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Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium
Engenharia Mecatrônica
Instrumentos de Medição de Densidade
Professor: Odilon Caldeira Filho
Disciplina: Instrumentação
Alunos: Thiago Gonçalves dos Santos RA:190620
João Paulo Braz R.A.: 190658
Ailton Junior Sousa de Jesus R.A.: 190649
Araçatuba (SP)
2010
Sumário
1. O que são instrumentos de medição de densidade (densímetro)...........................................5
2. Como Funciona o densímetro...............................................................................................5
3. Principais tipos de densímetros............................................................................................6
4. Medidas de densidade..........................................................................................................7
5. Medidor de densidade específica pelo método flutuação......................................................8
6. Medidor de densidade específica pelo método de pressão....................................................9
7. Medidor de gravidade específica pelo método de radiação................................................10
8. Medidor do grau de densidade pelo método de comparação da cor....................................10
9. Aplicação dos medidores de densidade..............................................................................11
10. Conclusão.......................................................................................................................14
11. Agradecimentos..............................................................................................................15
12. Referências bibliográficas..............................................................................................16
Lista de ilustrações
Figura 1. Picnômetro........................................................................................6
Figura 2. Densímetro digital.............................................................................6
Figura 3. Densímetro de imersão.....................................................................7
Figura 4. Medidor de densidade específica pelo método de pressão.............9
Figura 5. Bomba de combustível....................................................................13
Figura 6. Densímetro de bomba de combustível...........................................13
Lista de Tabelas
Tabela 1. Métodos para efetuar medidas................................................................8
Tabela 2. Relação entre cor e comprimento de onda..........................................11
1. O que são instrumentos de medição de densidade
(densímetro)
O densímetro é um aparelho que funciona baseado no princípio do empuxo, ou seja, na
força que atua em um objeto quando mergulhado em algum líquido no sentido contrário ao da
gravidade, forçando a subida deste objeto.
O densímetro é geralmente fabricado em vidro, tem uma parte mais alargada em baixo e
uma vareta fina em cima, onde existe um marcador de escala. A leitura de escala se dá no local
onde o densímetro estiver imergindo do líquido, ou seja, no ponto onde estiver em contato com
o líquido e o ar.
Perceba que quanto mais denso for o líquido, tanto menos submerso estará o aparato.
2. Como Funciona o densímetro
O instrumento mede a densidade dos líquidos, ou seja, a massa dividida pelo
volume. O instrumento mede a densidade dos líquidos, ou seja, a massa dividida pelo
volume. Trata-se de um tubo de vidro com uma certa quantidade de chumbo na base,
responsável pelo seu corpo. Na parte de cima do tubo há uma escala desenhada. De
acordo com o químico Paulo Sumodjo, da Universidade de São Paulo, "existem, na
verdade, jogos de densímetros diferentes. Casa um é usado para medir determinada
faixa de densidade de líquidos. Ao mergulhar o densímetro no líquido, ele afunda até
deslocar um volume de fluido cujo peso se iguale ao dele. A superfície do líquido indica
determinado ponta na escala, isto é, sua densidade". Esses instrumentos são muito
usados em postos de gasolina para verificar por meio da densidade o grau de pureza do
álcool usado como combustível.
3. Principais tipos de densímetros
3.1. Picnômetro
Frasco de vidro volumétrico feito de vidro de borossilicato com capacidades variadas,
geralmente de 10á 100 ml, provido de um termômetro.
Figura 1. Picnômetro
3.2. Densímetro digital
Equipamento que nos fornece a leitura da densidade de uma substância, através de um
processo eletrônico.Por exemplo, podemos citar um aparelho que realiza a medição da
densidade absoluta ou relativa de uma substância, através do uso um oscilador , tubo oco o qual
é eletronicamente excitado por um movimento harmônico , onde ocorrem a troca de freqüência
natural de um tubo oco (a referência) e um tubo cheio com uma substância (líquidos ou gases).
Figura 2. Densímetro digital
3.3. Densímetro de imersão
É um tubo de vidro, com uma haste graduada, selecionado de acordo com a faixa de
densidade do líquido a medir.
Figura 3. Densímetro de imersão
4. Medidas de densidade
Densidade é definido como massa por unidade de volume, densidade relativa é a
razão entre a massa de um certo volume e a massa do mesmo volume de água a 4 oC.
Na Tabela 1 verificam-se alguns dos métodos usados para efetuar estas medidas.
Tabela 1. Métodos para efetuar medidas
Princípio Método CaracterísticasPeso Balance de forças Indireto, Medidas contínuasFlutuação Célula de carga
Hidrômetro
Tubo de força e Torque
Indireto, Medidas contínuas
Indireto, simples
Indireto, Altas temperaturasPressão Pressão diferencial
Bubbler
Indireto, Líquidos corrosivos
Indireto, Ambientes abertosRessonância Tubo vibrante Indireto, GasesRadiação Gama Indireto, Materiais sólidos
5. Medidor de densidade específica pelo método flutuação
Quando fabrica-se a solução líquida de um elemento o seu volume será, em geral,
menor que a soma dos dois. A porcentagem dessa variação altera conforme a sua concentração e
é difícil calcular o grau de concentração a partir da mistura dos dois. É muito freqüente medir
o grau de concentração do álcool de uma bebida ou do ácido sulfúrico diluído num
acumulador a partir da densidade específica. Com respeito a solução líquida comum
(ácido sulfúrico, acido hidroclorico, acido nítrico, hidróxido de sódio, sal, sacarose,
álcool, etc) tem-se uma relação entre a concentração e a densidade específica, podendo
ser lida em tabelas, e no caso de solução líquida de ácido sulfúrico, há a balança
flutuante com graduação direta do grau de concentração, de modo que sua medição
pode ser feita de maneira direta e fácil. Nas indústrias utiliza-se o medidor de densidade
específica pelo método de pressão, pela radiação ou pelo efeito Coriolis.
6. Medidor de densidade específica pelo método de pressão
É um medidor que utiliza o princípio do medidor da superfície do líquido pelo
método borbulhador (Figura abaixo), isto é, mantêmse a superfície da solução, a ser
medida a um determinado nível e faz com que um certo volume de ar seja aí colocado e
depois mede-se a pressão posterior exercida sobre o cano que esta mergulhado na
solução e de cuja extremidade sai um certo volume da bolha de ar. Como a superfície da
solução é determinada, a pressão está em relação proporcional com o peso líquido, isto
é, com a densidade do líquido, e conhecendo-se essa pressão, conhece-se também a
densidade específica. Este método é utilizado para medir a densidade especifica do
ácido contido num recipiente com solução ácida para decapagem de metais que está em
estado de excesso e depois que o líquido esteja sendo distribuído continuamente.
Figura 4. Medidor de densidade específica pelo método de pressão
7. Medidor de gravidade específica pelo método de radiação
A radiação possui a característica de se transmitir através de um material, e neste
processo, a sua intensidade (energia) é absorvida. O grau de absorção difere conforme o
material, e ainda conforme a espessura deste material. Se a espessura do material for
constante, a concentração do material, ou mesmo de um líquido, será praticamente
proporcional a densidade específica. Transmitindo-se através de um material usado uma
radiação de uma determinada energia, mede-se a sua intensidade após a radiação e tem-
se uma relação específica entre a densidade específica e o grau de diminuição dessa
intensidade, através da qual pode-se medir a densidade específica. Pode-se utilizar
radiações visíveis (Luz, infravermelho, raios gama...).
8. Medidor do grau de densidade pelo método de comparação
da cor
Princípio pelo método de comparação de cor
Transmite-se raios visíveis a uma solução e depois calcula-se o grau de
densidade a partir da quantidade de luz absorvida por essa solução. Na tabela abaixo
representa-se a relação entre a cor e o comprimento de onda da luz.
Tabela 2. Relação entre cor e comprimento de onda
9. Aplicação dos medidores de densidade
Um exemplo relevante da medição de densidade é que, através dela, torna-se
possível a medição de graus Brix de soluções açucaradas. No caso de usinas de açúcar e
álcool, o grau Brix é um parâmetro determinante do estado do produto final, de um
subproduto ou mesmo do estado de um produto intermediário que, mais tarde, será
utilizado no processo final. Esse deve possuir suas características físicas pré-
determinadas de acordo com a receita do processo para chegar à etapa final com um
valor de graus Brix pré-ajustado pelo set-point do processo, isso garantirá a preservação
das características do produto por meio da medição e controle do grau Brix
ou da densidade.
Com o desenvolvimento de novas práticas de medição de densidade, tornou-se
possível o incremento da medição e controle de inúmeros parâmetros relacionados à
mesma em N processos, como os referidos nos seguintes segmentos:
Usinas de Açúcar e Álcool: brix do caldo misto, brix do mosto, brix do xarope,
brix do mel, brix do magma, brix da calda dissolvida, baumé do leite de cal, nível de
interface do ciclo hexano, densidade do lodo decantador, grau INPM do álcool
hidratado, grau INPM do álcool anidro, Gay Lussac em soluções, etc.
Indústria de Laticínios: lactose do leite e derivados, brix do leite condensado,
brix, concentração e porcentagem de sólidos em suspensão do iogurte, porcentagem de
sal no requeijão, etc.
Indústria Alimentícia: densidade, gravidade específica e baumé leve de óleos
vegetais, brix de xarope de frutas, concentração de amido, concentração de glucose em
doces diversos, brix da glucose, brix da gelatina, geléia e mel, brix, concentração e
porcentagem de sólidos em suspensão da polpa de tomate, brix de suco de frutas, baumé
denso, porcentagem de sal e concentração da mostarda e catchup, etc.
Postos de Combustíveis: O densímetro é utilizado em postos de combustíveis por ser
uma ferramenta de análise rápida e confiável, indicativa de que houve adulteração quando
houver discrepância em sua leitura.
O etanol hidratado tem cerca de 5% de água, e desta forma, a 25°C, a densidade
aceitável para este produto deverá variar de 0,79 a 0,82 g/cm³.
O etanol é facilmente miscível em água, e desta forma, seria fácil adulterá-lo, pois seu
aspecto geral aparentemente não sofre transformações. No entanto, quando o etanol apresentar
um teor de água um pouco maior, sua densidade aumenta, e com isso, podemos verificar que o
densímetro aponta para um valor maior do que o padronizado.
Com a gasolina ocorre o contrário, sua densidade é de cerca de 0,75 g/cm³, e os
solventes baratos utilizados para adulterá-la possuem densidade menor, e desta forma, a
gasolina impura apresenta uma densidade menor do que a estipulada para uma gasolina pura,
fazendo com que o densímetro fique mais imerso do que em uma gasolina em situação regular.
Figura 5. Bomba de combustível
Figura 6. Densímetro de bomba de combustível
10. Conclusão
Com a realização deste trabalho concluímos que apesar do pensamento de que
densímetros são fáceis de se encontrar, são equipamentos muito simples, em alguns casos como
os de flutuação, que podem até ser fabricados em casa, as informações sobre estes aparelhos
ainda são escassas.
11. Agradecimentos
Agradecemos ao Auto Posto Caneco de Ouro por ter nos autorizado a tirar fotos de seu
equipamento.
12. Referências bibliográficas
<http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/instrumentabasic.pdf> Acesso em: 21 fev. 2011.
<http://www.lsi.usp.br/~gongora/Cursos/Apostila.pdf> Acesso em: 21 fev. 2011.
<http://super.abril.com.br/superarquivo/1991/conteudo_112766.shtml> Acesso em: 21 fev. 2011.
<http://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070325162838AAoji2c> Acesso em: 21 fev. 2011.
<http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/439> Acesso em: 21 fev. 2011.
<http://www.brquimica.com.br/densi/news_densi.php?id=220041765> Acesso em: 21 fev. 2011.