Analisadores

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ANALISADORES INDUSTRIAIS
Discentes: Moisés Sena e Paulo Gabriel
Docente: Ivan Costa
Disciplina: Instrumentação Industrial - ENG433
Sumário
Analisadores industriais: conceito;
Analisadores de gás:
Análise por condutibilidade térmica;
Análise por raio infravermelho;
Análise por paramagnetismo;
Análise de por oxi-zircônio;
Cromatografia;
Análise de líquidos:
Medidor de pH;
Medidor de densidade;
Conclusão
Conceito
Função: fornecimento de dados para controle do processo objetivando:
Manter a segurança;
Otimizar o processo;
Manter/melhorar a qualidade dos produtos fabricados;
Otimizar a manipulação de efluentes do processo.
Sistema de amostra:
Captação;
Transporte;
Tratamento;
Análise;
Descarte.
Conceito
Fluxograma genérico da utilização de um analisador
Analisadores para gases
Permite determinar um dos componentes de uma mistura de gases com base na interação dessa substância com um campo magnético externo.
Susceptibilidade magnética do NO, NO2 e do O2 são destaque;
Grande importância do oxigênio no meio industrial;
	FÓRMULA	GASES	PORCENTAGEM
	O2	oxigênio	100,0
	NO	óxido nítrico	+43,0
	NO2	dióxido de nitrogênio	+28,0
	H2O	água	-0,02
	NH3	amônia	-0,26
	CO2	dióxido de carbono	-0,27
	C3H8	propano	-0,86
	N2	nitrogênio	0,0
Análise por paramagnetismo
Análise por paramagnetismo
Comportamento de um corpo paramagnético:
aumento do fluxo do campo magnético no interior do corpo
Comportamento de um corpo diamagnético:
diminuição do fluxo do campo magnético no interior do corpo
Análise por paramagnetismo
Primeiro analisador industrial paramagnético: 1942 por Hartmann e Braun;
Aplicações:
controle de O2 em gases usados em combustão;
controle da pureza em processos de produção de O2;
controle nos processos de produção de cal, fosfato e cimento;
controle de craqueadores catalíticos, processos de fermentação, produção de polpa e papel etc.;
Análise por paramagnetismo: Efeito Quincke
Analisador pelo Efeito Quincke: baseia-se na interação de oxigênio com o campo magnético formado pelo imã, modificando a pressão em 1, criando um fluxo no Medidor de Microfluxo.
Análise por paramagnetismo: Efeito Quincke
Medidor de Microfluxo:
Termistores T1 e T2 a mesma temperatura quando em estado estacionário;
Ligação em ponte que detecta qualquer variação;
Análise por paramagnetismo: Efeito Quincke
Características:
Pequeno tempo de resposta (<1s);
Precisão da medida de ± 2%;
Pontos negativos:
Posição do instrumento;
Sem informações das propriedades físico-química da amostra.
Análise por paramagnetismo: termomagnetismo
Baseia-se no Vento Magnético: oxigênio frio sendo atraído pelo campo magnético, com posterior aquecimento pelo filamento, diminuindo sua massa específica, criando uma corrente convectiva entre oxigênio frio e quente.
Análise por paramagnetismo: termomagnetismo
Analisador Termomagnético Convectivo:
Nas duas câmaras, há aquecimento proveniente da resistência;
Com a amostra com oxigênio, cria-se uma corrente convectiva na Câmara de Medição;
Ponte de Wheatstone verifica a diferença na resistência entre as câmaras.
Análise por paramagnetismo: termomagnetismo
Células idênticas sem a inserção do campo magnético
Células idênticas com a inserção do campo magnético. Tb não é afetada
Analisador de Oxi-zircônio
Célula eletroquímica: composta por dois eletrodos separados por um eletrólito, que pode ser líquido ou sólido, onde se estabelece uma ddp.
Analisador de Oxi-zircônio
A célula eletroquímica do analisador de oxi-zircônio é formada por eletrodos de platina e tem o óxido de zircônio como eletrólito.
Analisador de Oxi-zircônio
Aquecimento no eletrodo;
Formação do íon óxido;
Eletrodo poroso: permite somente a passagem o óxido;
O2 + 4e- → 2O2-
Analisador de Oxi-zircônio
Condição em que as concentração de oxigênio são a mesma;
Inclinação de 1000°C > 800°C > 500°C;
Analisador de Oxi-zircônio
Características:
Célula eletroquímica com longa duração;
Tempo de resposta curto;
Fácil manutenção.
Cromatografia
Baseia-se na diferença de interação entre os componentes da mistura e a coluna cromatográfica
Cromatografia
1. Reservatório gás de arraste;
2. Injetor de amostra;
3. Coluna cromatográfica e forno;
4. Detector;
5. Tratamento eletrônico / amplificador
6. Cromatograma
Cromatografia
Injetor Covencional “on-column”:
1. Septo (silicone);
2. Entrada gás de arraste;
3. Bloco metálico aquecido;
4. Ponta da coluna cromatográfica.
Cromatografia
1. Introdução da microseringa;
2. Injeção da amostra, seguida da evaporação instantânea da mesma;
3. Movimento da amostra dado pelo gás de arraste.
Cromatografia
Coluna cromatográfica:
Empacotada: recheada com sólido pulverizante;
Capilar: parede interna recoberta;
Feitas de aço inox, vidro, sílica fundida;
Comprimento de 0,5 a 20m e diâmetro de 2 a 10mm
Cromatografia
Coluna cromatográfica: influência da temperatura: procura de uma T ótima tal que viabilize bons sinais e evapore a amostra.
Cromatografia
1. Cilindro de armazenamento
2. Regulador de P primário
3. Tratamento de impureza
4. Regulador de P secundário;
5. Regulador de vazão;
6. Medidor de vazão
Cromatografia
Gás de arraste:
Cilindro reserva;
Manômetro e válvula para controle de vazão;
Inerte à amostra;
Grande atenção às impurezas, a exemplo da água, oxigênio e hidrocarbonetos;
Mais usados: Ne, He, H2, Ar.
Cromatografia
Detector:
Condutividade térmica;
Ionização em chama;
Captura de elétrons
1. Bloco metálico;
2. Entrada de gás;
3. Saída de gás;
4. Filamento metálico aquecido;
5. Alimentação de corrente originando o aquecimento
Cromatografia
Detector:
Universais: detecta qualquer grupo funcional;
Seletivo: foca numa propriedade físico-química específica;
Específico: analisa somente uma substância de interesse.
Cromatografia
Aplicação: separação do enxofre em gás ácido efluente da unidade de GLP, importância ambiental.
Após o processo, térmico e catalítico, o gás residual é mandado, aquecido, para análise de enxofre.
Análise por condutibilidade térmica
Analisador por condutibilidade térmica CALDOS 4T
Análise 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 análise consiste em medir a condutibilidade térmica da amostra, relacionando-a com a concentração no componente de gás em análise. 
Análise por condutibilidade térmica
Análise por condutibilidade térmica
Princípio de medição 
Análise por condutibilidade térmica
Princípio de medição 
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	1. Célula de difusão
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	1. Célula de difusão
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	1. Célula de difusão
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	2. Célula de convecção
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	2. Célula de convecção
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	3. Célula de fluxo direto
Análise por condutibilidade térmica
Tipos de célula de medição
 	3. Célula de fluxo direto
Análise por condutibilidade térmica
Circuitos Elétricos
 	
Análise por condutibilidade térmica
Circuitos Elétricos
 	1. Circuito de 
 aquecimento
Análise por condutibilidade térmica
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Espectrômetro Analisador de gás IV contínuo 
Analisadores por abs. raios infravermelhos
O espectro eletromagnético
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Princípio de medição
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Princípio de medição
1. Lei de Beer
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
1. Tipo dispersante (Espectrômetro)
Analisadorespor abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
2. Tipo não-dispersante 
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
2. Tipo não-dispersante 
Deficiências: 
1- Qualquer variação na intensidade da fonte provocará variação no final do detector causando erro de medição
2- O acúmulo de impurezas nas paredes das células ou nas janelas transparentes também afetará o sinal detector
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
2. Tipo não-dispersante 
Deficiências: 
3- A presença de outro componente gasoso na amostra que também absorve radiação infravermelha falsificará a medição do componente escolhido previamente.
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
2. Tipo não-dispersante 
Recursos para eliminar as deficiências:
1- Controle automático de intensidade da fonte;
2- Divisão do feixe da radiação enviado pela fonte em duas partes, sendo uma delas para medição e outra para referências;
3- Filtros seletivos
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
2. Tipo não-dispersante
2.1 Filtragem negativa 
 
Analisadores por abs. raios infravermelhos
Tipos de analisadores
2. Tipo não-dispersante
2.1 Filtragem positiva
 
Analisadores para líquidos
Análise de densidade
Método da pressão: mede a pressão necessária para soltar bolhas numa determinada profundidade do fluido; sabendo a mesma, a profundidade e a pressão na superfície, calcula-se a densidade do líquido.
Bolhas inerte ao líquido.
1. Excesso
2. Medidor de pressão
3. Válvula para controle de vazão
Análise de densidade
Análise pelo método de mudança de cor: baseia-se na incidência de radiação no visível em comprimentos de onda específicos, medindo o grau de densidade com base na energia absorvida pela amostra.
1. Fonte de luz		4. Circuito eletrônico
2. Filtro				5. Parte de luz incidente
3. Receptor de luz	6. Parte de luz recebida
Análise de densidade
Análise pelo método de mudança de cor:
1. Grau de abs da luz;
5. Grau de densidade;
2 e 3. Graus de abs da luz da solução padrão e da amostra;
4. Ponto teórico, onde a densidade é nula;
6 e 7. Grau de densidade da solução padrão e da amostra
Analisadores de pH
Analisadores de pH
O pH é a medida da concentração de íons H3O+ diz o quanto uma solução está ácida ou alcalina. 
pH = -log[H3O+]
Escala de pH:
Analisadores de pH
Métodos
Métodos colorimétricos:
- Uso de soluções indicadoras e papéis indicadores
2. Métodos eletrométricos:
		- Phmetros
Analisadores de pH
Métodos
Métodos eletrométricos:
Baseia-se no princípio de geração de potencial elétrico em uma pilha galvânica;
A medição de pH pelo método eletrométrico emprega elementos que geram um potencial elétrico em função da concentração de íons H3O+ na solução a medir;
Analisadores de pH
Métodos eletrométricos
Analisadores de pH
Métodos eletrométricos
Analisadores de pH
Métodos eletrométricos
Eletrodo de 
referência:
Analisadores de pH
Métodos eletrométicos
Sistemas de referências mais utilizados:
Ag/AgCl imerso em solução de KCl
Hg/HgCl imerso em solução de KCl
REFERÊNCIAS
SIMOES, P. A. P. S. Instrumentação analítica. SENAI, 2007. Disponível em: <http://www.adjutojunior.com.br/instrumentacao_analitica/instrumentacao_analitica_senai.pdf>. Acessado em 29 de Agosto de 2019. 
NETO, E. F., CARDOSO, R. S. Instrumentação básica. SENAI/CST. 2011. Disponível em: <https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5817066/157/Instrumentacaobasica2_pdf.pdf>. Acessado em 29 de Agosto de 2019. 
BEGA, E. A., DELMÉE, G. J., COHN, P. E. Instrumentação industrial. Terceira edição. Rio de Janeiro: Interciência, 2011. 694 p.