REPARO E CALIBRAÇÃO DO BARÔMETRO DE MERCÚRIO
André Padilha
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Deivid da Rosa Firmiano
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Emerson Telmo Schutz
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Gabriel de Oliveira Bugliani
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Resumo: Este artigo tem como objetivo trazer a descrição do reparo e da calibração do barômetro.
O barômetro de mercúrio é um instrumento utilizado na medição da pressão atmosférica, tendo
como referência, a altura de uma coluna de mercúrio que se equilibra com a pressão exercida pelo
ar externamente. Institutos meteorológicos utilizam esse aparelho no monitoramento do tempo,
assim como o Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC), que detêm de um instrumento em desuso
e antigo, passível de ser reparado e integrado a outro já de uso em sua estação meteorológica.
Palavras-Chave: Barômetro, calibração, mercúrio.
Abstract:
1 Introdução
O barômetro é um instrumento inventado
por Torricelli em 1644 e tem como princípio de
funcionamento medir a pressão da coluna de
ar, desde o local da observação, até o topo da
atmosfera, através de uma coluna de mercúrio
contida em um tubo de vidro (IP PORTUGAL,
2010).
Denomina-se pressão atmosférica o peso
exercido por uma coluna de ar que se encontra
acima do observador em um dado instante e
local (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 111).
2 Fundamentação Teórica
Todo corpo que se encontra sobre ou acima
da superfície terrestre experimenta uma força
correspondente ao peso do ar (DURÁN, 2003,
p. 106).
Na atmosfera, porém, a pressão não varia
apenas na direção vertical. O movimento da
atmosfera está intimamente relacionado com a
distribuição da pressão atmosférica, muito
embora existam outras forças que intervêm.
Deve-se notar que a altura da coluna
barométrica depende também da temperatura
e da aceleração da gravidade do local. Para
contornar isso, os barômetros de mercúrio têm
sua escala padronizada com valores de
temperatura a 0°C e de aceleração da gravidade
de 9,806 m/s2, denominados de condições
padrão para fins barométricos. Durante muito
tempo a altura da coluna de mercúrio foi
expressa adotando-se o milímetro de mercúrio
(mmHg)
como
unidade.
A
unidade
recomendada para intercâmbio internacional
de
dados
seguido
pela
Organização
Meteorológica Mundial (OMM) é o milibar (mb)
(VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 114).
2.1 Barômetro de mercúrio
O barômetro de mercúrio é constituído de
um tubo de vidro preenchido com mercúrio e
invertido com sua extremidade aberta sobre
uma bandeja (HALLIDAY et all., 2001, v.2, p. 52).
A extremidade aberta do tubo está situada
no interior de um recipiente denominado cuba
ou cisterna (VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 113).
O espaço acima da coluna de mercúrio
contém apenas vapor de mercúrio, cuja pressão
é tão pequena a temperatura normais que
pode ser desprezada (HALLIDAY et all., 2001,
v.2, p. 52).
Quando há vácuo na parte superior do tubo,
o mercúrio ocupa grande parte do recipiente e
a parte inferior da coluna de vidro. O tubo de
vidro é protegido de um cilindro de metal
acoplado à cuba, e dotado de um visor na
extremidade superior na qual se vê a
extremidade da coluna de mercúrio. Gravado
no cilindro de metal, junto ao visor, há uma
escala graduada em milibares ou milímetros. As
frações na altura da coluna de mercúrio são
obtidas mediante o auxílio de uma escala
móvel, denominada nônio ou vernier, ajustada
por uma cremalheira de modo à tangenciar o
menisco formado pela coluna de mercúrio
(VAREJÃO-SILVA, 2006, p. 114).
Para uma dada pressão, a altura da coluna
de mercúrio depende do valor da gravidade
onde está localizado o barômetro e da massa
específica do mercúrio que varia com a
temperatura. A altura da coluna, em
milímetros, é numericamente igual à pressão
apenas se o barômetro estiver em um local
onde a gravidade possui o seu valor padrão
aceito de 9,80665 m/s2 e a temperatura do
mercúrio for de 0°C. Como essas condições são
raras, são feitas pequenas correções a pressão
(HALLIDAY et all., 2001, v.2, p. 52).
A leitura do barômetro é iniciada com a
determinação da temperatura, indicada por um
termômetro acoplado ao instrumento e em
seguida, aciona-se o nônio tangenciando com o
menisco do mercúrio, então, efetua-se a leitura
barométrica. O resultado obtido ao se
aplicarem as correções é que constitui a
pressão atmosférica real (VAREJÃO-SILVA, 2006,
p. 116).
2.2 Barômetro de aneróide
O barômetro de aneróide é baseado na
deformação de paredes onduladas e flexíveis,
constituindo uma caixa metálica flexível
completamente fechada, dentro da qual é feito
um vácuo parcial (GONÇALVES at all., 2010).
Ao se deformarem devido à variação da
pressão, a cápsula aneróide movimenta um
sistema de alavanca que aciona uma haste, a
qual desliza sobre uma escala graduada
(VAREJÃO-SILVA, 2006).
2.3 O elemento mercúrio
O mercúrio é considerado uma substância
perigosa e capaz de produzir efeitos adversos
ao organismo. O risco de contaminação está
diretamente ligado ao tempo de exposição,
com níveis estabelecidos pela Norma
Regulamentadora (NR 15) do Ministério do
Trabalho e Emprego (MTE), cujo o limite de
tolerância é de 0,04 miligramas de mercúrio por
metro cúbico para 48h semanais (CARREIRA;
BEZERRA, 2004, p.2).
A inalação e a penetração subcutânea são as
principais vias de entrada de mercúrio metálico
no organismo. A absorção pelo aparelho
digestivo é praticamente desprezível, e o
mercúrio é considerado relativamente não
tóxico se ingerido (CARREIRA; BEZERRA, 2004,
p.3).
Os fatores tóxicos do mercúrio metálico são
determinados pela intensidade e a duração da
exposição, como também, as propriedades de
solubilidade e volatilidade associada ao
tamanho das partículas do elemento
(CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2).
Sua solubilidade em água a 25°C é da ordem
de 56 µg/L e embora seu ponto de ebulição
seja de 356,72°C, sua volatilidade é alta devido
a sua pressão de vapor de 0,3 Pa a 25°C, que
pode produzir concentrações atmosféricas
elevadas mesmo quando a contaminação
parecer desprezível (CARREIRA; BEZERRA, 2004,
p.2).
Elevações na temperatura provocam um
aumento na pressão de vapor e uma maior
volatização do mercúrio. Torna-se errôneo
imaginar que o mercúrio vaporiza-se somente
quando atinge seu ponto de ebulição. Nste
caso, ocorre somente quando o valor de
pressão de vapor se iguala ao valor da pressão
atmosférica (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2).
O que torna o mercúrio perigoso é o fato de
ele ser tão dispersível quanto atraente,
subdivide-se com facilidade devido à elevada
tensão superficial, ficando disperso e de difícil
recolhimento. (CARREIRA; BEZERRA, 2004, p.2)
3 Metodologia
Para melhor organização no reparo do
barômetro de mercúrio, as tarefas foram
executadas conforme a disponibilidade de
recursos exigidos e ordem tradicional de
construção do instrumento.
3.1 Produção do visor externo de vidro
Um dos primeiros problemas a ser
identificado na, até então, carcaça do
barômetro foi a ausência de um visor, pois o
instrumento possuía apenas um pequeno
pedaço do que um dia foi um visor.
Identificado o problema, o próximo
passo foi providenciar um novo visor. Foi dado
aí o início as buscas de empresas especializadas
em produção de artefatos de vidro.
Após pesquisas em listas telefônicas,
internet e outros, foi adquirido o endereço de
uma empresa especializada em recipientes
laboratoriais, que executaram a fabricação de
um novo visor fornecendo-o com as mesmas
características do original.
3.2 Limpeza da coluna interna de vidro
Com a orientação do Departamento de
Química do IFSC, adquiriu-se uma amostra de
ácido nítrico (HNO3) e elaborada uma solução
constituída de 40% de ácido e 60% de água
para limpeza específica de resíduos de mercúrio
acumulados no interior da coluna. A solução
apresentou-se de extrema acidez, com um
fator PH próximo de um, por isso a manipulação
manteve-se cautelosa.
A amostra foi inserida no tubo e mantida
em repouso em uma “capela” do laboratório
durante 24 horas. Em seguida, tirou-se todo
conteúdo de ácido e adiciona-se uma pequena
quantidade de álcool etílico com objetivo de
reagir melhor ao resíduo restante de mercúrio,
na tentativa de uma última limpeza. Após
retirado o álcool, uma pequena quantidade
restante no tubo logo se evaporou.
3.3 Preenchimento da coluna com mercúrio
O mercúrio foi adquirido em uma empresa
odontológica. Além das amostras adquiridas, o
Laboratório de Instrumentos Meteorológicos
(LIM) dispunha de uma pequena sobra de
mercúrio retirada do instrumento antigo, na
qual serviu de complemento para a coluna de
vidro.
FIGURA 1 – Mercúrio dental
A coluna de vidro se manteve apoiada e
levemente inclinada com intuito de não
favorecer uma queda brusca do mercúrio
enquanto despejado.
Para inserção do mercúrio foi passada
uma pequena mangueira de borracha sobre a
extremidade da coluna afim de aproximá-la do
estrangulamento do tubo.
FIGURA 2 – Mangueira inserida na coluna
O mercúrio era colhido com uma seringa
e injetado dentro da coluna. Após o
preenchimento completo, a coluna foi invertida
e acoplada à cuba que também foi preenchida
com mercúrio.
FIGURA 3 – Cuba sendo preenchida
Com a cuba preenchida e fechada, o
barômetro estava montado e pôde ser então
colocado na posição vertical. O mercúrio logo
ficou comprimido na parte inferior formando
uma região de pressão extremamente baixa na
parte superior da coluna de vidro, responsável
pela atuação da pressão atmosférica nessa
região considerada com vácuo e de formação
do menisco.
3.4 Calibração
Tendo em vista a calibração do
barômetro de mercúrio, o instrumento ficou
disposto junto a outro barômetro de mercúrio
de uso na estação meteorológica convencional
do IFSC e também a um barógrafo.
A altura do mercúrio em ambas as
colunas de vidro foi comparada e obtinha uma
pequena diferença, contornada por um ligeiro
acréscimo de mercúrio na base da cuba
utilizando uma seringa.
O nível de mercúrio logo se encontrou
de acordo e proporcional aos valores do
barógrafo e do barômetro de mercúrio
utilizados como referência.
4 CONCLUSÃO
O visor externo foi adicionado com
facilidade e adaptado perfeitamente ao
instrumento.
A escala metálica não foi reparada pois,
após uma breve consulta ao Departamento de
Metal Mecânica do IFSC, constatou-se que a
peça já se encontrava em uma fase de
envelhecimento onde o reparo excluiria uma
camada do metal e a graduação da escala seria
perdida.
A coluna obteve uma limpeza considerável,
sobretudo uma pequena região onde o
acúmulo de mercúrio ocorreu após reagir com a
solução ácida.
O preenchimento da coluna de vidro com
mercúrio se mostrou uma fase ainda mais
cautelosa assim como o preenchimento da cuba
e toda montagem final do barômetro.
Por fim, a calibração trouxe um parâmetro
de como se encontrava a coluna após o
preenchimento e com uma breve aferição, o
instrumento pôde ser então acoplado à estação
meteorológica.
5 REFERÊNCIAS
BEZERRA, Ilca Lopes; CARREIRA, Wanderley.
Manuseio de mercúrio: Implicações na saúde,
segurança e na responsabilidade social dos
laboratórios de metrologia. Encontro para
qualidade de laboratórios, São Paulo, 2004.
Disponível em
<http://maxipas1.tempsite.ws/principal/pub/te
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%20pesados/mercurio/manuseiodemercurio.p
df>. Acesso em 25/09/2010.
DENTAL PARANÁ LTDA. Disponível em:
<http://www.dentalparana.com.br/>
Acesso em: 15/10/2010.
DURÁN, José Enrique Rodas. Biofísica:
Fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice
Hall, 2003.
GONÇALVES, Ana Paula; MARTINS, Mariane;
VITORINO, Wagner; WILL, André. Índice de
correção instrumental do barômetro.
Florianópolis, 2010. Artigo.Projeto Integrador –
Curso Técnico de Meteorologia, Instituto
Federal de Santa Catarina.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER,
Jearl. Fundamentos de Física: Gravitação,
Ondas e Termodinâmica, Volume 2. Rio de
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2001
INSTITUTO DE METEOROLOGIA, IP PORTUGAL.
Disponível em:
<http://www.meteo.pt/>
Acesso em 20/08/2010.
VAREJÃO-SILVA, Mário Adelmo. Meteorologia &
climatologia. Recife: Versão Digital II, 2006.