Andreia Furtado

Laboratório de Propriedades de Líquidos

Unidade de Metrologia Científica e Aplicada

Laboratório Nacional de Metrologia

IPQ

Sumário

I. Laboratório de Propriedades dos Líquidos

II. Revisão de Conceitos

III. Medição da Massa Volúmica de Fluídos

IV. Densimetria de Tubo Vibrante

V. Metodologia de calibração

VI. Materiais de Referência

VII. Análise do Caso

VIII. Resultados

IX. Conclusões

11 de Dezembro de 2012

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II Encontro Metrologia na Saúde

I. DOMÍNIO DA TENSÃO SUPERFICIAL

II. DOMÍNIO DA VISCOSIDADE

III. DOMÍNIO DA MASSA VOLÚMICA

→ Hidrometria

→ Método Absoluto

→ Densimetria de Tubo Vibrante

Método absoluto

Densímetro de tubo vibrante

I. Laboratório de Propriedades dos Líquidos

Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

Viscosímetros Ubbelohde

Método do anel de DuNoüy

Sistema de calibração

de hidrómetros

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*in 1a Edição luso-brasileira em português do VIM (JCGM 200:2012)

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 80 000 e IEC 80 000 Quantities and units fornecem os símbolos e as definições das grandezas

http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/ Grandezas de Base

Independentes do ponto de vista dimensional

in BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES - Le Système International d’Unités 7ª ed. BIPM, 1998. ISBN 92-822-2154-7

Unidades do SI

Derivam das grandezas de base através da sua

multiplicação ou divisão

Grandezas Derivadas

Grandeza derivada das grandezas de base massa e comprimento Unidade do SI - kg/m3

propriedade da matéria correspondente à massa (m) contida por unidade de volume (V)

incorrectamente denominada densidade devido a traduções

directas do termo inglês density

Definições de acordo com a norma ISO 80 000-4:2006(E) - Quantities and units — Part 4:Mechanics

massa volúmica ou

densidade mássica V

m

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muitas vezes denonimada erradamente densidade relativa

densidade ou

massa volúmica relativa

razão entre a massa volúmica de uma matéria () e a massa volúmica de uma matéria de referência

(0 - geralmente água a 4 ºC) 0

d

Grandeza adimensional Unidade do SI - sem dimensão ou de dimensão unitária

II. Revendo alguns Conceitos

• Submúltiplos decimais do SI - g/cm3 e g/dm3 • Unidades não-SI em uso com o SI - g/mL e g/L

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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

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

Calibração*

II. Revendo mais alguns Conceitos

*in 1a Edição luso-brasileira em português do VIM (JCGM 200:2012)

- operação que estabelece:

Erro de medição*

diferença entre o valor medido duma grandeza e um valor de referência

Exatidão (de medição)*

concordância entre o valor medido e o valor verdadeiro duma mensuranda

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

Critérios de

Aceitação

Essencial no controlo de vários processos

Indústria alimentar

Indústria farmacêutica

Indústria petrolífera

Indústria química e nuclear

Saúde – Análises Clinicas

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III. Medição da Massa Volúmica de Fluidos

Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

Medição da densidade urinária (1,003 a 1,030)

URODENSÍMETRO dispositivo flutuador

Hidrómetros

Picnómetros

Densímetros de tubo vibrante

IM de de fluídos

Período de oscilação

- massa volúmica da amostra

V - volume da célula (cte)

m - massa da célula

C - constante do oscilador

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

8

Viscosidade da amostra decaimento da oscilação

move os nós da oscilação

( aparente do V da célula)

IV. Densimetria de Tubo Vibrante

C

mV

2

Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

Correcção do decaimento

várias frequências

dois modos

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V. Metodologia de Calibração

Densímetro padrão

Densímetro a calibrar

Material de Referência (soluções padrão)

Gerador da mensuranda

(t) e t

Indicação Calibração por Método Comparativo

e t

Resultado da medição

’ (t) e t’

Indicação

Análise comparativa

Erro de medição

Incerteza de medição

Calibração

Padrões de controlo diário Ar – Fórmula CIPM 2007 (Picard et al., 2008) Água Tipo I – Fórmula Tanaka, 2001 ISO 15212-1:1998 - Oscillation-type density meters -

Part 1: Laboratory instruments

Critérios de

Aceitação

- PTB, VSL e H&D Fitzgerald

t - Lab. de Temperatura IPQ

CKT100 ,

Anton Paar

VI. Materiais de Referência

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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

Inúmeros MR/MRC produzidos:

pelos vários Laboratórios Nacionais de Metrologia

e por Laboratórios Acreditados

*in 1a Edição luso-brasileira em português do VIM (JCGM 200:2012)

Material de Referência Certificado (MRC)*

Material de Referência (MR)*

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

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

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VII. Análise do Caso A. Calibração de DTV da Fresenius Medical Care

Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

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)

Início de fase de testes

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VII. Análise do Caso B. Identificação da matriz alvo de medição

78 %

13 %

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

ISO 15212-1,1998 - Oscillation type density meters – Laboratory instruments

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VIII. Resultados C. Caracterização da matriz alvo de medição

componente ácida (20 ºC) (1159,520 ± 0,030) kg/m3 (k=2,01)

Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

Coeficiente de expansão térmico do componente ácido no intervalo de t de [10; 30] ºC

y = -4,820E-01x + 1,169E+03 R² = 9,998E-01

1154

1156

1158

1160

1162

1164

1166

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

(k

g/m

3 )

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

FMC -0,50 kg/(m3.K-1) 0,10 kg/(m3.K-1)LPL/IPQ -0,48 kg/(m3.K-1) 0,06 kg/(m3.K-1)

Coeficiente de expansão térmico

U (k =2,00)

14 Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

D. Teste dos densímetros com ≠ MR

(kg/m3) X sacarore (cg/g) m (mPa.s) Erro U (k =2,00)

1141 33,5 3,892 -0,4 0,2

1163 38,0 5,885 -0,6 0,2

(kg/m3) X NaCl (cg/g) m (mPa.s) Erro U (k =2,00)

1141 19,2 1,515 -2,2 0,2

1163 21,9 1,668 -2,4 0,2

(kg/m3) m (mPa.s) Erro U (k =2,00)

1159 - -2,5 0,2

Soluções aquosas de Cloreto de Sódio

Material de referência

Soluções aquosas de Sacarose

Resultados da calibração (kg/m3)

Componente ácida

Os resultados obtidos confirmaram

a adequação dos MR de NaCl para a calibração dos DTV com este fim específico

VIII. Resultados

15 Encontro Metrologia na Saúde

11 de Dezembro de 2012, IPQ, Caparica

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 (??) - …

Andreia Furtado

Laboratório de Propriedades dos Líquidos

afurtado@ipq.pt

Obrigada pela vossa atenção

16 Encontro Metrologia na Educação e Ensino

7 de Dezembro de 2011, IPQ, Caparica