Con frecuencia se solicita al NIST que proporcione a veces francamente exótico, mediciones y calibraciones en apoyo del comercio de EE. UU. Pero incluso los veteranos del Grupo de Metrología de Fluidos se sorprendieron el otoño pasado cuando fueron convocados a una disputa sobre las métricas de la savia de arce.

La cuestión era la precisión de los hidrómetros, instrumentos que miden la densidad de los líquidos, utilizados en la legendaria industria de productos de arce de Vermont para determinar el contenido de azúcar de la savia extraída de los árboles cada primavera y luego hervida para hacer jarabe de arce. Todos los hidrómetros utilizados en la industria deben ser inspeccionados y aprobados por el estado. Entre 2012 y 2016, la Agencia de Agricultura de Vermont, Food &Markets (AAF &M) probado 39, 241 de ellos.

Las mediciones de azúcar en savia son de vital importancia para el negocio. Se necesitan aproximadamente 43 galones de savia que contengan un 2% de sacarosa para hacer un galón de jarabe de arce, pero solo alrededor de 22 galones para la savia con un 4% de contenido de azúcar. Por lo tanto, incluso una pequeña discrepancia puede tener un impacto significativo en el valor de la savia y en las recetas que siguen los fabricantes de jarabe y otros productos de arce. Los productos de arce son un componente importante de la economía de Vermont. En 2013, la industria del arce del estado "contribuyó entre $ 317 y $ 330 millones en ventas al estado de Vermont, "según un estudio de 2015. Vermont representa aproximadamente el 42% de toda la producción de productos de arce de EE. UU.

Vermont prueba hidrómetros fabricados en varios estados y países extranjeros. La participación de NIST comenzó después de que un fabricante envió un hidrómetro de savia a la AAF &M para su calibración. La agencia probó el instrumento y juzgó que estaba leyendo fuera de tolerancia en comparación con el estándar de referencia de Vermont. El fabricante no estuvo de acuerdo. Ambas fiestas, independientemente, se volvió hacia NIST.

"Servimos, en efecto, como árbitro, "dice John Wright, Líder de proyecto para mediciones de flujo en el laboratorio de medición física del NIST. El fabricante envió su hidrómetro al NIST; AAFM envió un hidrómetro estándar de referencia. Ambos se basaron en la escala Brix, que se ha utilizado durante dos siglos para medir el contenido de azúcar de las soluciones acuosas. Se usa en el vino, refresco, jugo, e industrias relacionadas. Pero no, como resulta, por clientes típicos del Grupo de Metrología de Fluidos.

"He estado en NIST durante 17 años, "dice la miembro del grupo Sherry Sheckels, "y nunca había visto un hidrómetro Brix". Tampoco Wright. Tampoco hubo mucha ayuda en la literatura científica. Cierto, había tablas canónicas, compiladas por el predecesor de NIST, la Oficina Nacional de Normas, que data de 1924 para la densidad de las soluciones de azúcar de caña a 20 ° C (68 ° F), pero a ninguna otra temperatura.

Sin embargo, la industria del arce utiliza 3,33 ° C (38 ° F) como temperatura de referencia. "La temperatura de referencia para los hidrómetros de savia es exclusiva de la hidrometría y de la industria del arce, "dice Marc Paquette de AAF &M. La agencia había intentado encontrar un laboratorio que pudiera calibrar su hidrómetro de savia Brix, pero nadie pudo hacerlo.

"Uno de los problemas fue la temperatura de referencia, "Dice Paquette." La mayoría de los hidrómetros están calibrados a una temperatura de referencia de 60 ° F o 68 ° F (20 ° C). Pero la savia de arce se recolecta a principios de la primavera cuando las temperaturas son bajas, a menudo ligeramente por encima del punto de congelación. No pudimos encontrar un laboratorio que pudiera adaptarse al cambio en la temperatura de referencia ".

La temperatura es un factor clave porque la expansión o contracción térmica afecta tanto la densidad del fluido como las dimensiones del hidrómetro. Esos efectos deben tenerse en cuenta, al igual que las fuerzas ejercidas sobre el vástago del hidrómetro por la tensión superficial del fluido y el hecho de que el hidrómetro tiene una flotabilidad pequeña pero significativa en el aire.

NIST utiliza el método de Cuckow para calibrar hidrómetros, medir el peso del hidrómetro del cliente, una vez en el aire y otra vez cuando está suspendido en la marca de la escala del tallo de interés en un líquido de densidad conocida. Sin embargo, es necesario relacionar la densidad medida en el aparato del NIST cerca de 20 ° C con la densidad en la escala Brix a la temperatura de referencia de 3.33 ° C.

Para realizar la conexión NIST-Brix, Wright y Sheckels prepararon soluciones de azúcar de sacarosa al 3% y al 6% (con una incertidumbre inferior al 0,001% en peso) y midieron su densidad hasta 3,33 ° C. Sus datos confirmaron las tablas de densidad publicadas dentro de las 50 partes por millón. Para validar aún más los resultados de la calibración NIST, Los hidrómetros de los clientes también se probaron (con las correcciones del NIST) en las soluciones refrigeradas de sacarosa al 3% y al 6%. Estas pruebas confirmaron la calibración del aparato de Cuckow.

"Calibramos estos dos hidrómetros y demostramos que la referencia que usaba Vermont era correcta, "Dice Wright." Y le explicamos al fabricante cómo contabilizar correctamente la temperatura de referencia de 3,33 ° C. Después de determinar qué requiere una calibración correcta, educamos a nuestros clientes ".

Ni Paquette ni los fabricantes de hidrómetros estaban familiarizados con los métodos de prueba del NIST. Pero "hicieron una prueba exhaustiva del instrumento que incluía un presupuesto de incertidumbre impresionante, "Dice Paquette." También nos dio la oportunidad de revisar nuestro proceso de prueba e incorporar el estándar en ese proceso ".

Los efectos se sentirán más allá del estado de Vermont y de un fabricante:el laboratorio de Paquette tiene hidrómetros de tolerancia probada para proveedores de equipos de arce en New Hampshire, Pensilvania, Nueva York, Wisconsin, Indiana, Connecticut, y Michigan. Por lo tanto, una sola calibración de hidrómetro NIST se aprovecha en casi 10, 000 pruebas de hidrómetro de savia de arce por año realizadas por laboratorios estatales, asegurando un comercio equitativo y productos de calidad para una industria de $ 700 millones por año.