BALANÇAS



BALANÇAS ANALÍTICAS




1. Tipos de Balanças Analíticas.

O processo de obtenção do “peso” de determinado objeto foi bem equacionado com o uso de balanças. A mais antiga delas tinha dois pratos ligados a um cavaleiro, a qual era suspensa pelo seu centro por um fiel. O objeto a ser pesado era colocado em um dos pratos: com o desnível da balança, a posição inicial era obtida com a colocação de contrapesos adequados no outro prato (braço oposto). Tal processo de pesagem era primitivo e era grande a imprecisão na acurácia da medida.

A primeira balança analítica de um prato apareceu no mercado em 1946. Sua praticidade e grau de precisão nas medições levou-a a ser grandemente utilizada e conseqüentemente, esta balança passou a ser adotada, também, em laboratórios.

2. A balança analítica mecânica de prato único: descrição física.

É grande a variedade de tipos de balança analítica, mas todas têm como item fundamental uma trava que é apoiada numa superfície planar por um fiel em forma de prisma. Ao lado esquerdo da trava está fixado o prato que conterá o objeto a ser pesado e um conjunto de pesos suspensos em ganchos. Tais pesos podem ser suspensos da trava um por vez vez, por um arranjo mecânico que é controlado por um conjunto de botões no exterior da caixa da balança. Do lado direito da trava, há um contrapeso de tamanho adequado, de modo a contrabalançar o prato e os pesos que estão do lado esquerdo da trava.

Um segundo fiel B situado no lado esquerdo da trava é utilizado para suportar uma segunda superfície planar, localizada na parte interna de um estribo que liga o prato à trava. Os dois fiéis e suas superfícies planares são fabricados com material extremamente duro (ágata ou safira sintética) e forma dois mancais que permitem movimento da trava e do prato com um mínimo de fricção.

As balanças de prato único são também equipadas com travões, que são dispositivos mecânicos que elevam a trava de forma que o fiel central não toque mais sua superfície planar e simultaneamente deixe livre o estribo do contato com o fiel externo. O uso destes travões permite que se evite dano físico às superfícies enquanto os objetos são colocados/retirados do prato. Quando engatados, os travões suportam a massa do prato e seu conteúdo e assim evita oscilações. Os travões são controlados por uma alavanca montada na parte externa da balança e devem estar engatados quando a balança não esteja em uso.

Próximo lado esquerdo da trava encontra-se um amortecedor a ar, que consiste num pistão que se move dentro de um cilindro concêntrico fixado na caixa da balança. O ar no cilindro sofre expansão e contração conforme a trava se move; a trava rapidamente chega à posição de repouso como resultado desta oposição ao movimento.

Como decorrência natural do progresso tecnológico, as balanças analíticas estão cedendo vez para as balanças analíticas eletrônicas, que dispensam o uso de traves e fiéis.



3. Construindo uma balança de precisão.

3.1 Montagem

Usando material de baixo custo, podemos construir uma balança analítica.

O material a ser utilizado:

Serre aproximadamente 35/40 cm (quarenta centímetros) de madeira. A partir de uma das extremidades, conte cerca de 12/13 cm e marque para serrar e encaixar outra peça de madeira de 4 cm transversalmente. Antes do encaixe você deve fixar na linha de centro longitudinal da pequena peça dois alfinetes e cortar as cabeças que ficaram aparentes e fazer um furo atravessando-a para fixação por um lado do palito (parte de baixo) e por outro de um parafuso com porca (virado para cima).

Usar outra peça de madeira de 4 cm para fixar na parte de cima do braço (peça de madeira maior) da balança que deve ser furada também, só que na direção longitudinal.

A linha dos alfinetes deverá ficar a, mais ou menos, 10 cm do braço menor, pois o alfinete de suspensão do prato deve ser fixado nessa posição, a 10 cm da linha que une os dois alfinetes, ou seja, do ponto de suspensão da balança. A escala (papel/fita milimetrada) deve ser colada no braço maior e o “zero” da mesma deverá ficar exatamente na linha que une os alfinetes.

O prato deve ser construído com papel cartão e fio metálico. Recorte um quadrado (de 5/6 cm de lado com o papel). Manuseie o fio metálico (retorcendo-o) de modo a formar uma gaiola de sustentação do prato de papel e uma alça de suspensão pelo alfinete.

3.2 Ajuste da balança

Para ajustar (zerar) a balança é necessário colocar o segundo parafuso com porca na posição horizontal no furo da segunda peça de madeira. Pendure o prato no alfinete e enrole um pedaço de fio metálico pelo palito. Mova as porcas dos parafusos até que o palito fique na posição vertical e, portanto, os braços na posição horizontal. Para o ajuste, movimente o fio metálico pelo palito para cima ou para baixo. Quanto mais para baixo ficar o fio, menor a sensibilidade da balança.

Com o uso de massas-padrão, você poderá construir seus próprios padrões, efetuando medições e comparações de pesos como desejar.



Nota: atentar para o fato de que a balança não deverá, em seu movimento, produzir o efeito de gangorra.

4. Uso da balança analítica

i) Centre o peso no prato da melhor forma possível.

ii) Proteja a balança contra corrosão. Objetos a serem colocados no prato devem se limitar a metais não-reativos, plásticos não-reativos e materiais vítrios.

iii) Pesagem de líquidos exigem especial cuidado.

iv) Mantenha a balança limpa.

v) Sempre espere que um objeto quente volte à temperatura ambiente antes de pesá-lo.

vii) Use luvas ou papéis para segurar objetos secos, não transferindo assim a eles a umidade de suas mãos.

5. Fontes de erros em pesagens.

Correção para Flutuação. Um erro de flutuação afetará os dados se a densidade do objeto sendo pesado diferir significativamente das densidades dos padrões. Este erro tem sua origem na diferença da força de flutuação exercida pelo meio (ar) sobre o objeto e sobre os pesos. A correção para a flutuação é feita por meio de uma equação. O erro é menor que 0,1% para objetos que têm densidade de pelo menos 2 g cm-3. Portanto, raramente é necessário aplicar correção de massa para sólidos. O mesmo não acontece para sólidos de baixa densidade, líquidos ou gases, para os quais os efeitos de flutuação são significativos e a correção deve ser feita. A densidade de pesos usados em balanças de prato único e na calibração de balanças eletrônicas varia de 7,8 a 8,4 g cm-3, dependendo do fabricante. O uso de 8 g cm-3 é adequado muitas vezes. Se houver necessidade de grande exatidão, as especificações da balança devem ser consultadas para obtenção dos dados de densidade.

Efeitos de temperatura. O ato de se pesar um objeto cuja temperatura seja diferente de seu ambiente provoca um erro significativo na medida. Não deixar tempo suficiente para que um objeto aquecido volte à temperatura ambiente é a principal fonte deste problema. Erros devidos a diferenças em temperatura têm duas origens. Primeiro, as correntes de convecção dentro da caixa da balança exercem efeitos de flutuação no prato e no objeto. Segundo, ar quente trapeado num frasco fechado pesa menos que o mesmo volume a temperatura mais baixa. Ambos os efeitos provocam uma menor massa aparente do objeto. Este erro pode ser de até 10 a 15 mg para um cadinho de porcelana, por exemplo. Portanto, objetos aquecidos devem sempre ser resfriados a temperatura ambiente, antes de serem pesados.

Outras fontes de erros. Um objeto de vidro ou de porcelana adquirirá ocasionalmente uma carga estática suficiente para provocar erros de pesagem. Este problema é particularmente sério quando a umidade relativa do ambiente é baixa. Freqüentemente, após um curto período, ocorre descarga espontânea. Uma fonte de eletricidade de baixa intensidade (como por exemplo, uma escova) na caixa da balança é suficiente para fornecer íons e liberar a carga estática. A exatidão da escala óptica de uma balança de prato único deve ser verificada regularmente, principalmente após condições de pesagem com capacidade máxima da balança. Um peso padrão de 100 mg é usado para isso.