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.