NIST é frequentemente solicitado a fornecer dados incomuns, às vezes totalmente exótico, medições e calibrações em apoio ao comércio dos EUA. Mas mesmo veteranos do Fluid Metrology Group ficaram surpresos no outono passado, quando foram chamados para uma disputa sobre as métricas da seiva do bordo.

Em questão estava a precisão dos hidrômetros - instrumentos que medem a densidade dos líquidos - usados ​​na lendária indústria de produtos de bordo de Vermont para determinar o teor de açúcar da seiva extraída das árvores a cada primavera e depois fervida para fazer xarope de bordo. Todos os hidrômetros usados ​​na indústria devem ser inspecionados e homologados pelo estado. Entre 2012 e 2016, a Agência de Agricultura de Vermont, Food &Markets (AAF &M) testado 39, 241 deles.

As medições do açúcar do seiva são extremamente importantes para o negócio. São necessários cerca de 43 galões de seiva contendo 2% de sacarose para fazer um galão de xarope de bordo, mas apenas cerca de 22 galões para a seiva com 4% de teor de açúcar. Portanto, mesmo uma pequena discrepância pode ter um impacto significativo no valor da seiva e nas receitas seguidas pelos fabricantes de xarope e outros produtos de bordo. Os produtos de bordo são o principal componente da economia de Vermont. Em 2013, a indústria de bordo do estado "contribuiu entre US $ 317 e US $ 330 milhões em vendas para o estado de Vermont, "de acordo com um estudo de 2015. Vermont é responsável por cerca de 42% de toda a produção de produtos de bordo dos EUA.

Vermont testa hidrômetros fabricados em vários estados e também no exterior. O envolvimento do NIST começou depois que um fabricante enviou um hidrômetro de seiva para a AAF &M para calibração. A agência testou o instrumento e julgou que a leitura estava fora da tolerância em comparação com o padrão de referência de Vermont. O fabricante discordou. Ambas as partes, independentemente, virou-se para NIST.

"Nós servimos, na verdade, como o árbitro, "diz John Wright, Líder de projeto para medições de vazão no Laboratório de Medição Física do NIST. O fabricante enviou seu hidrômetro para o NIST; AAFM enviou um densímetro padrão de referência. Ambos foram baseados na escala Brix, que tem sido utilizado por dois séculos para medir o teor de açúcar de soluções de água. É usado no vinho, drinque suave, suco, e indústrias relacionadas. Mas não, ao que parece, por clientes típicos do Fluid Metrology Group.

"Estou no NIST há 17 anos, "diz o membro do grupo Sherry Sheckels, "e eu nunca tinha visto um hidrômetro Brix." Nem Wright. Nem houve muita ajuda na literatura científica. Verdade, havia tabelas canônicas - compiladas pelo predecessor do NIST, o National Bureau of Standards - datado de 1924 para a densidade de soluções de cana-de-açúcar a 20 ° C (68 ° F), mas em nenhuma outra temperatura.

Contudo, a indústria de bordo usa 3,33 ° C (38 ° F) como temperatura de referência. "A temperatura de referência para hidrômetros de seiva é exclusiva da hidrometria e da indústria de bordo, "diz Marc Paquette, da AAF &M. A agência tentou encontrar um laboratório que pudesse calibrar seu hidrômetro de seiva Brix, mas ninguém poderia fazer isso.

"Um dos problemas era a temperatura de referência, "Paquette diz." A maioria dos hidrômetros são calibrados em uma temperatura de referência de 60 ° F ou 68 ° F (20 ° C). Mas a seiva do bordo é coletada no início da primavera, quando as temperaturas estão baixas, frequentemente ligeiramente acima do ponto de congelamento. Não encontramos um laboratório que pudesse se ajustar à mudança na temperatura de referência. "

A temperatura é um fator chave porque a expansão ou contração térmica afeta a densidade do fluido e as dimensões do hidrômetro. Esses efeitos devem ser contabilizados, assim como as forças exercidas na haste do hidrômetro pela tensão superficial do fluido e o fato de que o hidrômetro tem uma pequena, mas significativa flutuabilidade no ar.

O NIST usa o método de Cuckow para calibrar hidrômetros, medindo o peso do hidrômetro do cliente, uma vez no ar e novamente quando está suspenso na marca da escala da haste de interesse em um líquido de densidade bem conhecida. Contudo, é necessário relacionar a densidade medida no aparelho do NIST próximo a 20 ° C com a densidade na escala Brix na temperatura de referência de 3,33 ° C.

Para fazer a conexão NIST-Brix, Wright e Sheckels prepararam soluções de açúcar de 3% e 6% de sacarose (com incerteza inferior a 0,001% em peso) e mediram sua densidade até 3,33 ° C. Seus dados confirmaram as tabelas de densidade publicadas dentro de 50 partes por milhão. Para validar ainda mais os resultados da calibração NIST, os hidrômetros dos clientes também foram testados (com as correções do NIST) nas soluções refrigeradas de sacarose 3% e 6%. Esses testes confirmaram a calibração do aparelho de Cuckow.

"Calibramos esses dois hidrômetros e mostramos que a referência que Vermont estava usando estava correta, "Wright diz." E explicamos ao fabricante como contabilizar corretamente a temperatura de referência de 3,33 ° C. Depois de determinar o que é necessária uma calibração correta, educamos nossos clientes. "

Nem a Paquette nem os fabricantes de hidrômetros estavam familiarizados com os métodos de teste do NIST. Mas "eles fizeram um teste exaustivo do instrumento, incluindo um orçamento de incerteza impressionante, "Paquette diz." Isso também nos deu a oportunidade de revisar nosso processo de teste e incorporar o padrão a esse processo. "

Os efeitos serão sentidos além do estado de Vermont e de um fabricante:o laboratório da Paquette tem hidrômetros testados com tolerância para fornecedores de equipamentos de bordo em New Hampshire, Pensilvânia, Nova york, Wisconsin, Indiana, Connecticut, e Michigan. Assim, uma única calibração de hidrômetro NIST é alavancada por quase 10, 000 testes de hidrômetro de seiva de bordo por ano realizados por laboratórios estaduais, garantindo comércio eqüitativo e produtos de qualidade para uma indústria de US $ 700 milhões por ano.