Dicas para uma melhor agitação no laboratório

Todos nós experimentamos a formação de vórtices em um recipiente quando mexemos água ou café com uma colher. Este vórtice chamado de não-estacionário é forçado a formar-se no líquido, para fazer com que um soluto, café ou chocolate em pó, dissolva em água ou leite. Quando um fluido sofre um movimento de rotação em torno do eixo, as forças que aparecem fazem com que o fluido afunde na área central, sendo essa área menor que a parte mais distante do eixo de rotação. Uma das características do vórtice estacionário é essa altura da superfície do líquido mantida enquanto a ação de agitação é exercida. Se você parar de mexer com a colher, o líquido perderá velocidade devido a forças de atrito e perda de energia, o que também é uma característica dos vórtices não estacionários.

Vórtice Rankine

Outro caso de vórtices gerados em líquidos rotativos é o vórtice livre estacionário ou também chamado de vórtice Rankine. O referido vórtice é formado quando o líquido ou fluido é esvaziado de um recipiente (lavatório, banheira ou tanque) para um dreno que está em sua parte inferior, formando um redemoinho. Este tipo de vórtice também pode ser gerado pela rotação constante da velocidade angular de um corpo cilíndrico de um determinado raio dentro de um vaso. No laboratório, isso pode ser obtido simplesmente usando um ímã em cima de um agitador magnético, que gira o ímã com velocidade constante ao redor do eixo do vaso cilíndrico.

Este dispositivo é amplamente utilizado em laboratórios há muito tempo, mas a pesquisa levou a melhorias nesses agitadores para obter melhores resultados. Os benefícios obtidos também são estudados há algum tempo.

O efeito da agitação na medição do pH

Os pesquisadores realizaram estudos detalhados para determinar o efeito da agitação na medição do pH. A agitação durante o processo de calibração também desempenha um papel muito importante: a velocidade durante esta operação deve ser a mesma usada na medição de pH.

Caso a agitação não possa ser realizada devido à natureza da amostra a ser medida, como no caso de amostras muito viscosas ou de consistência semissólida e que sejam necessários eletrodos de penetração, a calibração também deve ser realizada sem essa agitação. Dessa forma, as mesmas condições operacionais serão tomadas durante a medição e calibração, incluindo a dinâmica e as interações que ocorrem entre o eletrodo de pH e a amostra em cada caso.

Variações pH usando um eletrodo de vidro e um agitador

Variações nas medições de pH usando um eletrodo de vidro e um agitador foram estudadas em detalhes (Cheng et al.). O potencial gerado que é acompanhado pela agitação está relacionado aos movimentos da densidade de carga no filme de hidratação que envolve o bulbo de vidro do eletrodo. O potencial observado em uma medição com agitação é a diferença entre o potencial sem distúrbios e o potencial de agitação que pode ser mais positivo ou negativo do que o sem distúrbios, dependendo das condições de operação.

O potencial na junção do eletrodo também varia de acordo com as condições de agitação, o que reflete as alterações na densidade da carga que está na interface ou na superfície de contato do eletrodo com a amostra. Para titulações potenciométricas, isso também tem um efeito importante.

Utilizando um eletrodo de vidro de pH como um indicador do ponto de equivalência, nota-se que a característica de agitação desta operação (necessária para a adição de um titulante) terá um efeito duplo. O agitador magnético tem sido a maneira mais popular em laboratórios para obter essa agitação. Os agitadores magnéticos usam um par de ímãs conectados a um motor que os gira. A força ou o campo magnético rotativo é suficiente para mover as barras magnéticas que são colocadas dentro dos recipientes de amostra. Essas barras podem ser revestidas com PTFE para maior resistência química e resistência à abrasão. Eles estão disponíveis em diferentes tamanhos e formas, dependendo do volume e viscosidade do líquido.

Quando a aplicação requer que a dissolução de um soluto relativamente fácil seja incorporada no solvente, basta uma simples agitação a uma velocidade constante. Pode ser necessário variar a velocidade de agitação ocasionalmente ou aplicar aquecimento ao mesmo tempo para aumentar a solubilidade. Haverá fluidos viscosos, não newtonianos ou pós de difícil dissolução, mesmo aplicando os recursos ou técnicas mencionados acima. Quando você tem um soluto difícil de incorporar, a ação comum de agitação a velocidade constante pode não ser suficiente.

Perfil do Fluxo

O perfil de fluxo sem qualquer alteração ao longo do tempo pode preservar os aglomerados de soluto no solvente sem dissolver completamente. Um fluxo laminar dentro do recipiente pode contribuir para essa persistência, de modo que a única variação na velocidade de agitação pode ser insuficiente. Se de repente for possível parar e reiniciar a agitação, as diferentes forças angulares podem ajudar a desintegrar esses aglomerados de soluto. O perfil e a velocidade da agitação também ajudam nessa tarefa. Se isso for feito de maneira programada e sistemática, repetindo os ciclos de inversão da agitação, haverá uma ajuda real à dissolução do sólido no líquido.

Agitadores com controle eletrônico

Agitadores com controle eletrônico de velocidade oferecem maior precisão, mas desenvolvendo um grande avanço na tecnologia de agitação, a HANNA^® instruments desenvolveu o agitador magnético HI324N que inclui controle de velocidade e função de reversibilidade da agitação de período controlado e definido pelo usuário. Ele também vem equipado com um dispositivo sensor de velocidade (sensor óptico) acoplado a um conversor de frequência que mede a velocidade. Quando um valor de velocidade máxima é atingido, o limitador desliga o oscilador de tensão controlado para diminuir a velocidade do motor. Isso garante que, quando a carga for removida repentinamente do agitador, o motor não acelere, para que a operação continue sendo segura para o usuário e o equipamento. Essa característica não é comum para encontrá-la nos agitadores do mercado.

As peças do agitador HI324N são projetadas e fabricadas com especificações rígidas para garantir confiabilidade absoluta. Todos os componentes são montados em uma carcaça com tampa de aço inoxidável, à prova de respingos e com alta resistência química aos compostos mais agressivos e corrosivos. Todos os recursos acima oferecem versatilidade e flexibilidade exclusivas ao agitador  HI324N.

Após as observações para cada tipo de soluto e solvente, o usuário pode determinar por experiência direta qual é a velocidade ideal de agitação através do visor integrado do tacômetro, bem como o período de reversibilidade da agitação, que é selecionável pelo usuário de 30 segundos a 3 minutos.

O agitador  HI324N está equipado com um timer para iniciar e parar automaticamente o processo de agitação após um período selecionado pelo usuário (de 5 minutos a 2 horas). Ideal para aplicações de rotina em que deve ser fornecido um tempo de agitação definido e para fluidos não newtonianos cujas viscosidades mudam durante a agitação.

Muitas vezes, no laboratório, uma amostra é removida do agitador antes que a velocidade seja reduzida adequadamente. Normalmente, isso acelera o motor interno até danificar-se. Para controlar a velocidade de alterações na viscosidade ou eliminação de carga, o agitador magnético  HI324N incorpora o mecanismo Speedsafe™.

Com o Speedsafe™, um sensor óptico de velocidade é integrado a um conversor de tensão de frequência (FVC) para controlar a velocidade de agitação. Quando a velocidade atinge um nível máximo predefinido, o limitador de velocidade desliga o VCO (oscilador controlado por tensão) para diminuir a velocidade do motor. Isso garante que, quando a carga for removida repentinamente do agitador, o mecanismo não acelere a uma velocidade tão alta que seja perigosa para o usuário e o agitador. Esse é um recurso que não é comumente encontrado nos agitadores convencionais.

Mini-agitador magnético com função reversível com tacômetro e temporizados HI324N

Referências

• Manjón, F. Villalba, J. Arribas. E., Vórtices no estacionarios en un vaso de agua. Revista Brasileira de Ensino de Física, 2013. Recuperado de http://www.scielo.br/pdf/rbef/v35n3/a04v35n3.pdf
• Sliepcevich, A., Gelosa D., Chemical Laboratory Techniques. Politecnico di Milano, Italy, 1999. Recuperado de http://www.eolss.net/sample-chapters/c06/e6-11-02-01.pdf
• Rouessac F., Rouessac A., Chemical Analysis, Modern Instrumentation Methods and Techniques, John Wiley & Sons, 2007 pp. 455-457.

Fonte: Hanna

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