parte 09-b - analisadores

7/31/2019 Parte 09-B - Analisadores

http://slidepdf.com/reader/full/parte-09-b-analisadores 1/48

Analisadores de OxigênioAnalisadores de Oxigênio

Célula de óxido de zircônio

Mais utilizado. Baseados no paramagnetismo

Onde as células de óxido de zircônio não forem aplicáveis. Não são apropriados para medir teores muito baixos.

Células eletroquímicas em geral Maior sensibilidade, podendo ser utilizado para medir teores

de p.p.b.. Medição do teor de oxigênio no ar, para evitar sufocação de

pessoas em ambientes confinados. Medição de oxigênio dissolvido em água de alimentação de

caldeiras (faixa de p.p.b.). Medição de oxigênio dissolvido em efluentes líquidos (faixa de

p.p.m.). Outros: condutividade térmica, cromatografia,

espectrometria de massa



Analisadores de OxigênioAnalisadores de Oxigênio

Célula eletroquímica Tensão EO é proporcional a concentração do componente

analisado Na célula galvânica ou voltaica a tensão é gerada pela célula Na célula eletrolítica ou polarográficas a corrente (medida

pela tensão sobre o resistor de carga) é proporcional a

concentração do componente analisado

IAnodo Catodo

Eletrólito

+ -

R EO

Célula Galvânica

IAnodo Catodo

Eletrólito

+ -

R EO

Célula eletrolítica

+ -



Analisadores de OxigênioAnalisadores de Oxigênio -- ÓÓxido de Zircônioxido de Zircônio

Eletrólito sólido de ZrO2

Eletrodos de platina porosa

ZrO2 é impermeável aos gases

(incluíndo O2) ZrO2 em alta temperatura (>650oC)

permite a passagem de íons deoxigênio (O-2)



Analisadores de OxigênioAnalisadores de Oxigênio –– ÓÓxido de Zircônioxido de Zircônio




Equação de NERNST E = (R .T / n .F) . Ln [Pp (O2REF) / Pp (O2AM)]

Pp (O2REF) => P parcial de O2 no lado dareferência

Pp (O2AM) => P parcial de O2 no lado dareferência

Referência: Ar atmosférico Pp (O2REF) = 20,9%(fração molar)

E = 2,154 . 10-4 . T . Ln ( 20,9 % / % O2 )




Operação em alta temperatura Temperatura de ativação da célula (> 650 C) Importante em análise de gases de combustão, evitando

condensação de água: Presença de SO2, NOx e cinzas

Possibilita montagem In Situ

Robustos Tempo de resposta baixo

Célula de análise com tempo de resposta baixo (décimos desegundo)

Circuito percorrido pela amostra extremamente curto(instalação in situ ou extrativo próximo) Tempo de resposta típico de 2 segundos

Mais sensível para baixas concentrações




CÉLULA ÓXIDO DE ZIRCÔNIO Deve ser periodicamente substituída (> 1ano) Montagem

Extrativa In Situ – Muito usado, consolidado

INFLUÊNCIAS Temperatura. Quando instalado em altas temperaturas, necessidade

de resfriar para controlar a temperatura.

APLICAÇÕES Monitoração de fornos Monitoração de caldeiras



FotometriaFotometria

Absorção de energiaeletromagnética.

Principais aplicações no processo: Infra-vermelho Ultra-violeta Raios X

Diferentes fenômenos levam aabsorção em diferentes faixas doespectro.

Infra-vermelho Absorção é devida a vibração das

moléculas.

Vibração é resultado de moléculascom hetero-átomos. Cada molécula absorve tem um

espectro de absorção específico

C

O

O



FotometriaFotometria –– Analisador por infravermelhoAnalisador por infravermelho

Espectro Infra-Vermelho Near Infra Red (NIR)

Emprego mais recente: analisadores de umidade e delíquidos orgânicos (diferenciam tipos de hidrocarbonetos)

Infra Red (IR) Mais utilizados

Infra Vermelho Distante

I. V. Próximo Região Fundamental I. V. Distante

0,8 µm 2,5 µm 25 µm 400 µm




Dispersantes (espectrômetro)

Podem trabalhar com mais de uma freqüência /comprimento de onda. Mais comum em instrumentos de laboratório, com o

uso de um prisma. Resultado é um espectrograma Não é necessário conhecimento prévio dos

componentes da amostra. Não-Dispersantes

Não são capazes de trabalhar com mais de umafreqüência / comprimento de onda.

Maioria dos instrumentos de processo. Resultado é absroção num comprimento de onda,

associado a concentração de um componenteespecífico.



FotometriaFotometria –– AbsorAbsorçção de infravermelhoão de infravermelho

Espectro de Absorção de Infravermelho

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Número de onda (1/cm)

T r a n s m i t â n c

i a

CO CO2




Cada molécula possui espectro de absorção

característicos. Alguns componentes apresentam bandas

de absorção sobrepostas.

Necessidade de escolher bandas estreitassem coincidência (filtragem). Absorção de energia é proporcional ao

percurso do feixe de energia. Baixos teores necessitam células maiores.




Fonte de Infravermelho Geralmente elétricas: aquecimento de determinada

substância pela passagem de corrente elétrica, fazendo comque a mesma emita radiação infravermelha

Sistema Óptico Janelas transparentes ao infravermelho Filtros de sensibilização e de interferentes

Sólidos Gasosos Detectores

Célula fotocondutora Térmicos Pneumáticos

Chopper Modula a radiação da fonte. Pode ser utilizando para alternar

radiação pela câmara de amostragem e de referência ou paraevitar deformações nos sensores.



FotometriaFotometria –– Detectores InfravermelhoDetectores Infravermelho

Térmicos Termopar

Corpo negro se aquece com radiação IR e um termopar faz amedição deste aquecimento

Bolômetro Placa de platina com uma das superfícies enegrecidas tem sua

resistência elétrica alterada. Termistor

Semelhante ao bolômetro, utilizando um semicondutor que temsua resistência alterada com a temperatura Pneumáticos

Gás absorve radiação, alterando sua temperatura econsequentemente sua pressão. A variação de pressãotermina por movimentar um diafragma.

Sensor mede movimentação do diafragma. Célula de Goley: O movimento é detectado por um sistema óptico. Microfônico ou capacitivo: O diafragma funciona como uma das

placas de um capacitor. O movimento altera a distância entre asplacas e consequentemente o valor de capacitância.



FotometriaFotometria

Algumas aplicações do infravermelho Umidade (acima de 10 ppm) Unidade de Geração de Hidrogênio

Conversão pela medição de metano na saída doreformador;

Pureza do H2 pela medição de CO e CO2 Sistemas Contínuos de Monitoração de Emissões

CO, CO2, NOx Caracterização de produtos com NIR

Octanagem, PVR, etc...

Fotometria UV H2S, e outros compostos sulfurosos



CromatografiaCromatografia

Método físico de separação Fase estacionária e fase móvel

Substâncias diferentes apresentamdiferentes solubilidades (adsorção) na fase

estacionária. Diferentes tempos de eluição

Tempo que o componente leva para atravessar acoluna cromatográfica

Classificação de acordo com as fases móvele estacionária




Gás/LíquidoGás/Líquido Gás/SólidoGás/Sólido

CROMATOGRAFIACROMATOGRAFIA

FASE GASOSAFASE GASOSA FASE LÍQUIDAFASE LÍQUIDA FLUÍDO SUPER-CRÍTICOFLUÍDO SUPER-CRÍTICO

PapelPapel ColunaColuna Camada FinaCamada Fina

Líquido/Líquido

Líquido/Líquido

Líquido/Sólido

Líquido/Sólido

Permeaçãode Gel

Permeaçãode Gel

TrocaIônicaTrocaIônica

LíquidoLíquido SólidoSólido




GC ( Gas Chromatography): Fase móvel gasosa Fase estacionária:

CLG – Gas-Liquid Chromatography

Diferença de solubilidade

CSG – Gas-Solid Chromatography Diferença de adsorção

Sólido granulado seco; Grãos em líquido; Parede da coluna;




Componentes Gás de arraste (regulador de pressão e

controlador de vazão); Válvulas (sistema de injeção de amostra

e arranjos de colunas); Coluna cromatográfica; Compartimento térmico (forno);

Sistema de detecção;



CromatografiaCromatografia –– GGáás de arrastes de arraste

Diferente dos componentes a serem analisados

Fatores importantes: Disponibilidade; Custo; Efeito na separação;

Efeito no tempo de análise; Efeito no sistema de detecção; Segurança de operação;

Cilindros com reguladores de pressão de 2 estágios Ajuste de vazão por válvula agulha e rotâmetro



CromatografiaCromatografia –– GGáás de arrastes de arraste

(*) influência desconhecida quantitativamente(-) não recomendado

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++Ar

(*)(-)++++++++++++(-)++++++Ne

(*)++++++++++-+++++++(-)++CO2

(*)(-)+++++(-)(-)(-)(-)(-)+CO

(*)+++++++++(-)++++++++++(-)(-)+O2

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++N2

+++++++++++++++++++++(-)+++++++H2

+++++++++++++++++++,+++++

+++++++++He

Brasiln e HECFIDTCD

Tempode

análise

Disponi-bilidade

no

Influên-cia no

valor de

Inérciaquímica

Seguran-ça

CustoSistema de DetecçãoGás deArraste



CromatografiaCromatografia –– Sistema de InjeSistema de Injeçção deão deAmostraAmostra

Introduzir a amostra, vaporizar (amostras líquidas)e conduzir o gás até a coluna

Injeção o mais rápida possível, para evitaralargamento dos picos

Eficiência da separação aumenta com a diminuiçãodo volume da amostra

Ordem de grandeza: Mililitros para gases; Microlitros para líquidos;

Amostra

ColunaGás dearraste

Posição de AnáliseAmostra

ColunaGás dearraste

Posição de Injeção



CromatografiaCromatografia –– ColunaColuna

Empacotadas Enchimento granular; Mais resistente; Possibilidade de regeneração; Menor custo; Pior separação; Até alguns metros;

Capilar Possuem passagem livre no interior, com fase

estacionária na parede da coluna; Podem ou não possuir camada porosa na

parede interna ; Mais frágil; Maior custo; Melhor separação; Grandes comprimentos, instaladas enroladas;

Seleção da coluna pelo fabricante



CromatografiaCromatografia –– ConfiguraConfiguraçção de Colunasão de Colunas

Stripping Reversão do fluxo em uma coluna, para rejeitar

componentes acima de um peso molecular, oufamília de componentes;

Back flush Semelhante ao stripping, mas os componentes

são medidos. Ex.: medição de C6+

Heart cut

Medição ou remoção de um determinadocomponente



CromatografiaCromatografia –– FornoForno

Tempo de eluição depende da

temperatura. Colunas são mantidas em

compartimento isolado termicamente

e com temperatura controlada. Precisão de 0,1 oC Temperatura pode ser programada

para separação de ampla faixa decomponentes



CromatografiaCromatografia –– DetectoresDetectores

Fornecem uma medida da quantidade dos componentesda amostra

Não necessitam ser seletivos Devem apresentar:

Sensibilidade suficiente para medição de todos oscomponentes

Resposta linear em toda a faixa de utilização

Pequeno volume interno Temperatura de operação tal que não haja condensação

Principais detectores utilizados em analisadores deprocesso TCD – Detector por condutividade térmica FID – Detector por ionização de chama FPD – Detector por fotométrico de chama

Podem ser utilizados mais de um detector porequipamento




TCD Baseia-se na diferença de condutividade térmica

entre os componentes e o gás de arraste Não seletivo Detector universal Não destrutivo 500 ppm a 100%

Alguns fabricantes: 1 ppm a 100%

Barato, simples e robusto Mais usado Medição utilizando ponte de Weatstone



CromatografiaCromatografia –– TCDTCD




FID Durante a quebra de ligações H-C, ocorre

ionização da amostra Não seletivo Aplicável apenas a hidrocarbonetos Necessita de O2 e H2 para queima Destrutivo ppb a 10000 ppm

Ótima linearidade Metanador para medição de níveis muito baixos

de CO e CO2



CromatografiaCromatografia –– FIDFID




FPD Compostos de enxofre emitem picos radiaçãoluminosa quando queimados. O FPD detecta a

radiação luminosa no comprimento de onda de394 nm

Seletivo : Compostos com enxofre (H2S, CS2,SO2, COS, mercaptans, ...)

Necessita de O2 e H2 para queima Destrutivo Apresenta muitas limitações, como dependência

da relação O2 /H2

Usar preferencialmente TCD ou FID




Tempo de resposta é da ordem de minutos Analise por batelada Número de componentes influencia

complexidade do equipamento e tempo deresposta

Sucesso da aplicação depende muito dosistema de condicionamento de amostra

Microprocessado, com auto diagnósticos e

auto-calibração Interface de rede, comunicando-se comSDCD, rede de manutenção, casa deanalisadores



pHpH

INTRODUÇÃO Força de um ácido ou base Dissociação iônica:

[H+] e [OH-]

Solução neutra [H+] = [OH-] Solução ácida [H+] > [OH-] Solução alcalina [H+] < [OH-]

Escala de pHpH = - log[H+] em solução aquosa



pHpH

ph Ion Hidrogênio [H+] Ion Hidroxila [OH-]

0 - Ácido 1 0,000000000000011 0,1 0,00000000000012 0,01 0,0000000000013 0,001 0,000000000014 0,0001 0,0000000001

5 0,00001 0,0000000016 0,000001 0,000000017 - Ne utro 0,0000001 0,00000018 0,00000001 0,0000019 0,000000001 0,00001

10 0,0000000001 0,000111 0,00000000001 0,00112 0,000000000001 0,0113 0,0000000000001 0,114 - Alca l ino 0,00000000000001 1



pHpH

Eletrodos de membrana Membrana de vidro semi-permeável

Permeável sobretudo ao íon H+

Transporte de H+ do lado mais concentrado parao menos concentrado gera um potencial elétrico

TEORIA Em = Eo + 2,3 . R . T . Log [aH+]sol. processo

n . F [aH+]sol. Interna Em = K - 2,3 . R . T . pH

n . Fonde K = f (Eo , pH sol.interna)



pHpH

Eletrodos de medição e de referência Potencial no interior da membrana de vidro –saída do eletrodo de medição. Deve ser comparada ao potencial da solução no

processo. Uso de um eletrodo de referência.

Solução de KCL Potencial entre a solução interna e a solução no

processo (potencial de junção líquida) é pequena e

varia muito pouco com a solução de processo.



pHpH

Temperatura

Temperatura de operação: Ideal: entre 10 e 80 oC <10 oC == Alta impedância ordem de 1000 Mohm > 80 oC == Alteração das características da membrana

de vidro

Variação da temperatura Erros de medição Pode ter compensação automática

Revestimento Formação de camada sobre os eletrodos pode gerarerros de medição



pHpH

Fluxo

Sólidos em suspensão e velocidade elevada podemlevar abrasão e quebra dos eletrodos Aterramento

Alta impedância do circuito de medição requercuidados de aterramento e blindagem.

Uso de cabo coaxial blindado no eletrodo de medição Envelhecimento

Erros de medição Auto diagnóstico

Quebra de eletrodos e fiação Envelhecimento Depósito de material nos eletrodos Contaminação

parte 09-b - analisadores

Documents