, André. Índice de correção instrumental do barômetro. Florianópolis, Artigo.Projeto Integrador Curso Técnico de Meteorologia, Instituto Federal de Santa Catarina. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica, Volume 2. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2001 INSTITUTO DE METEOROLOGIA, IP PORTUGAL. Disponível em: < Acesso em 20/08/2010. VAREJÃO-SILVA, Mário Adelmo. Meteorologia & climatologia. Recife: Versão Digital II, 2006.