Instrumentacao Analitica

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Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini” 
Campinas – S.P. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2003 
 
 
 
 
 
Instrumentação Analítica 
 
 
Instrumentação Analítica 
 
 SENAI-SP, 2002 
 
Trabalho elaborado pela 
Escola Senai “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini” 
 
 
 
 
 Coordenação Geral Magno Diaz Gomes 
 
 
Equipe responsável 
 
 
 Coordenação Luíz Zambon Neto 
 
 
 Elaboração Edson Carretoni Júnior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Versão Preliminar 
 
 
 
 
 
 
 
 
SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 
Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini” 
Avenida da Saudade, 125, Bairro Ponte Preta 
CEP 13041-670 - Campinas, SP 
senaizer@sp.senai.br 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 
 
 
Sumário 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema de amostragem 
 
05 
Analisador por condutibilidade térmica 
 
37 
Analisador por combustão catalítica 
 
49 
Analisador de oxigênio por paramagnetismo 
 
57 
Analisador por cromatografia em fase gasosa 
 
77 
Analisador por Absorção de radiação infravermelha 
 
101 
Analisador por condutividade elétrica 
 
125 
Analisador de umidade 
 
137 
Analisador de pH 
 
165 
Referências Bibliográficas 181 
 
 
 
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Sistema de amostragem 
 
 
 
 
 
 
Os sistemas de análise de gases industriais englobam, geralmente, os seguintes 
elementos: 
 
• instrumento de análise ou analisador, equipamento relativamente sofisticado, de 
operação automática e independente, que tem a finalidade de medir uma ou mais 
características de uma amostra do processo, que por ele flui continuamente. 
 
• sistema de amostragem, equipamento pouco sofisticado de operação automática, 
com a finalidade de retirar continuamente do processo uma amostra, enviando-a, 
após preparação, ao analisador. 
 
Os analisadores são construídos, geralmente, de modo a receberem uma amostra 
dentro de certas condições padronizadas de pressão, temperatura, umidade, poeira e 
corrosividade. As condições do gás, dentro do processo, fazem, geralmente, padrões 
estabelecidos para o analisador. 
 
O sistema de amostragem age como elo de ligação entre o processo e o analisador, 
transformando um fluxo gasoso, inicialmente impróprio para análise, em uma amostra 
representativa e perfeitamente mensurável. 
 
Devido à infinidade de processos existentes nas indústrias, existe, conseqüentemente, 
uma variedade de sistemas de amostragem, cada qual adaptado às condições 
peculiares do gás a ser analisado. 
 
Normalmente, existe uma tendência de relegar a um plano secundário de importância, 
o sistema de amostragem, durante a instalação do analisador. Este fato implica na 
existência de uma série de problemas que são atribuídos aos analisadores e, na 
verdade, são provenientes da aplicação inadequada do sistema de amostragem. 
 
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O sucesso da operação de um sistema de análise, no seu todo, está na 
operação adequada e perfeita do seu sistema de amostragem. O sistema de 
amostragem deve fornecer continuamente ao analisador, uma amostra limpa 
e representativa, no tocante às características a serem analisadas. 
 
Quanto aos analisadores atualmente em uso, operam satisfatoriamente, desde que 
corretamente especificados. 
 
 
 Funções de um sistema de amostragem 
 
• um sistema de amostragem deve, geralmente, cumprir as seguintes funções: 
 
• captar, dentro do processo, uma amostra que seja representativa; 
 
• transportar rapidamente a amostra, do ponto de coleta ao analisador; 
 
• permitir a entrada de gases-padrão para aferição e pontos de coleta de 
amostra para análise externa. 
 
• transportar a amostra do analisador para o ponto de descarga. 
 
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A figura acima representa esquematicamente as funções acima relacionadas. 
 
Captação da amostra 
O sistema de captação da amostra, no interior do processo, deve satisfazer algumas 
condições básicas: 
 
• retirar do processo uma amostra que represente, realmente, as condições do 
componente ou característica a ser analisada. 
 
• promover um precondicionamento da amostra, a fim de proteger o sistema de 
transporte da mesma, ao analisador. 
 
 Captação 
A captação de uma amostra representativa é um fator fundamental na precisão geral 
da medição. A expressão amostra representativa, refere-se à característica em 
medição, como concentração de um componente, densidade, viscosidade, capacidade. 
. . As características não analisadas podem ser alteradas, desde que não afetem a 
variável medida. 
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O problema principal de captação de amostra aparece nos processos em que existe 
heterogeneidade com relação ao elemento em análise. É o caso da medição do 
oxigênio residual nas chaminés, ou de outros gases queimados nos processos de 
combustão. A Figura abaixo, mostra um corte efetuado em um duto de gases 
queimados de uma caldeira. Observam-se as diferentes concentrações de oxigênio, de 
acordo com o local considerado. 
 
A Figura acima mostra — Distribuição do oxigênio em um duto. 
 
Estas diferenças são provocadas, principalmente, pelas baixas velocidades existentes 
no interior do duto, permitindo a estratificação do gás junto às paredes, onde as 
velocidades atingem valores muitos baixos. As diferenças de densidade e entrada de 
ar também contribuem para a heterogenizaçâo do fluxo gasoso. 
 
 A captação de uma amostra representativa, nestas condições, é bastante difícil. A 
solução mais simples seria localizar, no processo, um ponto onde houvesse uma 
homogenização natural provocada por algum elemento interno, como um ventilador, 
válvula de controle, placa de orifício etc. 
 
A solução ideal, sob o ponto de vista técnico, é o sistema de amostragem múltipla, que 
consiste em retirar do processo várias amostras em pontos diferentes e promover uma 
mistura homogênea entre elas, de forma a obter uma média aproximada, das 
condições do processo. 
 
O sistema de amostragem múltipla pode ser executado de duas (2) maneiras: 
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• por meio de uma única sonda que possui vários pontos de captação. Ver figura a 
abaixo. 
 
 
A Figura mostra — Sonda de captação múltipla. 
 
Este sistema possui, como vantagem, a simplicidade de construção. Sua desvantagem 
está na falta de controle sobre as vazões de entrada em cada orifício, o que 
comprometerá a média final. 
 
• Por meio de várias sondas colocadas em pontos diferentes. Ver figura a seguir. 
 
 
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A amostra é captada em 2 ou mais pontos , individualmente , e misturada em um 
sistema que permite medir a vazão de cada ponto. 
 
Apesar de mais complexo , este processo de amostragem fornece ao analisador um 
gás com características próximas ás da média existente no processo. 
 
Outros problemas de captação estão relacionados com a alteração das 
características em análise da amostra , por fatores como : 
 
• ação catalítica da sonda sobre a amostra - dependendo do material e da 
temperatura da sonda , pode ocorrer , por exemplo , a queima de alguns resíduos 
de gases combustíveis; 
 
• absorção de algum componente, no caso das sondas, com sistemas de lavagem 
com água e vapor. 
 
 Precondicionamento da amostra 
Nos casos em que a amostra se apresenta em condições adversas de temperatura e 
com impurezas, tornam-se necessários resfriamento e limpeza prévios, antes de a 
mesma ser encaminhada ao analisador. 
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As impurezas, como partículas sólidas, podem ser eliminadas por meio de filtros 
situados na própria sonda. Na sua forma mais simples, a filtragem pode ser executada 
por uma sonda chanfrada na extremidade de captação, conforme mostra a Figura 
abaixo. Nesta sonda, as partículas mais pesadas não penetrarão, devido à velocidade 
dos gases no processo. 
 
 
 
A sonda da figura a seguir, possui um filtrona extremidade de captação dentro do 
processo e, eventualmente, na extremidade externa. O filtro interno protege o próprio 
tubo da sonda contra entupimentos. As desvantagens principais deste tipo de filtragem, 
estão na dificuldade de acesso ao filtro para limpeza e na limitação de uso em 
temperatura acima de 500ºc. 
 
 
 
 
 
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Sonda com filtro interno e externo. 
 
Para temperaturas mais elevadas usa - se a sonda mostrada a seguir, que 
possui somente um filtro na parte externa. 
 
 
 
 
 
 
 
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O material usado no filtro dependerá das condições da amostra, podendo ser uma 
simples tela de aço inoxidável ou elementos sintetizados de bronze, aço inoxidável ou 
cerâmica. 
 
O material da sonda dependerá do tipo de amostra e a temperatura do ponto de 
capitação. 
 
O gás a ser analisado não deverá reagir quimicamente com o material da sonda pois, 
além de alterar suas características, deteriorará rapidamente, a mesma. 
 
A temperatura afeta a sonda de dois (2) modos: 
 
• mecanicamente: podendo comprometer sua resistência estrutural,ocasionando 
empenamentos, rompimentos ou mesmo fusão; 
 
 
• quimicamente: podendo reagir com o gás a ser analisado ou provocar reações 
catalíticas entre os componentes da amostra ou mesmo o rompimento de 
algumas moléculas. 
 
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O aço-carbono comum pode ser usado até uma temperatura da ordem de 
400ºc. Quando houver possibilidade de agir cataliticamente sobre os componentes da 
amostra, como nos gases queimados com oxigênio e combustíveis residuais, a 
temperatura máxima deverá ser limitada em 2000C. 
 
O aço inoxidável do tipo 316, pode ser usado até uma temperatura da ordem de 
750ºc, a não ser que ocorram reações catalíticas na amostra. 
 
Para temperaturas acima de 750ºc e abaixo de 12500C são usadas ligas de aço 
refratário, que apresentam boa resistência mecânica e pouco efeito catalítico sobre a 
amostra. 
 
As ligas mais comuns são: 
 
• Sicro mal (Cl 0,12%; 23% < Cr < 25%; 1,3% < AI < 1,6%) - : até 9000C 
 
• Nimonic (0,2% <Ti <0,6; Ou <0,5%; Mn < 1%; Si < 1%; 0,08% < O 
 < 0,15%; Fe < 5%; 18% < Cr < 21% e Ni o restante-: até 1250~C 
 
• Sanicro 31(O 0,05%; Si = 0,55%; P <0,55%; 5<0,015%; Ou <0,010%; Cr 21%; Ni = 
31%; Ti = 0,35%; Ai = 0,3%; Fe = Balanço). 
 
Para temperaturas até 1.800ºc, são usados materiais do tipo cerâmico, como a 
alumina pura, AI2 03, que não interfere quimicamente com os componentes da 
amostra mas apresenta uma resistência mecânica inferior à das sondas metálicas. 
 
Outro recurso bastante usado na captação de amostras em alta temperatura, é o de 
refrigerar a sonda com água ou vapor. 
 
A figura a seguir mostra uma sonda refrigerada a água. Esta consiste em um 
tubo de aço em cujo interior circula a amostra e na parte externa circula água por meio 
de dois (2) tubos concêntricos. Este tipo de sonda pode ser usado em temperatura de 
até 1800ºc. 
 
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A figura a seguir mostra uma instalação típica desta sonda. A saída da água deve ser 
aberta para a atmosfera e em um ponto superior ao da sonda, a fim de garantir a 
presença da água em seu interior, evitando danos pela alta temperatura, quando 
houver falta de alimentação d’água. Um alarme de baixa pressão permite alertar o 
operador quanto à falta de refrigeração. 
 
A temperatura de saída da amostra é, em apenas alguns graus, superior à 
temperatura da água de refrigeração. Caso a amostra contenha vapor d’água, poderá 
ocorrer à condensação deste vapor, que deverá ser recolhido em um pote e colocado 
no ponto mais baixo da linha de amostra. 
 
A presença de filtros na saida da sonda pode ser a causa de entupimentos freqüentes 
devidos à mistura do pó com a água condensada da amostra, O filtro, portanto, deve 
ser aquecido, evitando a condensaçâo e posterior bloqueio com a lama formada. 
 
 
 
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Um sistema de refrigeração , que evita o entupimento ocasionado pela mistura de 
condensado e amostra com poeira , é o representado abaixo 
 
 
 
 
Este sistema opera como uma pequena caldeira. A água no interior da sonda é 
aquecida até a temperatura de ebulição e o seu vapor é continuamente condensado 
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em sua parte externa, por um resfriador a água ou mesmo a ar. 
 
O filtro é mantido em um compartimento aquecido, pelo próprio vapor, que evita a 
condensação da umidade da amostra. 
 
Como acessório existe um manômetro e uma válvula de segurança, para casos de 
sobre aquecimento. 
Outro tipo de refrigeração é o tipo direto. A água é pulverizada diretamente da 
amostra, dentro da sonda, formando um “SPRAY” que satura completamente o gás. 
Este processo, além de refrigerar a amostra, retira, por meio de lavagem, a maior 
parte das impurezas que ela contém. 
A figura a seguir mostra duas (2) sondas com “SPRAY” de água. O tipo A, lança 
a água em direção contrária ao fluxo da amostra, enquanto, no tipo B, a 
água é pulverizada no mesmo sentido da amostra. 
 
 
 
A água, misturada com as impurezas da amostra, pode ser direcionada, para o interior 
do processo, no caso do “spray” invertido ou, então, pode ser transportado, junto com 
a amostra, até um ponto fora do processo, onde será separa do gás e drenada. 
 
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Quando a amostra contém gases que possam ser absorvidos pela água, como 
o CO2 e S02, o sistema de refrigeração direta deve ser evitado, a não ser que estas 
absorções não alterem a característica em análise, O vapor pode ser usado no lugar 
da água pois, além de refrigerar e limpar a amostra, é usado para retirá-la do 
processo na forma de um ejetor. 
 
Transporte da amostra 
A amostra captada pela sonda, deve ser transportada por meio de tubos até o 
analisador, sem sofrer alteração na característica a ser analisada. 
 
À distância entre o ponto de amostragem e o analisador deve ser a menor possível, 
de modo a reduzir o tempo de resposta do instrumento, a um mínimo. 
 
Normalmente, é transportada uma quantidade de amostra superior às necessidades 
do analisador a fim de diminuir o tempo de resposta. O excesso é desviado para a 
atmosfera, próximo ao analisador. 
 
O diâmetro da linha deve ser escolhido de modo a não introduzir grandes perdas de 
carga e reduzir o volume interno a um mínimo. Os valores usuais estão 
compreendidos entre 1/4”e 1/2”. 
 
O material da linha deve ser compatível com a temperatura, à pressão e 
corrosividade da amostra, além de suportar as condições externas ao longo 
de seu percurso. O aço inoxidável tipo 316 é o material mais usado, sendo, 
também, utilizados outros materiais como; cobre, aço carbono galvanizado 
e PVC. 
A linha de amostragem deve ser estanque a fim de evitar vazamentos ou infiltrações 
de ar, no caso de baixas pressões. 
 
No transporte de amostra, deve ser evitada a condensação de umidade no interior da 
linha, o que causaria restrições ao fluxo ou, mesmo, poderia ocasionar o seu 
bloqueio. O modo mais simples de evitar acúmulo de condensado é dar à linha uma 
inclinação constante, a fim de drená-la para o interior do processo. Neste caso, o 
analisador deverá estar situado em um plano superior ao do ponto de amostragem. 
 
A linha pode ser inclinada, para acumular o condensado em um pote, nas 
proximidades do analisador. 
 
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Aquecendo a linha de amostra com vapor, ao longo de seu percurso, evita-se a 
ocorrência de condensações. Se a característica a ser analisada for a umidade do 
gás e se o ponto de orvalho estiver próximo da temperatura ambiente, o aquecimento 
torna-se indispensável. 
 
NOTA: Ponto de Orvalho é a temperatura que se inicia a condensação do vapor 
d’água. 
 
Condicionamento da amostra 
Condicionar a amostra significa adequá-la a condições de temperatura, conteúdo de 
umidade, concentração da poeira,pressão e corrosivideda em que o analisador foi 
projetado. 
 
O condicionamento primário é dado, geralmente, na sonda, a fim de proteger a linha 
de transporte. Temperatura, umidade e poeira são as variáveis que normalmente 
recebem um tratamento prévio na captação. 
 
O sistema de condicionamento pode ser agrupado em um único local, na forma de 
uma cabine ou painel ou, então, pode ter seus elementos distribuídos ao longo do 
percurso da amostra. Normalmente, usa-se uma combinação destes dois (2) 
processos. 
 
A seguir, são mostradas as várias técnicas usadas para se obter uma amostra dentro 
dos parâmetros do analisador. 
 
Temperatura : o condicionamento da temperatura é dos mais fáceis. Por meio 
de aquecedores ou resfriadores de operação simples, consegue-se manter esta 
variável, dentro da faixa requisitada pelo analisador. 
O analisador possui, normalmente, um sistema de aquecimento interno, que mantém a 
célula de análise e amostra em uma temperatura constante e acima da do ambiente. 
Os valores habituais variam entre 40º e 700C. 
Amostras com temperaturas entre 400C geralmente não interferem na operação do 
analisador. 
 
Quando a amostra se apresenta com temperatura elevada, a própria sonda a reduz 
ao nível do ambiente, através de refrigeração indireta com água ou com “spray”, 
também de água, injetado diretamente na amostra. 
 
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Caso a amostra seja captada sem refrigeração, a própria linha de transporte se 
encarregará de reduzir a temperatura a um nível adequado. Pode ser usado, também, 
um resfriador com água, em um ponto qualquer entre a captação e o analisador veja 
na figura abaixo. 
 
 
 
Quando a amostra se apresentar com temperatura baixa em relação à faixa de 
analisador, o que é raro acontecer nas indústrias, podem ser usados aquecedores 
elétricos ou a vapor, caso a linha de amostragem não seja suficiente pra elevar a 
temperatura dentro da faixa ideal. 
 
Existem casos extremos de baixa temperatura, como nas unidades de tracionamento 
do ar, em que a amostra a ser captada, o oxigênio, o nitrogênio, e o argônio está no 
estado líquido e em temperaturas da ordem de 190ºc. A prática comum, nestes 
casos,e de transportar o líquido até um vaporizador elétrico, com controle de 
temperatura automática, onde é vaporizado e aquecido até a temperatura ambiente. 
 
Umidade 
A umidade é outro fator a ser controlado pelo sistema de amostragem. Existem duas 
(2) situações a serem consideradas: 
Amostras secas : as amostras, com ponto de orvalho inferior à temperatura 
ambiente, não requerem nenhum condicionamento prévio. Alguns analisadores, 
entretanto, saturam a amostra, antes da análise, a fim de fixar esta variável. A figura 
abaixo, mostra um saturador de amostra. 
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A saturação é conseguida por meio de borbulhamento do gás, na água destilada. Se 
a temperatura do saturador permanecer constante, o teor umidade será fixo também. 
 
 Amostra úmida : as amostras, com ponto de orvalho superior 
à temperatura ambiente, causam transtornos, devido às condensações ao longo da 
linha de transporte, nos filtros e, eventualmente, no próprio analisador. Estas 
condensações interferem na movimentaçâo da amostra, causando, inclusive, 
entupimento no sistema e danos no analisador. 
 
 
A umidade pode ser reduzida por meios físicos ou químicos: 
• secadores por processo físico : São os resfriadores de gás e filtros de 
adsorção. 
 
• resfriadores de gás : promovem um abaixamento na temperatura do gás 
 até cerca de 500C, condensando, desta forma, uma quantidade de água 
equivalente à diferença entre as umidades absolutas nas temperaturas de entrada e 
saída. Este 
resfriamento pode ser feito de vários modos: 
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Refrigerador de compressor: o gás é refrigerado por meio da evaporação de um fluido 
do tipo “FREON”, em um trocador de calor, O ciclo é mantido por meio de um 
compressor acionado por um motor elétrico. Veja na figura abaixo. 
 
 
 
 
Refrigerador a efeito Pettier : O efeito Pettier é o inverso do efeito “Seebeck”, que rege 
o funcionamento dos termopares. Se no circuito formado por dois (2) metais 
diferentes forem aplicadas uma fonte de tensão contínua, circula uma corrente, que 
provocará o aquecimento de uma das junções e o resfriamento da outra. Dissipando-
se o calor gerado na junta quente, a junta fria pode ser utilizada para abaixar a 
temperatura do gás. Veja na figura a seguir. 
 
 
 
 
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Nota : Normalmente, um abaixamento na temperatura do gás, na ordem de 5ºc, em 
relação á ambiente, é o suficiente para evitar condensações. Se existir algum fluido, 
água, por exemplo, com temperatura nesta faixa, basta um trocador de calor para se 
obter o resfriamento necessário. 
 
Refrigerador a efeito vortex : O ar comprimido, ao ser introduzido tangencialmente no 
interior de uma câmara cilíndrica, cria regiões de temperatura diferentes, devido ao 
efeito de turbilhamento ou “Vortex” gerado pelo movimento do ar. Na periferia da 
câmara, a temperatura se eleva, enquanto que na região central ocorre um 
abaixamento de temperatura, a um valor entre 1º e 5ºc. Veja figura a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Filtro de adsorção : O filtro de adsorção consiste em uma câmara, geralmente de forma 
cilíndrica, cheia de material adsorvente de umidade. A adsorção é um fenômeno de 
condensação na superfície de algumas substâncias especiais. O 
ponto de orvalho de um vapor, em presença destas substâncias, é bem inferior ao 
existente em presença do líquido do próprio vapor.Veja figura a seguir. 
 
As substâncias mais usadas são: 
 
• alumina ativada; 
 
• sílica gel. 
 
Este tipo de secagem pode alcançar valores muito baixos de umidade do gás mas 
apresenta os seguintes inconvenientes: 
 
• pode absorver outros componentes da amostra como o CO2 e SO2, 
apresentando, desta forma, um efeito de separação cromatográfica entre os 
componentes da amostra. 
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• necessita de regeneração periódica, a fim de eliminar a água acumulada. 
 
 
 
• secadores por processo químico : Os processos químicos de secagem da 
 amostra consiste em fazer o gás atravessar um produto que reage ou absorve a 
 água. Os produtos utilizados estão apresentados na tabela abaixo: 
 
 
Este tipo de secador pode eliminar quase que totalmente a umidade da amostra 
porém apresenta as seguintes desvantagens: 
 
• o reagente químico deve ser trocado ou regenerado periodicamente 
 
• o reagente pode combinar quimicamente com outros elementos da amostra, 
FÓMULAS REAGENTES ABSORVENTES OUTROS ELEMENTOS QUE 
REAGEM ALÉM DA ÁGUA 
P2 O5 
H2 SO4 
Ca CL2 
Ca O 
Mg (CLO4 ) 
PENTÓXIDO DE FÓSFORO 
ÁCIDO SULFÚRICO A 96% 
CLORETO DE CÁLCIO 
CAL VIVA 
PERCLORATO DE MAGNÉSIO 
NH3, CL2, HCL, C2H2, C3H6, C2H2n+2 
CNHM, NH3 
SO2, NH3, HCL 
CO2, SO2, NH3 
CNHM, H2, SO2, NH3 
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 conforme mostra a tabela acima 
 
 
Concentração de poeira 
A eliminação é um dos fatores de maior importância para garantia da continuidade da 
análise. A presença de impurezas na amostra, embora não prejudique a precisão da 
análise, obstrui as tubulações de transporte e pode danificar o 
analisador, caso venha a se acumular no interior da célula ou câmara de análise. 
 
 
A poeira pode ser eliminada por via seca ou úmida: 
 
 • filtragem seca - Esta filtragem é feita, fazendo-se passar a amostra 
 através de um material poroso, geralmente de forma cilíndrica ou plana. 
 
Os materiais mais usados para confecção de elementos filtrantes são: 
 
• papel poroso; 
 
• celulose; 
 
• fibra de vidro; 
 
• fibra de amianto; 
 
• cerâmica porosa; 
 
• carborundum; 
 
• bronze sinterizado; 
 
• aço inoxidável sinterizado. 
 
A forma do filtro dependeda aplicação e do material filtrante.. 
 
A figura a seguir mostra dois (2) tipos de filtros diferentes. O tipo A, possui a 
forma cilíndrica e um cartucho filtrante de cerâmica. O tipo B, tem a 
forma de disco e usa papel poroso como elemento filtrante. O importante é 
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que o volume interno seja o menor possível, a fim de aumentar a velocidade da 
resposta. 
 
 
 
 
Um fator importante a ser considerado nos filtros é a dimensio de seus poros, que 
determina o tamanho das partículas que serão retidas. Os filtros de papel possuem 
poros da ordem de décimos de mícron( µ ), enquanto que os elementos de metal 
sinterizado, podem ter poros da ordem de 100 µ. 
 
 
Outros elementos filtrantes usados na eliminação, de componentes indesejáveis. são: 
 
• carvão ativado: para eliminar vapores de óleo ou solvente; 
 
• óxido de ferro hidratado: para eliminação de ácido sulfí’drico (H2S) 
• hidróxido de sódio: para eliminar CO2 e S02. 
 
 Filtragem úmida — No caso de gases com altas concentrações de pó e 
temperaturas elevadas, usa-se água pulverizada para precipitar as impurezas na 
própria sonda. Este sistema de lavagem pode ser utilizado, também, em um ponto 
qualquer da linha de amostragem. 
A Figura abaixo mostra um sistema de lavagem com água: 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 28 
 
 
Além de eliminar o pó, este sistema reduz a temperatura da amostra e pode, também, 
sugá-la nos casos de pressão baixa. A desvantagem principal está na absorção do 
CO2 e S02 da amostra, alterando suas características. 
 
 Pressão 
Os analisadores são projetados para receber a amostra, dentro de uma faixa de 
pressão, que depende do tipo de célula de análise empregada. 
Os valores habituais estão situados entre 002 kg/cm2 e 5 kg/cm2. 
 
Alguns analisadores possuem redutores de pressão internamente, permitindo 
receber,deste modo, amostras com pressões mais elevadas. 
Nos casos em que a amostra se encontra em pressão diferente da especificada para o 
analisador, são necessários equipamentos auxiliares para trazê-la ao valor desejado. 
 
 
Existem duas (2) situações: 
 
 
• Alta pressão 
 
Instrumentação analítica 
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Pode ser reduzida aos valores especificados para o analisador. A Figura abaixo mostra 
uma válvula reguladora de pressão, que mantêm a pressão de saída constante, 
independente das variações da pressão de entrada. Pode operar com pressões, que 
mantém a pressão de saída constante, independente das variações da pressão de 
entrada. Pode operar com pressões de até 30 kg/cm2. 
Para pressões maiores, usam-se duas (2) reguladoras em série, que podem operar 
com pressões de entrada superiores a 350 kg/cm2. Veja na figura abaixo. 
 
 
 
As reguladoras devem ser instaladas ao ponto de captação a fim de diminuir o tempo 
de resposta do sistema de análise. 
 
A linha de alta pressão deve ser protegida, por meio de válvulas de segurança, que 
protegerão o sistema de amostragem e o analisador, no caso de falha da válvula 
reguladora de pressão. 
 
• Baixa pressão 
 
Quando a pressão for insuficiente para suprir o analisador com um mínimo de vazão 
ou garantir um tempo de resposta curto, torna-se necessário pressurizá-la a níveis 
convenientes à operação correta do sistema. 
 
Os equipamentos utilizados para elevar a pressão da amostra compem-se de: 
• bombas, acionadas eletricamente; ejetores. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 30 
• As bombas mais utilizadas são as de diafragma, devido a simplicidade de sua 
construção e a sua estanqueidade. Veja na figura abaixo. 
 
 
 
O acionamento pode ser feito por motor elétrico ou, então, por meio de 
vibrador eletromagnético. 
 
Outros tipos de bombas são: 
 
- bombas de pistão; 
- bombas de palheta; 
- bombas centrifugas. 
 
Os ejetores são dispositivos que arrastam a amostra por meio de jato de um fluido 
auxiliar veja na figura a seguir. 
Instrumentação analítica 
SENAI 31 
 
 
Os fluidos usados são : 
- vapor; 
- água; 
- ar comprimido. 
 
O ejetor a vapor pode ser usado, tanto na extremidade de captação da 
sonda veja na figura a seguir, como na linha de amostra. O primeiro tipo é mais 
vantajoso pois, além de limpar e refrigerar a amostra na captação, mantém 
o sistema de transporte sob pressão positiva, evitando infiltração de ar. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 32 
 
O vapor usado no ejetor é condensado e retirado do sistema por meio de drenos. 
 
O ejetor de água opera de modo similar ao de vapor, sendo utilizado normalmente na 
linha de amostragem veja na figura abaixo. 
 
 
 
 
O ejetor a ar só pode ser usado na saída do analisador pois altera as características 
da amostra veja na figura a seguir. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 33 
 
 
Corrosividade 
 
Qualquer componente da amostra, que possa reagir quimicamente com os materiais 
usados no sistema de amostragem ou com as partes internas do analisador, deve ser 
eliminado. 
 
O processo de eliminação depende das características do componente perturbador. 
Filtros de adsorção, reagentes químicos, lavagem com água são os processos 
geralmente usados. 
 
A análise de gases com a presença de S02 e S03, comum nos processos de 
combustão, traz o risco da produção de ácido sulfúrico, devido à presença de umidade 
na amostra. 
 
A lavagem do gás com água ou vapor dilui e retira do sistema o ácido sulfúrico ou, 
então, elimina-se a umidade da amostra, evitando-se a formação deste ácido. 
 
A eliminação do ácido sulfídrico, presente em alguns gases como os de coqueria , é 
feita por meio da reação com o óxido de ferro hidratado. 
 
Uma escolha conveniente dos materiais de construção do sistema de amostragem e 
do próprio tipo de analisador, pode evitar a ocorrência de corrosno. 
 
lntrodução de gases de calibração 
 
O sistema de amostragem deve permitir a substituição da amostra por um ou mais 
gases de características conhecidas, a fim de que seja verificada periodicamente a 
Instrumentação analítica 
SENAI 34 
precisão do sistema de análise. 
 
Estes gases de referência são armazenados em cilindros de alta pressão e fazem 
parte do sistema de amostragem, sendo conhecidos como “gases padrão”. 
Um analisador é calibrado, geralmente, com o auxílio de dois (2) gases: 
 
• gás de zero ou de início de escala; 
• gás de faixa ou de fim de escala. 
 
Estes gases devem ser introduzidos no analisador com uma freqüência que dependerá 
da aplicação e do tipo do instrumento de análise. A freqüência pode ser diária, 
semanal ou mesmo mensal. Por este motivo, o processo de troca de gases deve ser 
cômodo e rápido. 
 
O gás-padrão difere da amostra em alguns aspectos: ausência de pó ou impurezas e 
umidade reduzida. O primeiro aspecto é vantajoso pois não altera a precisão das 
medições. O segundo, entretanto, pode induzir a erros de calibração nas medições de 
grande precisão. Este erro pode ser eliminado facilmente, introduzindo-se o padrão em 
um ponto do sistema de amostragem, onde possa ser umidificado. 
 
Outro aspecto a ser considerado é a alteração da amostra pelo sistema de 
condicionamento. Filtros, lavadores e secadores alteram a proporção entre os 
componentes da amostra, como no caso da absorção de CO2 e S02 pelos lavadores a 
água e vapor. Nestes casos, o padrão deve ser introduzido em um ponto do sistema de 
amostragem, anterior a estes elementos perturbadores. 
 
A troca da amostra pelos padrões. Pode ser feita no próprio local, por meio de válvulas 
manuais de bloqueio ou, então, remotamente, por válvulas operadas por solenóides. A 
operação destas válvulas solenóides pode ser manual ou, então, automática, no caso 
de analisadores de calibração automática. 
 
A Figura a seguir mostra um sistema de amostragem com recurso de introdução de 
dois (2) gases de calibração. E ainda uma tomada de amostra, na linha de entrada do 
analisador. Esta tomada permite a retirada de amostras para análise em laboratórios 
ou em outros analisadores para fins comparativos. 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI35 
Descarga da amostra. 
 
Após atravessar o analisador, a amostra pode ser disposta de duas (2) maneiras: 
 
• descarregada diretamente na atmosfera; 
• introduzida novamente no processo. 
 
 
 
 
O primeiro sistema é o mais usado, devido à sua simplicidade e economia. Em alguns 
casos existem dispositivos na saída do analisador, tais como: reguladores de pressão 
de descarga, reguladores de pressão e ejetores. O gás deve ser escarregado em um 
local onde não traga riscos de contaminação, explosão, corrosão etc. 
 
Os gases nocivos ao ambiente ou às pessoas podem ser neutralizados por meios 
químicos, antes de serem liberados. 
 
A amostra só é devolvida ao processo, em alguns casos especiais, como: 
• custo do produto analisado à devolução pode ser econômicamente viável, neste 
caso; 
Instrumentação analítica 
SENAI 36 
• alta periculosidade do produto gases, cuja ação nociva não pode ser neutralizada 
por meios químicos, como os gases radioativos. 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 37 
 
 
Analisador por 
condutibilidade térmica 
 
 
 
 
 
 
O analisador por condutibilidade térmica é um instrumento analítico, que permite 
determinar a concentração de um gás em uma mistura gasosa. 
O método de analise consiste em medir a condutibilidade térmica da amostra, 
relacionando-a à concentração do componente em analise. 
Esta técnica, sugerida inicialmente por Leon Somzee em 1880, tornou-se uma 
realização prática a partir de um modelo desenvolvido por Koepsal em 1908, que foi 
utilizado na determinação contínua da concentração de hidrogênio em uma mistura 
gasosa. 
Devido à sua simplicidade, à velocidade de resposta e à fácil adaptação no controle e 
supervisionamento de processos, esse instrumento é muito utilizado na análise de 
gases industriais. 
 
Teoria de funcionamento 
 
Conceitos fundamentais 
• Calor 
É a energia térmica que se transfere de um corpo para outro, ou entre as partes 
deste, quando houver diferença de temperatura. 
Transferência de calor 
A transferência de calor pode ocorrer através de três (3) modos diferentes: 
- Condução 
- Convecção 
- Radiação 
 
Qualquer que seja o processo, o calor se propaga espontaneamente de um ponto de 
maior temperatura para outro de menor temperatura. 
 
• Condução 
Instrumentação analítica 
SENAI 38 
Nesse processo o calor é transmitido de molécula a molécula por meio de agitação 
molecular. A molécula com temperatura mais elevada, ou seja, com vibração mais 
intensa, transfere sua energia a uma molécula vizinha, que esteja com temperatura 
mais baixa e assim sucessivamente para outras moléculas. Este tipo de propagação é 
comum a qualquer meio material sólido, líquido ou gasoso. 
 
• Convecção 
A convecção consiste no transporte de energia térmica de uma região para outra, 
através do deslocamento da matéria, portanto, sendo possível ocorrer apenas nos 
líquidos ou gasosos. 
 
• Radiação 
Na radiação o movimento vibratório das moléculas gera ondas eletromagnéticas, 
devido à natureza elétrica das partículas que as constituem. Essas ondas de 
intensidade e freqüência proporcional ao estado vibratório das moléculas, de 
propagam mesmo na ausência da matéria e podem ser absolvidas de modo inverso à 
geração, constituindo-se, portanto, em um processo de transferência de energia. 
 
• Condutibilidade térmica 
Fourrier, 1822, definiu que em regime estacionário, o fluxo calorífico, num material 
homogêneo é dado pela equação: 
 
Ø = S . θ 
 e 
Onde: 
Ø = fluxo Calorífico 
K = coeficiente de condutibilidade térmica em Kcal/h.m².ºC/m 
S = área da secção transversal em m² 
θ = diferença de temperatura em ºC 
e = espessura em m 
 
Por essa explicação, observa-se que o fluxo calorífico depende não só das 
dimensões físicas e diferenças de temperatura, mas também de uma característica 
física própria do meio onde se processa a transferência de calor, que é 
condutibilidade térmica. 
Define-se, então, condutibilidade térmica como a capacidade da matéria de conduzir 
calor, com menor ou maior facilidade. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 39 
• Condutibilidade Térmica dos gases 
A tabela abaixo, mostra a condutibilidade térmica de alguns gases, em valores 
absolutos (Kr), os quais são calculados a partir da expressão: 
 
Kr = K gás 
 K ar 
Onde: 
Kr = condutibilidade térmica relativa do gás 
K gás = condutibilidade térmica do gás em Kcal/h.m².ºC/m 
K ar = condutibilidade térmica do ar em Kcal/h.m².ºC/m 
 
 
k - (kcal/h.m.ºC) Kr 
GÁS FÓRMULA 0ºC 100 ºC 0 ºC 100 ºC 
Ar Atmosférico - 0,0192 0,0245 1,000 1,000 
Argônio Ar 0,0136 0,0178 0,709 0,727 
Dióxido de Carbono CO2 0,0118 0,0178 0,614 0,727 
Dióxido de Enxofre So2 0,0066 - 0,344 - 
Hélio He 0,1195 0,1434 6,223 5,853 
Hidrogênio H2 0,1367 0,1722 7,119 7,029 
Metano CH4 0,0253 - 1,318 - 
Monóxido de Carbono CO 0,0185 - 0,964 - 
Nitrogênio N2 0,0196 0,0249 1,021 1,016 
Oxigênio O2 0,0200 0,0259 1,042 1,057 
Condutibilidade térmica absoluta e relativa de gases industriais 
 
Observe que a condutibilidade térmica aumenta com temperatura, na faixa de 0 ºC a 
100 ºC. 
• Condutibilidade térmica de uma mistura gasosa 
A condutibilidade térmica de uma mistura gasosa depende do tipo e da concentração 
de seus componentes. Pode ser calculada, dentro de um desvio médio de dois (2) por 
cento pela seguinte equação: 
 
 
 
 
 
Km = Σ Kiji (Mi)1/3 
Instrumentação analítica 
SENAI 40 
 Σ ji (Mi)1/3 
 
Onde: 
 
Km = Condutibilidade térmica da mistura 
Ki = Condutibilidade térmica de cada gás 
ji = fração molar de cada gás 
Mi = massa molar de cada gás 
 
 
Principio de operação: 
Essa técnica consiste em relacionar a concentração do gás componente em análise 
com a condutibilidade térmica da mistura gasosa. 
 
 
 
 
Nesse princípio de operação é utilizado um circuito de medição que opera por 
comparação consistindo na sua forma mais simples, de duas (2) câmaras idênticas, 
conectadas nos braços adjacentes de uma ponte de Wheatstone, conforme figura a 
seguir. Uma das câmaras (M) é a de medição; nesta circulará a amostra, enquanto a 
outra câmara (R) é a de referência, onde um gás de características térmicas 
constantes pode ser selado ou circular continuamente. Este tipo de arranjo compensa 
parcialmente as variações de temperatura externa às câmaras. 
 
 
 
 
 
 
Circuito de medição 
Instrumentação analítica 
SENAI 41 
Quando as duas (2) câmaras contiverem o mesmo gás, por exemplo, o N2, 35 
filamentos aquecidos, que perdem calor no sentido das paredes internas das 
câmaras, estarão na mesma temperatura. Dessa forma, a ponte estar eletricamente 
equilibrada não havendo assim nenhuma indicação em “A”. Se fizermos circular pela 
câmara de medição uma mistura de H2 e N2, a temperatura do filamento de medição 
ficara menor que a temperatura da câmara de referência, pois a condutibilidade 
térmica dessa mistura e maior que a do N2. Assim sendo a ponte será eletricamente 
desequilibrada, aparecendo então uma corrente em “A”. A escala do medidor poderá 
assim ser calibrada em %Vol H2, Observe, porém, que esse dispositivo mede a 
diferença de condutibilidade térmica entre os gases das duas (2) câmaras. 
 
Os circuitos de medição são configurados de acordo com o número e a disposição 
elétrica das câmaras de medição e referência na ponte de Wheatstone. O circuito 
mais comumente empregado é o alternado com quatro (4) câmaras, mostrado na 
Figura abaixo, que apresenta, como maior vantagem entre as demais configurações, 
a de ser mais sensível para qualquer tipo de componente analisado. 
 
 
 
Circuito em ponte alternada com quatro (4) câmaras 
 
As câmaras de medição e referencia são projetadas de forma a minimizar as perdas 
de calor por convecção e radiação, uma vez que o filamento deve perder calor 
Instrumentação analítica 
SENAI 42 
apenas por condução no gás. Essas câmaras podem ser encontradas sob três (3) 
formas diferentes,de acordo com o modo, pelo qual o gás é admitido no interiorda 
câmara. São elas: 
• Difusão. 
• Convecção. 
• Fluxo direto. 
 
 
 
Câmara de Difusão 
 
 
 
Câmera de Convecção 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 43 
 
Câmara de fluxo direto 
 
Métodos da medição 
Os métodos de medição mais freqüentemente utilizados são: 
• Medição Direta. 
• Medição Diferencial. 
A medição direta é aquela em que a amostra é introduzida diretamente na câmara de 
medição, conforme fig. 2 mostrada anteriormente. É aplicada fundamentalmente na 
medição da amostras binárias, ou seja, compostas por dois (2) componentes. Porém 
esse domínio de aplicação pode ser estendido para análise em misturas complexas, 
desde que estas tenham comportamento binário do ponto de vista da condutibilidade 
térmica. Esta condição é possível, desde que, a variação dos diversos componente 
seja interdependente. A tabela abaixo mostra alguns exemplos de aplicações, bem 
como o gás de referência, bem como o gás de referência apropriado. 
 
Amostra Gás de referência 
H2 em O2 O2, ar ou H2 
H2 em N2 H2, N2 ou ar 
H2 em ar H2 ou ar 
NH3 em ar Ar 
Co2 em ar, N2 ou gás de combustão ar 
Exemplos de explicações do método de medição direta 
 
A medição diferencial é a técnica em que a amostra é introduzida na câmara de 
medição, passa por um dispositivo de tratamento para em seguida circular na câmara 
de referência. Veja figura a seguir. É aplicada no caso de analise em misturas 
complexas quando a variação dos componentes da amostra forem independentes, ou 
excepcionalmente térmicas muito próximas. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 44 
Circuito de Medição Diferencial 
 
 
Nesse Processo, também conhecido de dupla passagem, o sinal de saída da ponte e 
resultante da comparação da amostra antes e depois de sofrer um tratamento 
específico, onde o componente analisado e retido ou modificado quimicamente. A 
tabela abaixo mostra alguns exemplos de aplicações, acompanhados do tratamento, 
respectivamente. 
 
 
Amostra Tratamento 
NH3 em N2 e H2 Absorção de NH3 
O2 em N2 ou O2 em gás de combustão 
(adicionando-se H2) 
 
Conversão de O2 para H2O 
O2 em H2 e CO Conversão de O2 para H2O 
(em condições de combustão controlada) 
 Exemplos de aplicações do método de medição diferencial 
 
Aplicação 
O analisador por condutibilidade térmica, pode ser encontrado nos mais variados tipos 
de processos industriais tais como: fracionamento do ar, alto-forno, conversor, síntese 
do amoníaco e fornos. 
 
Exemplo de aplicação 
Em condições normais de operação, o hidrogênio no gás de alto forno (um dos sub - 
produtos), devido à dissociação da água contida no ar soprado, deve permanecer em 
torno de 1,5%. 
Instrumentação analítica 
SENAI 45 
O monitoramento da concentração de hidrogênio a partir da malha de registro e 
alarme mostrada na figura abaixo, permite aos operadores, tomarem medidas 
corretivas no caso da penetração de água no interior do alto-forno, ocasionada por 
vazamento no sistema de refrigeração. Nesta situação, as condições operacionais do 
forno são afetadas, pois parte da energia destilada à redução dos minérios será 
consumida para dissociação da água. 
 
 
 
Malha de Registro a Alarme de Hidrogênio do Gás de Alto-Forno 
 
O sistema da amostragem foi projetado de maneira a suprir simultaneamente ao 
analisador de hidrogênio e ao cromatógrafo. A figura a seguir mostra o desenho de 
sistema de amostragem. 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 46 
Sistema de Amostragem do Analisador de Hidrogênio 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 47 
O Sistema de Amostragem é responsável pelas seguintes funções: 
 
• Captar a amostra; duas (2) sondas operam alternativamente, assegurando 
uma amostragem continua. 
• Transportar a amostra; uma tubulação de material e diâmetro apropriado leva 
o gás desde o ponto de captação ate a sala dos analisadores. 
 
• Condicionar a amostra; devido ao alto grau de partículas sólidas em 
suspensão, umidade e baixa pressão, um completo sistema de condicionamento 
filtra, bombeia, desumidifica, regula a pressão e vazão, adequando a amostra a 
padrões físicos necessários para uma operação continua e precisa do analisador. 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 49 
 
 
Analisador por combustão 
catalítica 
 
 
 
 
 
 
O analisador por combustão catalítica é um instrumento de análise que permite 
determinar a concentração de oxigênio, vapores e gases combustíveis em uma 
mistura gasosa, relacionando-a com o teor do componente em análise. 
 
 
Teoria de funcionamento 
 
Conceitos fundamentais 
Combustão 
Combustão é uma reação química entre um combustível e um comburente resultando 
num intenso desprendimento de energia manifestado sob a forma de calor e luz. 
Essa reação libera, na combustão completa de uma molécula-grama de substância, 
uma certa quantidade de energia, denominada de calor de combustão, 
exemplificada a seguir: 
 
CH4 (g) + 202 (g) CO2 (g) + 2H2O + 211.600cal (25ºC) 
 
O calor de combustão de CH4 (metano) é 211.600cal-mol a 25ºC 
 
As substâncias empregadas como combustíveis são geralmente derivadas do 
petróleo e de gases industriais. O oxigênio puro ou contido no ar atmosférico age 
como comburente. 
Combustível e comburente não entram em combustão na temperatura ambiente e na 
pressão atmosférica, uma vez que a velocidade da reação é muito baixa. Para que 
ocorra a combustão é necessário criar condições que aumentem a velocidade de 
reação e provoquem um processo desencadeador e auto-sustentável. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 50 
Fatores que influencia na velocidade da reação de combustão: 
 
Temperatura de Ignição: 
A temperatura na qual se observa uma atividade molecular suficiente para dar início à 
combustão é denominada de Temperatura de Ignição . 
Cada gás ou vapor apresenta uma temperatura de ignição. O vapor dessa 
temperatura depende da pressão e do meio ambiente. A tabela abaixo mostra a 
temperatura de ignição para alguns gases, em mistura de ar e na pressão 
atmosférica. 
 
Combustível Fórmula Temperatura de Ignição 
(°C) 
Hidrogênio H2 570 
Monóxido de carbono CO 630 
Metano CH4 580 
Propano C3H8 480 
 Temperatura de ignição de combustíveis em mistura de ar e na pressão atmosférica 
 
 
Concentração dos reagentes : 
Combustível e comburente devem estar presentes numa mistura em concentrações 
que a partir da temperatura de ignição, se inflame e se torne auto-sustentável, Isto é, 
mesmo que a fonte de ignição seja retirada. 
A relação entre os reagentes esta compreendida numa faixa delineada entre dois 
limites, conhecidos como, limite inferior de explosividade (LIE) e limite superior de 
exlposividade (LSE).Acima e abaixo desses limites não é possível a combustão. A 
figura a seguir ilustra essa definição: 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 51 
 
Representação dos limites inferior e superior de explosividade 
 
Catálise 
Catálise é toda reação química em que toma parte um catalisador. 
Catalisador é uma substância que, estando presente em uma reação química, 
modifica a velocidade da reação sem sofrer qualquer alteração permanente na sua 
composição química e na sua quantidade. No caso da combustão, o catalisador 
acelera a velocidade da reação, caracterizando-a assim como uma catálise positiva 
 
 
Princípio de operação 
 
O analisador por combustão catalítica emprega uma das técnicas de medição do 
calor de combustão a qual consiste em medir a variação da resistência elétrica de um 
filamento construído de platina. A realização prática dessa técnica é obtida por um 
circuito elétrico sob forma de ponte de Wheatstone. 
A figura a seguir demonstra esse circuito de medição, que é constituído por dois (2) 
filamentos conectados em braços adjacentes da ponta. 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 52 
 
Circuito de medição 
 
 
Um dos filamentos e catalisado (*) e instalado no interior de uma câmara denominada 
de câmara de medição (M) , enquanto que o outro não é catalisado, sendo instalado 
no interior de uma câmara denominada de câmara de compensação(C). Esta ultima 
torna a ponte insensível às alterações das propriedades físicas da amostra 
(condutibilidade térmica, calor especifico) e da temperatura externa, pois a 
temperatura dos filamentos é afetada simultaneamente e na mesma proporção. 
A amostra, antes de ser introduzida nas câmaras, e misturada com um fluido auxiliar 
numa proporção suficiente para queimar todo componente a ser analisado. Essa 
proporção depende do tipo de componente a analisar e do volume de amostra que é 
misturado. Se o gás em medição for um combustível, o fluido auxiliar e o ar, e se for o 
oxigênio (02) emprega—se o hidrogênio (H2). 
 
Para explicar o funcionamento do circuito, consideremos que o componente a ser 
analisador seja o metano contido em uma mistura composta de metano e nitrogênio. 
Quando a concentração de metano for 0%, as temperaturas nos dois filamentos são 
iguais, pois a mistura em ambas as câmaras não e combustível. Nesta situação a 
ponte permanecerá em equilíbrio. Quando a concentração de metano for superior a 
0% a mistura em contato com o filamento catalisado da camara de medição (M), entra 
em combustão elevando a temperatura desse filamento. Na câmara de compensação 
(C),a temperatura do filamento não catalisado permanecera inalterada, pois, não se 
processara a combustão. Dessa forma os dois filamentos ficam sujeitos a 
Instrumentação analítica 
SENAI 53 
temperaturas diferentes, provocando um desequilíbrio elétrico na ponte. A escala do 
medidor “A”, pode então ser graduada em %Vol de metano. 
 
Quanto a analise de oxigênio, o processo e o mesmo,utilizando-se 
porém o H2 como fluido auxiliar. 
 
As câmaras são projetadas de tal maneira que a mistura gasosa entre em contato 
com os filamentos de medição e compensação simultaneamente. Pode-se distinguir 
três tipos de câmaras: 
 
- Câmara de difusão. 
- Câmara de convecção. 
- Câmara combinada. 
 
Filamento que recebeu um tratamento específico para agir como catalisador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 54 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Câmara de Difusão 
Câmara de Convecção 
Câmara combinada 
Instrumentação analítica 
SENAI 55 
Aplicação 
 
O analisador por combustão catalítica pode ser usado em dois tipos de aplicação: 
- Analise de oxigênio. 
- Analise de gases e vapores combustíveis. 
 
A analise de oxigênio por combustão catalítica é atualmente uma técnica pouco 
empregada, uma vez que existem outros métodos de medição de maior aceitação por 
parte de fabricantes e usuários. É na análise de gases e vapores combustíveis que o 
analisador por combustão catai3:tica encontra o seu campo ideal de aplicação. 
 
Exemplo de Aplicação: A unidade de moagem do processo de dessulfuração do gusa 
em uma aciaria, trabalha com carbureto de cálcio (CaC2). Essa substância deve ser 
mantida afastada da água, pois o acetileno é um dos produtos da reação desses dois 
componentes. O acetileno (C2H2) é um gás extremamente explosivo. A presença 
desse gás pode colocar em risco não só a instalação como a segurança das pessoas 
que trabalham na unidade. A água, neste processo, prova principalmente da umidade 
presente no ar e de produtos adicionados ao carbureto de cálcio. A fim de minimizar o 
contato entre a égua e o carbureto de cálcio, o ambiente, onde esse produto é 
processado, e pressurizado. 
 
 
Sistema de segurança da unidade de dessulfuração 
 
 
O sistema de segurança da unidade, mostrada na figura acima, é composto por treze 
analisadores de acetileno por combustão catalítica, instalados em pontos estratégicos 
da unidade. Esses analisadores, além de alertar o operador quando a concentração 
Instrumentação analítica 
SENAI 56 
de acetileno atinge a O,5%, aumentam a quantidade de nitrogênio de purga. Caso 
essa providência não abaixe os níveis de acetileno, a unidade é automaticamente 
desenergizada assim que a concentração ultrapassar a 1%. Esta medida suprime as 
fontes de ignição diminuindo o risco de explosão, mesmo que a concentração de 
acetileno ultrapasse o seu limite inferior de explosividade que é de 2,3%. 
 
Sistema de amostragem do analisador de acetileno 
 
O sistema de amostragem para cada analisador, mostrado na figura acima, 
responsável pelas seguintes funções 
 
 
- Captar a amostra; as sondas são instaladas em pontos onde exista maior 
possibilidade de formação de C2H2. 
 
 
- Transportar a amostra; tubos de material e diâmetro compatível, levam o 
gás de amostra até o analisador. 
 
 
- Condicionar a amostra; como no ponto de captação o gás esta a pressão 
atmosférica, utiliza-se um ejetor apos o analisador para succionar a amostra. 
Um filtro retira as partículas sólidas em suspensão arrastadas junto com o 
gás. 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 57 
 
 
Analisador de oxigênio por 
paramagnetismo 
 
 
 
 
 
 
Os analisadores por paramagnetismo são instrumentos analíticos que permitem 
determinar a concentração de oxigênio em uma mistura gasosa. 
 
O método de medição específico para análise de oxigênio consiste no aproveitamento 
de uma propriedade desse gás, que é a sua excepcional sensibilidade com um campo 
magnético. Outros gases com óxido nítrico e o dióxido de nitrogênio apresentam 
também esta característica, porém em menor proporção, além de serem pouco 
comuns na maioria dos processos. 
 
Essa técnica , experimentada a partir das pesquisas de MICHAEL FARADY no século 
passado, recebeu constantes aperfeiçoamentos até que, por volta de 1940, LEHER 
na Alemanha e DYER nos Estados Unidos desenvolveram os primeiros analisadores 
para medição contínua em processos. 
 
 
Teoria de funcionamento 
Conceitos fundamentais 
 
Campo magnético - origem e interação com a matéria: 
 
Campo magnético é a região definida do espaço onde atuam forças de natureza 
magnética. Da mesma maneira que um corpo está submetido às ações do campo 
gravitacional terrestre, o que sujeita a uma força peso, uma massa magnética 
puntiforme (*) colocada sob a ação de um campo magnético, fica sujeita a ação dessa 
força magnética. 
Massa magnética puntiforme é aquela contida em uma região polar cujas dimensões 
possam ser desprezadas ou, em outras palavras, a região polar tem forma ou 
aparência de um ponto. 
Instrumentação analítica 
SENAI 58 
Matematicamente, o fenômeno pode ser expresso pela relação:- 
 
m
F=H 
Onde:- 
H = intensidade do campo magnético, em N/Weber (MKS) 
F = força magnética, em N (MKS) 
m = massa magnética puntiforme, em Weber (MKS) 
 
O campo magnético pode ser gerado por:- 
- uma carga elétrica que se desloca no espaço ou em um condutor. Veja a fig. a. 
- um imã, natural ou artificial. Veja a fig. b. 
 
(a) Campo magnético
gerado por uma carga
elétrica em movimento.
(b) Campo magnético
gerado por um imã.
H
H
H
H
H
H
SN
H
H
H
V
q
 
Campo magnético 
 
Como o campo magnético não é uma substância física, a propagação do campo 
magnético no espaço é representada por linhas imaginárias, denominadas de "linhas 
de força", as quais são comprovadas por meio de ensaios com limalha de ferro e com 
outros métodos mais avançados. 
 
O campo magnético apresenta um comportamento próprio no vácuo, sendo esse, 
significantemente alterado quando as linhas de força se propagam num meio material, 
seja ele sólido, líquido ou gasoso. 
 
As linhas de força de campo magnético, que se propagam em uma substância, 
podem ter sua densidade aumentada ou diminuída em relação ao vácuo. Estas 
alterações ocorrem devido a interações entre o campo magnético gerado pelas 
partículas subatômicas. 
Imantação - intensidade de Imantação: 
Instrumentação analítica 
SENAI 59 
 
Imantação é o processo pelo qual um corpo não magnetizado adquire propriedades 
magnéticas. Um dos processos pelo qual uma substância pode ser imantada, é a 
indução magnética. Esteprocesso consiste em aproximar um corpo magnético a um 
corpo não imantado. 
 
A intensidade de Imantação é uma grandeza que define o grau de Imantação, a que a 
substância imantada foi submetida, sob efeito de indução magnética. 
 
 
Suscetibilidade magnética - permeabilidade magnética 
 
Suscetibilidade magnética é a capacidade de magnetização que uma substância 
apresenta, sob efeito de um campo magnético indutor. Matematicamente é expressa 
pela relação: 
 
OH
I=x 
Onde:- 
X = suscetibilidade magnética em N/A2, (MKS) 
I = intensidade de magnetização, em Weber/m2 (MKS) 
H0 = intensidade do campo magnética indutor no vácuo em A/m (MKS) 
 
Nota: 
 
A
m
N
=
Weber
, no sistema MKS. 
 
Permeabilidade magnética é a capacidade de uma substância para conduzir linhas de 
força magnética. Pode ser relacionada com a suscetibilidade magnética pela 
expressão:- 
 
x1 +=µ 
 
Onde:- 
m = permeabilidade magnética 
x = suscetibilidade magnética 
Classificação das substâncias magnéticas 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 60 
Dependendo da afinidade das substâncias para um campo magnético, podemos 
classificá-las em: 
 
Substâncias paramagnéticas: são aquelas que têm suscetibilidade magnética 
positiva e constante. Um corpo paramagnético exposto a um campo magnético não 
uniforme, conforme figura abaixo, apresentará as seguintes propriedades: 
- concentrará sobre ele as linhas de força do campo magnético. 
- sofrerá uma força no sentido de maior densidade das linhas de força do campo 
magnético, pois o campo magnético indutor provoca uma Imantação no mesmo 
sentido. 
 
Comportamento de um corpo paramagnético 
 
Substâncias diamagnéticas: são aquelas que têm suscetibilidade magnética 
negativa e constante. Um corpo diamagnético exposto a um campo magnético não 
uniforme, conforme figura abaixo, apresentará as seguintes propriedades:- 
- dispensará as linhas de força do campo magnético. 
- sofrerá uma força no sentido de menor densidade das linhas de força do campo 
magnético, pois o campo magnético indutor provoca uma Imantação de sentido 
contrário. 
 
Comportamento de um corpo diamagnético 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 61 
Substâncias ferromagnéticas: são aquelas que têm suscetibilidade magnética 
positiva, mas não constante: a sua suscetibilidade é a função do campo indutor. O 
comportamento de um corpo ferromagnético, mostrado na figura abaixo, é 
semelhante a um corpo paramagnético, porém numa proporção milhares de vezes 
maiores. 
 
 
Comportamento de um corpo ferromagnético 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 62 
Suscetibilidade magnética dos gases 
A tabela a seguir mostra a suscetibilidade magnética de alguns gases em termos 
relativos, em uma escala onde as referências foram tomadas, arbitrariamente, como 
sendo o nitrogênio e o oxigênio. 
 
Gás Fórmula Porcentagem 
Acetileno C2H2 0,24 
Água (vapor) H2O 0,02 
Amônia NH3 0,26 
Argônio A -0,22 
Cloro Cl2 -0,77 
Dióxido de Carbono CO2 -0,27 
Dióxido de Nitrogênio NO2 +28,00 
Etano C2H6 -0,46 
Hélio He +0,30 
Hidrogênio H2 +0,24 
Metano CH4 -0,20 
Monóxido de Carbono CO +0,01 
Nitrogênio N2 0,00 
Óxido Nítrico NO +43,00 
Óxido Nitroso N2O -0,20 
Oxigênio O2 100,00 
Propano C3H8 -0,86 
Xenônio Xe -0,95 
Suscetibilidade magnética de alguns gases a 20ºC. 
 
 
Lei de FARADY - Efeito Quincke 
 
As substâncias paramagnéticas se comportam como metais magnéticos, isto é, essas 
são atraídas pelo campo magnético, enquanto que as substâncias diamagnéticas são 
repelidas pelo campo. Segundo a lei de Farady, um pedaço de matéria colocado num 
campo magnético não homogêneo, sofre a ação de uma força dada pela relação: 
 
F = (x1 - x2). v. H. (grad. H) 
Onde: F = força 
 x1 = suscetibilidade magnética de substância 
Instrumentação analítica 
SENAI 63 
 x2 = suscetibilidade magnética do meio 
 v = volume da substância 
 H = intensidade do campo magnético 
 grad.H = gradiente magnético. 
 
Se o campo magnético é uniforme, a fórmula anterior fica: 
dF = (x1 - x2). S. H. dH 
 
Onde: dF = derivada de F 
 S = seção 
 dH = derivada de H 
 
Considerando um elemento alongado de seção "S" e de grande comprimento, 
parcialmente colocado num campo magnético, sofrerá uma força: 
 
2
H S. ). x- (x = dH H. S. ). x- (x = F 22121
H
0
∫ 
Da relação anterior, deduziu-se o efeito Quincke, que é a comprovação da ação do 
campo magnético sobre os líquidos e gases. O dispositivo da fig. A e B. permite 
observar esse efeito sobre os líquidos. 
 
(A) Líquido de diamagnético (B) Líquido paramagnético 
 
 
 
Dispositivo para observação do efeito Quincke sobre os líquidos 
 
H = desnível 
A = posição de referência 
 
Constata-se que o líquido é repelido da posição de referência "A" pelo campo se for 
diamagnético e é atraído pelo campo se for paramagnético. 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 64 
O desnível, é dado pela relação: 
 
).g.h.S ' - ( =
2
 H S. ). x- (x 
2
21 ρρ 
 
 
 
)' -2g.(
 H ). x- (x=h 
2
21
ρρ
 
Onde: h = desnível 
 ρ = peso específico do líquido 
 ρ' = peso específico do ar 
 
Com essa relação, podemos calcular não só o desnível, como também a 
suscetibilidade magnética. 
 
Variação da suscetibilidade magnética com a temperatura 
 
A suscetibilidade magnética é influenciada pela temperatura. 
Dentro de uma faixa de temperatura compreendida entre -50ºC e 300ºC, a relação é 
dada pela Lei de Curie, abaixo: 
T
K=X 
Onde: X = suscetibilidade magnética na temperatura T 
 K = constante de Curie 
 T = temperatura, em K 
 
 
Tipos de analisadores 
 
Os analisadores por paramagnetismo são classificados em função da técnica de 
medição da concentração de oxigênio na amostra. Podemos distingui-los em: 
- Analisadores paramagnéticos. 
- Analisadores termoparamagnéticos. 
 
Analisadores paramagnéticos 
 
Os analisadores paramagnéticos baseiam-se na medição da suscetibilidade 
magnética da amostra, por meio da aplicação da lei de Farady. Conforme técnica 
Instrumentação analítica 
SENAI 65 
empregada na medição, pode-se distinguir dois tipos de analisadores: 
- Analisador paramagnético magneto-dinâmico. 
- Analisador paramagnético de efeito Quincke. 
 
 
 
Analisador paramagnético magneto-dinâmico 
 
O analisador magneto-dinâmico é um instrumento cujo princípio de funcionamento 
consiste em relacionar o teor de oxigênio, que é paramagnético, com a força exercida 
sobre um corpo diamagnético imerso num campo magnético não uniforme. 
O elemento sensível do analisador é uma peça móvel, disposta dentro de um campo 
magnético heterogêneo, gerado por um imã permanente, com um campo intenso. 
Esta peça é composta de duas esferas de quartzo cheias de nitrogênio, acopladas 
em forma de um pequeno haltere, mostrado na Figura abaixo. 
 
 
Célula do analisador magneto-dinâmico 
 
Sob a ação do campo magnético heterogêneo, as esferas diamagnéticas sofrem uma 
força que tende a girar o haltere. 
Dependendo da suscetibilidade magnética que circunda as esferas, o campo 
magnético, na posição de repouso do haltere, terá sua densidade de fluxo aumentada 
ou diminuída, o que determinará um aumento de ou uma diminuição da força exercida 
sobre cada esfera. As figuras A e B, mostram o comportamento da esfera, face à 
suscetibilidade magnética da amostra. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 66 
 
Comportamento da esfera em um campo magnético 
O torque, a que o haltere é submetido, é diretamente proporcional à concentração do 
oxigênio na amostra quando esse gás for o único componente paramagnético 
presente. 
O movimento executado pelo haltere pode ser detectado por sistemas óticos e 
ópticos-eletrônicos.A célula de Pauling, mostrada na figura abaixo. apresenta um sistema de medição 
ótico. O haltere é suspenso por um fio de fibra de quartzo e possui, no centro, um 
espelho que serve para refletir o feixe de luz, emitido por uma lâmpada, na direção de 
uma escala translúcida, graduada em porcentagem de oxigênio. O equilíbrio de 
movimento do haltere é dado pela resultante entre o torque gerado pela força 
magnética, e a reação de torção do fio de quartzo. 
 
 
Célula de Pauling 
Instrumentação analítica 
SENAI 67 
 
A célula de Munday, mostrada na figura abaixo, apresenta um sistema de medição 
óptico-eletrônico. Compõe-se de haltere suspenso por uma fita de Platina-Irídio, 
ligada a um fio de platina sob forma de quadro sobre o haltere. No centro há um 
espelho que reflete um feixe de radiação infravermelha emitido por um diodo foto-
emissor, na direção de dois foto-receptores. 
 
 
 
 
 
Célula de Munday 
 
O equilíbrio do haltere é obtido a partir da corrente de compensação ou realimentação 
que circula pelo quadro. Qualquer alteração na suscetibilidade da amostra, provocará 
uma variação de intensidade de radiação recebida pelas foto-células. Esta variação 
modificará a corrente de realimentação a um valor suficiente para que o haltere 
permaneça sempre na mesma posição. 
 
 
Analisador paramagnético de efeito Quincke 
 
O analisador de efeito Quincke utiliza um dispositivo, especialmente construído, onde 
o efeito Quincke é observado e medido. A figura a seguir mostra esse tipo de célula. 
 
Um gás auxiliar (nitrogênio para faixa de medição < 21% e ar para faixa > 21%) 
circula em um circuito tubular que forma uma ponte pneumática. A vazão neste 
Instrumentação analítica 
SENAI 68 
circuito é detectada por um catarômetro (detetor de pequenas vazões). A amostra 
circula a câmara de medição, que está ligada à ponte pneumática por dois tubos de 
interligação. 
 
 
 
 
 
 
 
Célula de efeito Quincke 
 
Quando não há oxigênio na amostra, as contrapressões, nos dois tubos de 
interligação, são iguais. Conseqüentemente, não se estabelece fluxo de gás auxiliar 
pela ponte e, portanto, o sinal de saída do catarômetro permanece inalterado. À 
medida que a concentração de oxigênio aumenta, as moléculas desse gás são 
atraídas por um campo magnético concentrado na direção do lado esquerdo do tubo 
da interligação. 
 
Esse processo provocará contrapressões diferentes nas duas interligações, 
Instrumentação analítica 
SENAI 69 
estabelecendo-se assim um fluxo pela ponte pneumática, que será detectado pelo 
catarômetro. 
 
O campo magnético é proveniente de um eletroímã, alimentado com uma tensão 
alternada de freqüência igual à 8,33 Hz. O sinal de saída do detector é alternado, na 
mesma freqüência do campo magnético, e de amplitude proporcional à concentração 
de oxigênio na amostra. 
 
 
 
Analisadores termoparamagnéticos 
 
Os analisadores termoparamagnéticos, também chamados de termomagnéticos, 
estão baseados na medição do vento magnético. Este fenômeno pode ser obtido pela 
combinação apropriada de um gradiente de temperatura e um campo magnético não 
uniforme que criam um fluxo gasoso proporcional à suscetibilidade do gás. 
Observa-se pela Figura abaixo, que o oxigênio frio é atraído para a região onde a 
intensidade do campo magnético é maior. Devido à presença de um filamento, 
posicionado próximo aos pólos do imã, o oxigênio de aquece reduzindo então a sua 
suscetibilidade magnética. O oxigênio aquecido será deslocado pelo oxigênio frio que 
apresenta maior suscetibilidade magnética. 
Este processo se tornará contínuo, caracterizando assim o vento magnético. A 
intensidade do vento magnético corresponde à suscetibilidade do gás ou à 
concentração de oxigênio na amostra. 
 
 
Vento magnético 
 
Dependendo do método de medição, pode-se distinguir dois tipos de analisadores: 
Instrumentação analítica 
SENAI 70 
- Analisador termomagnético convectivo. 
- Analisador termomagnético Leher. 
 
Analisador termomagnético convectivo 
 
No analisador termomagnético convectivo, o vento magnético é produzido por 
corrente de convecção térmica no gás. A Figura a seguir mostra um tipo de célula 
genérico e o circuito elétrico de medição utilizado. 
 
 
 
 
Célula do analisador termomagnético convectivo 
 
A célula é composta por duas câmaras idênticas, sendo uma medição e outra 
referência. A geometria interna da célula permite que o gás entre no interior das 
câmaras, por difusão. Um ímã permanente, estrategicamente posicionado, concentra 
as linhas do campo magnético sobre o filamento da câmara de medição. Dois 
filamentos idênticos são conectados num circuito elétrico em ponte Wheatstone, 
sendo esta, responsável pela detecção de variações de resistência dos filamentos. 
 
Quando a célula está em funcionamento, uma corrente, proveniente da fonte de 
tensão, circula pelos dois filamentos, dissipando calor. Esse calor é transmitido à 
parede das câmaras por condução, convecção e radiação. As perdas por convecção 
Instrumentação analítica 
SENAI 71 
são ocasionadas por correntes gasosas ascendentes e descendentes, no interior das 
câmaras, provocadas pela variação da densidade do gás quando este é aquecido 
pelo filamento. 
Caso a amostra não contenha oxigênio, a temperatura dos dois filamentos é igual, 
uma vez que não é observado qualquer efeito perturbador sobre as perdas de calor. 
A ponte permanecerá equilibrada eletricamente. 
 
Quando a amostra contém oxigênio, este é atraído para o interior da câmara de 
medição, devido ao campo magnético. Estabelece-se assim o vento magnético, que 
provocará um incremento sobre a corrente convectiva de origem térmica. Este 
aumento de convecção na câmara de medição, reduz a temperatura do filamento 
correspondente, diminuindo sua resistência e, consequentemente, desequilibrando a 
ponte de Wheatstone. A temperatura do filamento da câmara de referência não é 
afetada pela presença de oxigênio na amostra. 
 
As variações de temperatura da célula e propriedades físicas da amostra afetam 
apenas 0,5% do fim de escala. Esta particularidade é devida ao fato de tais 
influências, alterarem simultaneamente a temperatura dos dois filamentos. 
 
Normalmente pela câmara de referência circula o mesmo gás da câmara de medição. 
Há, porém, certos tipos de células que permitem a circulação de gás de referência. 
Este recurso permite eliminar a influência da pressão atmosférica, principalmente com 
analisadores calibrados com supressão de zero. A Figura abaixo ilustra o circuito de 
gás e o circuito elétrico do analisador com gás de referência. 
 
 
 
Analisador termomagnético com gás de referência 
 
O elemento aquecido pode ser um filamento de platina ou um termistor. O fio de 
Instrumentação analítica 
SENAI 72 
platina pode ser revestido por uma fina camada de vidro protegendo-o contra 
corrosão e ação catalítica sobre os componentes da amostra. 
As células de análise, usadas nos analisadores termomagnéticos, variam 
consideravelmente na sua forma física, disposição em relação ao fluxo de amostra e 
número de elementos aquecidos. As Figuras. A e B mostram os dois tipos de células. 
 
 
 
 
 Células de análise do analisador termomagnético 
 
Analisador termomagnético Lehrer 
 
O analisador termomagnético Lehrer utiliza uma célula de análise que gera e mede o 
vento magnético. A célula, mostrada na figura abaixo, é composta de um tubo anelar 
perfeitamente simétrico com derivações para entrada e saída de gás. Na parte 
central, um tubo faz a comunicação entre os dois lados do anel. A fim de evitar efeitos 
gravitacionais sobre o fluxo de gás no tubo, este deve ser montado horizontalmente. 
Nesse mesmo tubo são montados dois enrolamentos,conectados em um circuito de 
ponte Wheatstone. Sobre o enrolamento mais próximo ao anel é direcionado um 
campo magnético proveniente de um imã permanente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 73 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Célula do analisador termomagnético Lehrer 
 
 
Quando circula pela célula uma amostra sem oxigênio, é estabelecido um fluxo igual 
dos dois lados do anel. Como as pressões nos pontos 1 e 2 são iguais, não haverá 
fluxo no tubo de comunicação. A temperatura dos dois enrolamentos será igual e, 
portanto, a ponte permanecerá em equilíbrio. 
Quando for introduzida uma amostra contendo Oxigênio, este será atraído pelo 
campo magnético e entrará no tubo horizontal. Devido à temperatura elevada na 
região do campo magnético, cuja direção do fluxo é da esquerda para a direita. Esse 
fluxo permitirá a renovação de gás no tubo de comunicação . O enrolamento 
esquerdo, que libera calor para aquecer o gás, ficará mais frio que o enrolamento da 
direita desequilibrando eletricamente a ponte de Wheatstone. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 74 
Aplicação 
 
O analisador de oxigênio por paramagnetismo é aplicado, principalmente, em 
equipamentos onde o oxigênio é proveniente da combustão de gases e óleos 
combustíveis com o ar atmosférico. Algumas indústrias utilizam esse analisador para 
análise de oxigênio em processos sem combustão. 
O analisador de oxigênio por paramagnetismo supervisiona ou atua diretamente 
sobre a malha de controle, garantindo ao equipamento uma operação segura e 
econômica. 
 
Exemplo de aplicação 
O craqueamento (quebra de moléculas) é obtido nas refinarias, aquecendo-se o 
petróleo em fornos, conforme mostrado na Figura abaixo. 
 
 
Forno de craqueamento 
 
Nesses fornos o aquecimento é produzido através da queima de misturas 
combustíveis e ar. A relação ar/combustível deve possibilitar o máximo de rendimento 
da combustão, conseguindo-se a temperatura de trabalho com a menor quantidade 
Instrumentação analítica 
SENAI 75 
de combustível possível. Se houver insuficiência de ar para a combustão total, o 
combustível não queimado será perdido. 
Pelo contrário, se houver excesso de ar, ocorrerá um resfriamento do forno, pois o ar 
que não participar da combustão irá retirar parte da energia liberada nessa 
combustão. Para garantir uma operação econômica e segura do forno de 
craqueamento é utilizado aproximadamente 4% de ar em excesso. 
A Figura a seguir mostra o fluxograma da malha de controle de combustão do forno 
de craqueamento. Nessa malha, o analisador por paramagnetismo mede a 
concentração de oxigênio nos gases de chaminé do forno. O sinal de saída do 
analisador é aplicado na estação de razão, determinando assim a relação entre ar e 
combustível. 
 
Fluxograma da malha de controle do forno 
 
O sistema de amostragem do analisador de oxigênio é projetado de maneira a suprir 
o analisador com uma amostra dentro dos padrões estabelecidos pelo fabricante. 
 
A Figura a seguir. mostra o desenho do sistema amostragem, o qual é responsável 
pelas seguintes funções:- 
- Captar a amostra do forno, continuamente, através de um ejetor a vapor. 
Instrumentação analítica 
SENAI 76 
- Transportar a amostra: através de uma tubulação de material e diâmetro apropriados 
que leva a amostra do ponto de captação ao analisador. 
- Condicionar a amostra: através de um lavador que retira todas as partículas sólidas 
em suspensão e um resfriador que retira toda a umidade que amostra possa conter, 
adequando-se aos padrões que o analisador necessita. 
 
 
 Sistema de amostragem do analisador de oxigênio por paramagnetismo 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 77 
 
 
Analisador por cromatografia 
em fase gasosa 
 
 
 
 
 
 
O analisador por cromatografia em fase gasosa é um instrumento analítico, que 
permite determinar a concentração de mais de um componente gasoso em uma 
amostra. 
Método de medição consiste em separar e detectar cada componente, relacionando-
os com o volume total de amostra. 
A cromatografia (do grego chrôma = cor e grafia = escrita) foi utilizada com objetivos 
práticos em 1903, a partir das experiências efetuadas pelo botânico russo Mikhail 
Tswett. O experimento consistia em separar e visualizar, num tubo de ensaio, os 
pigmentos de extrato de planta. 
Essa técnica passou por constantes aperfeiçoamentos até que, em 1952, os 
pesquisadores James e Martin aplicaram, pela primeira vez, o processo 
cromatográfico que, atualmente, é utilizado nos analisadores cromatográficos. 
 
Teoria de funcionamento 
 
Conceitos fundamentais 
Definição e classificação de cromatografia : 
Cromatografia é o processo físico de separação de uma mistura em seus diversos 
componentes. 
O método consiste em transportar a amostra em fase móvel através de um suporte 
denominada fase estacionária ou fase fixa, o qual compõe o mecanismo de 
separação. 
A cromatografia é classificada pela natureza da fase móvel. 
Se a fase móvel é um gás, a cromatografia é chamada cromatografia em fase 
gasosa ou cromatografia a gás. Esta divide-se em : 
Cromatografia a gás-sólido (CGS), na qual a fase fixa é um sólido; 
Cromatografia a gás-líquido (CGL), na qual a fase fixa é um líquido agregado à 
superfície de um sólido. 
Instrumentação analítica 
SENAI 78 
Quando a fase fixa ou estacionária é um líquido, a cromatografia é chamada 
cromatografia em fase líquida ou cromatografia a líquido. 
 
Constituição e método de análise do cromatógrafo em fase gasosa 
A análise por cromatografia é feita a partir de três elementos que desempenham 
funções distintas, mais essenciais para um cromatógrafo. São eles 
 
Introdutor 
Tem a função de introduzir uma quantidade constante de amostra num fluxo contínuo 
de gás de transporte . 
 
Coluna de separação 
Tem a função de separar os diversos constituintes da amostra, conforme a afinidade 
de cada componente para com a fase estacionária, que nela esta contida. 
 
Detector 
Tem a função de detectar os componentes separados pela coluna. 
 
Esses três elementos são aclopados, conforme é mostrado na figura abaixo, e 
instalados no interior de um forno com a temperatura controlada, para garantir a 
estabilidade da análise. Para assegurar o funcionamento desses elementos, são 
associados ao cromatógrafo os seguintes acessórios: 
• fonte de gás de transporte 
• Registrador que reproduz o resultado da análise, sob forma de um cromatograma. 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 79 
representação esquemática de um cromatógrafo em fase gasosa 
 
 
Quando o cromatógrafo esta em funcionamento, um determinado volume de amostra 
é aplicado ao fluxo de gás de transporte através do introdutor. O gás de transporte, 
que flui a velocidade constante pela coluna de separação e detector, empurra a 
amostra até a coluna de separação. Começa então a separação, provocadas pelas 
diferentes velocidades com que os componentes da amostra se deslocam pela 
coluna. Após a coluna, os componentes já separados são transportados até o 
detector, que fornece um sinal proporcional à concentração ou à massa (dependendo 
do tipo de detector) de cada componente na amostra. O sinal de saída do detector é 
registrado numa carta gráfica, sob forma de picos, denominada cromatografia. 
 
Resultados 
A figura a seguir exemplifica o registro gráfico de uma análise feita por um 
cromatógrafo. Por meio da interpretação desse registro, é possível obter os seguintes 
parâmetros: área do pico e tempo de retenção. 
 
 
 
 
 
 
 
Instrumentação analítica 
SENAI 80 
 
 
registro gráfico de uma análise cromatográfica 
 
 
A área do pico permite calcular a concentração de cada componente da amostra, 
separada pela coluna. 
O tempo de retenção é o tempo transcorrido desde a introdução da amostra até o 
valor máximo da altura do pico. Através desse parâmetro