Andreia Furtado. Laboratório de Propriedades de Líquidos Unidade de Metrologia Científica e Aplicada Laboratório Nacional de Metrologia IPQ

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1 Andreia Furtado Laboratório de Propriedades de Líquidos Unidade de Metrologia Científica e Aplicada Laboratório Nacional de Metrologia IPQ

2 II Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012 Sumário I. Laboratório de Propriedades dos Líquidos II. III. IV. Revisão de Conceitos Medição da Massa Volúmica de Fluídos Densimetria de Tubo Vibrante V. Metodologia de calibração VI. VII. Materiais de Referência Análise do Caso VIII. Resultados IX. Conclusões 2

3 I. Laboratório de Propriedades dos Líquidos I. DOMÍNIO DA TENSÃO SUPERFICIAL II. DOMÍNIO DA VISCOSIDADE Método do anel de DuNoüy III. DOMÍNIO DA MASSA VOLÚMICA Viscosímetros Ubbelohde Hidrometria Método Absoluto Densimetria de Tubo Vibrante Sistema de calibração de hidrómetros Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica Método absoluto Densímetro de tubo vibrante

4 II. Revendo Conceitos Mensuranda* - grandeza que se pretende medir Propriedade dum fenómeno dum corpo ou duma substância, que pode ser expressa quantitativamente sob a forma dum número e duma referência As séries ISO e IEC Quantities and units fornecem os símbolos e as definições das grandezas *in 1 a Edição luso-brasileira em português do VIM (JCGM 200:2012) Grandezas de Base Grandezas Derivadas Independentes do ponto de vista dimensional Derivam das grandezas de base através da sua multiplicação ou divisão Unidades do SI in BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES - Le Système International d Unités 7ª ed. BIPM, ISBN

5 II. Revendo alguns Conceitos massa volúmica ou densidade mássica m V Grandeza derivada das grandezas de base massa e comprimento Unidade do SI - kg/m 3 Submúltiplos decimais do SI - g/cm 3 e g/dm 3 Unidades não-si em uso com o SI - g/ml e g/l propriedade da matéria correspondente à massa (m) contida por unidade de volume (V) incorrectamente denominada densidade devido a traduções directas do termo inglês density densidade ou massa volúmica relativa d 0 razão entre a massa volúmica de uma matéria ( ) e a massa volúmica de uma matéria de referência ( 0 - geralmente água a 4 ºC) muitas vezes denonimada erradamente densidade relativa Grandeza adimensional Unidade do SI - sem dimensão ou de dimensão unitária Definições de acordo com a norma ISO :2006(E) - Quantities and units Part 4:Mechanics 5

6 II. Revendo mais alguns Conceitos Calibração* - operação que estabelece: relação entre os valores e as incertezas de medição fornecidos por padrões e as indicações correspondentes com as incertezas associadas utiliza esta informação para estabelecer uma relação visando a obtenção dum resultado de medição a partir duma indicação Erro de medição* Exatidão (de medição)* concordância entre o valor medido e o valor verdadeiro duma mensuranda diferença entre o valor medido duma grandeza e um valor de referência Critérios de Aceitação Fidelidade / Precisão (de medição)* concordância entre indicações ou valores medidos obtidos por medições repetidas Incerteza de Medição* parâmetro não negativo que caracteriza a dispersão dos valores de uma mensuranda Rastreabilidade Metrológica* resultado de medição relacionado a uma referência através duma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações, cada uma contribuindo para a incerteza de medição 6 *in 1 a Edição luso-brasileira em português do VIM (JCGM 200:2012)

7 III. Medição da Massa Volúmica de Fluidos Essencial no controlo de vários processos Indústria alimentar Indústria farmacêutica Indústria petrolífera IM de de fluídos Picnómetros Hidrómetros Indústria química e nuclear Saúde Análises Clinicas Densímetros de tubo vibrante Medição da densidade urinária (1,003 a 1,030) URODENSÍMETRO dispositivo flutuador Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 7

8 IV. Densimetria de Tubo Vibrante Príncipio de Medição Lei da Oscilação Harmónica 1. tubo em U com amostra 2. força electromagnética 3. medição do período da vibração 4. determinação de função do período de oscilação e do decaimento Período de oscilação V m 2 C - massa volúmica da amostra V - volume da célula (cte) m - massa da célula C - constante do oscilador Viscosidade da amostra decaimento da oscilação move os nós da oscilação ( aparente do V da célula) Correcção do decaimento várias frequências dois modos Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 8

9 V. Metodologia de Calibração Calibração por Método Comparativo ISO : Oscillation-type density meters - Part 1: Laboratory instruments Indicação (t) e t Padrões de controlo diário Ar Fórmula CIPM 2007 (Picard et al., 2008) Água Tipo I Fórmula Tanaka, PTB, VSL e H&D Fitzgerald Material de Referência (soluções padrão) Densímetro padrão Calibração Resultado da medição t - Lab. de Temperatura IPQ CKT100, Anton Paar Gerador da mensuranda (t) e t Análise comparativa Densímetro a calibrar Indicação e t Erro de medição Incerteza de medição Critérios de Aceitação 9

10 VI. Materiais de Referência Material de Referência (MR)* Material homogéneo e estável em relação a propriedade específica Preparado para se adequar a uma utilização pretendida numa medição + documentação emitida por entidade reconhecida Valor da propriedade especificada Incertezas Rastreabilidades associadas Material de Referência Certificado (MRC)* *in 1 a Edição luso-brasileira em português do VIM (JCGM 200:2012) Inúmeros MR/MRC produzidos: pelos vários Laboratórios Nacionais de Metrologia e por Laboratórios Acreditados Escolha do MR/MRC apropriado para a calibração: U adequada/pretendida Similaridade de propriedades e composição ISO guide 34:2009, General requirements for the competence of reference material producers 10

11 A. Calibração de DTV da Fresenius Medical Care VII. Análise do Caso Soluções padrão de açúcares (glucose e sacarose) Similares às usadas no Controlo Metrológico de Refractómetros (OIML R124:1997) Estabilidade e homogeneidade comprovadas Possibilidade de elaboração dos MR no intervalo de massa volúmica pretendido pelo cliente Reconhecimento do uso dos densímetros para medição de soluções aquosas Reunião de Trabalho FMC LPL/IPQ (2011) Relato de taxas de não aprovação dos resultados obtidos na calibrações elevadas pela FMC Erro + U > CA LPL/IPQ controlo apertado das variações reportadas LPL/IPQ sugere averiguar liquido medido, as suas características e determinação de parâmetros utilizados para correção Início de fase de testes Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 11

12 B. Identificação da matriz alvo de medição VII. Análise do Caso 78 % 13 % ISO , Oscillation type density meters Laboratory instruments Medição da massa volúmica a 20 ºC Determinação do coeficiente de expansão térmico [10; 30] ºC Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 12

13 C. Caracterização da matriz alvo de medição VIII. Resultados componente ácida (20 ºC) (1159,520 ± 0,030) kg/m 3 (k=2,01) Coeficiente de expansão térmico do componente ácido no intervalo de t de [10; 30] ºC (kg/m 3 ) y = -4,820E-01x + 1,169E+03 R² = 9,998E t (ºC) Confirmação do coeficiente de expansão térmico da componente ácida usado pela FMC para correcção de valores de medidos à temperatura t para os 20 ºC Coeficiente de expansão térmico U (k =2,00) FMC -0,50 kg/(m 3.K -1 ) 0,10 kg/(m 3.K -1 ) LPL/IPQ -0,48 kg/(m 3.K -1 ) 0,06 kg/(m 3.K -1 ) Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 13

14 D. Teste dos densímetros com MR VIII. Resultados Material de referência Resultados da calibração (kg/m 3 ) Soluções aquosas de Sacarose (kg/m 3 ) X sacarore (cg/g) m (mpa.s) Erro U (k =2,00) ,5 3,892-0,4 0, ,0 5,885-0,6 0,2 Soluções aquosas de Cloreto de Sódio (kg/m 3 ) X NaCl (cg/g) m (mpa.s) Erro U (k =2,00) ,2 1,515-2,2 0, ,9 1,668-2,4 0,2 Componente ácida (kg/m 3 ) m (mpa.s) Erro U (k =2,00) ,5 0,2 Os resultados obtidos confirmaram a adequação dos MR de NaCl para a calibração dos DTV com este fim específico Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 14

15 IX. Conclusões Tornou-se imperativo o conhecimento das características dos líquidos alvos de medição dos densímetros a calibrar - Fluídos viscosos (> 2 mpa s - decaimento) - Soluções aquosas de sais (adsorção na célula de medição) - Misturas complexas (??) - Encontro Metrologia na Saúde 11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica 15

16 Obrigada pela vossa atenção Andreia Furtado Laboratório de Propriedades dos Líquidos Encontro Metrologia na Educação e Ensino 7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica 16