Peso Específico

Quem não se lembra da seguinte "pegadinha" dos tempos de colégio? O que pesa mais: 1 kg de ferro ou 1 kg de cortiça? Claro que ambos pesam igual (têm a mesma massa ), mas há uma diferença em volume, não? A pergunta deveria ser reformulada para: O que tem mais volume: 1 kg de ferro ou 1 kg de cortiça? Claro que a cortiça tem mais volume nesse caso. Dizemos que o peso específico do ferro é maior que o da cortiça. O peso específico p é a relação ou quociente entre a massa (peso) m e o volume v:

p = m / v

Pela formula acima dizemos que o peso específico é diretamente proporcional à massa (peso) e inversamente proporcional ao volume.

Assim, para um mesmo volume, quanto maior for a massa (peso), maior será o peso específico e, claro, para massas (pesos) menores teremos menores pesos específicos.

Por outro lado, para uma mesma massa (mesmo peso), quanto maior for o volume, menor será o peso específico e, claro, para volumes menores teremos maiores pesos específicos.

O peso específico também é conhecido por densidade (ou densidade absoluta) e é normalmente expresso em gramas por centímetro cúbico, g/cm3, em gramas por mililitro, g/ml, ou quilogramas por litro, kg/l.

Imagine 1 kg de ferro e 1 kg de cortiça deixados sobre a água – o que vai acontecer? A água tem densidade aproximada de 1 g/ml. O ferro tem densidade alta, cerca de 8 g/ml, e assim 1 kg de ferro ocupa 125 ml, isto é, desloca 125 ml de água. A cortiça tem densidade baixa, cerca de 0,3 g/ml, e assim 1 kg de cortiça ocupa 3,333 l, isto é, desloca 3,333 l de água. Como vemos, já que o ferro é aproximadamente 26 vezes mais denso que a cortiça, o ferro desloca 26 vezes menos água que a cortiça, e portanto o empuxo sobre 1 kg de cortiça é 26 vezes maior que sobre 1 kg de ferro. Aqui temos pesos iguais, mas empuxos (26 vezes) diferentes. O que acontece?

E se fossem 1 litro de ferro e 1 litro de cortiça? Os volumes ocupados pelos corpos de ferro e de cortiça, e, claro, os volumes deslocados de água seriam exatamente os mesmos, ou seja, 1 litro. Por isso os empuxos seriam iguais. Mas e os pesos? Um corpo de ferro com 1 litro pesa 8 kg enquanto que um corpo de cortiça com 1 litro pesa 300 gramas. Aqui temos empuxos iguais, mas pesos (26 vezes) diferentes O que acontece?

Em ambas as situações o ferro afunda e a cortiça flutua na água.

Como podemos concluir, o conceito de peso específico é muito importante.

A seguir vamos ilustrar seu emprego e importância nas tintas.

Antes, porém, vamos lembrar o conceito de teor de não voláteis (%NV).

Uma tinta geralmente tem duas partes: a parte não volátil, sólida, que resulta após a secagem (evaporação dos solventes), que constitui o filme seco; e a parte volátil, líquida, normalmente constituída pelos solventes, que reduzem a viscosidade da tinta e a mantém úmida ou "molhada" dentro da embalagem fechada e imediatamente após sua aplicação. Assim falamos em teor de não voláteis, %NV, ou teor de voláteis, %V. Ambos podem ser expressos em termos de massa (peso) ou de volume.

Usualmente quando falamos em sólidos de uma tinta, estamos nos referindo ao seu teor ou porcentagem em massa (peso) de não voláteis. Por exemplo, se ouvirmos que uma determinada tinta tem 40% de sólidos, provavelmente estarão querendo dizer que em 100 kg dessa tinta há 40 kg de material não volátil (sólido) e portanto 60 kg de material volátil (solventes). Assim, seus sólidos (não voláteis) é de 40% em peso enquanto que seus voláteis é de 60% em peso. Ou ainda, %NV=40 e %V=60.

Observar que quando dizemos "sólido" não estamos nos referindo propriamente ao estado físico, mas sim à sua característica de não volatilidade. Os plastificantes, por exemplo, são aditivos normalmente líquidos (em termos de estado físico), mas são não voláteis o suficiente para permanecer no filme durante e após a secagem da tinta nas temperaturas usuais (entre temperaturas ambiente e de até 160 ° C por exemplo). Por isso são considerados "sólidos".

Mas nas considerações sobre formação de filme e rendimento o conceito de (teor ou porcentagem de) sólidos (não voláteis) em volume é mais importante e significativo.

Vamos supor que vamos preparar tintas com os componentes listados na tabela a seguir:

Normalmente os pigmentos são os itens com o maior peso específico em uma tinta. Para termos uma idéia de sua influência preparamos tintas com o mesmo sólidos em peso (%NVm) e variamos a quantidade de pigmento (provas I e II, e III e IV) e também a qualidade de pigmento, no que se refere ao seu peso específico (provas I e III, e II e IV). Veja a tabela abaixo:

O pigmento1 tem peso específico de 5,6 g/cm3 e foi usado nas provas I e II. Observe que ao diminuirmos a quantidade desse pigmento, temos uma diminuição no peso específico da tinta, que passa de 1,38 g/cm3 para 1,10 g/cm3.

O pigmento2 tem peso específico de 1,4 g/cm3 e foi usado nas provas III e IV. Observe que ao diminuirmos a quantidade desse pigmento, temos da mesma forma uma diminuição no peso específico da tinta, passando de 1,06 para 1,04. Note ainda que tivemos uma diminuição menos acentuada, devido ao fato do peso específico desse pigmento ser menor (1,4 g/cm3), mais próximo ao peso específico da resina e do solvente.

Quando mantemos a quantidade de pigmento, mas trocamos o de peso específico maior pelo de menor também temos obviamente uma diminuição no peso específico da tinta. Quando passamos da prova I para a prova III, o peso específico da tinta cai de 1,38 para 1,06. E quando passamos da prova II para a IV, o peso específico cai de 1,10 para 1,04. Note ainda que nesse último caso tivemos uma diminuição menos acentuada, devido ao fato da quantidade de pigmento ser menor nessas provas (10%).

Caso o custo de matéria-prima fosse de 1 US$ para todos os itens, o custo da tinta por volume seria numericamente igual ao seu peso específico, ou seja a prova I custaria US$ 1,38/litro, a prova II US$ 1,10/litro e assim por diante. No Brasil normalmente se compra a matéria-prima por peso e se vende a tinta por volume. Assim, nesse exemplo todas as 4 provas custariam US$ 1,00/kg mas teriam diferentes preços por litro. Caso fôssemos vender a tinta por US$ 2,00/l, adivinhe qual prova nos daria mais lucro... Claro que a prova IV, de menor peso específico, tendo o menor custo por litro, nos daria o maior lucro.

Por outro lado, essa vantagem não seria apenas para quem vende a tinta, mas também para quem a compra. Observe que quanto menor o peso específico da prova, maior seu sólidos em volume (%NVv, ou %Sv), resultando em maior rendimento portanto.

Conhecer o peso específico também é útil quando, na preparação de uma tinta para aplicação, sabemos a relação de mistura, que pode ser uma catálise, uma ativação ou uma diluição por exemplo, em peso e queremos convertê-la para volume, ou vice-versa.

Assim, se uma tinta bicomponente tem catálise em peso de 25% (ou 4:1) e queremos saber qual seria essa catálise em volume, temos que conhecer os pesos específicos da tinta e do catalisador. Veja porque:

catálise em peso =: mc / mt = 0,25 , onde mc é massa do catalisador e mt é a massa da tinta

mas como p = m / v , temos que m = p * v

assim, catálise em peso = mc / mt = (pc * vc) / (pt * vt) = 0,25

e catálise em volume = vc / vt

então, catálise em volume = vc / vt = (mc * pt) / (mt * pc) = (mc / mt) * (pt / pc)

e como mc / mt = 0,25,

catálise em volume = vc / vt = 0,25 * (pt / pc),

isto é, a catálise em volume é obtida multiplicando-se a catálise em peso pela razão dos pesos específicos da tinta e do catalisador. Fácil, não? Se você entendeu, basta usar o mesmo raciocínio para o caso inverso, que é achar a catálise em peso quando temos a catálise em volume. De qualquer forma sempre vamos necessitar dos pesos específicos dos itens a serem misturados.