A medição precisa das concentrações químicas é fundamental em processos industriais, especialmente ao lidar com substâncias altamente corrosivas como o ácido sulfúrico. O uso de sensores de condutividade e refratômetros desempenha um papel importante para garantir precisão e segurança. No entanto, cada método apresenta seus próprios desafios e casos de uso ideais.

Sensores de condutividade: versáteis, mas limitados

Sensores de condutividade medem a capacidade de uma solução de conduzir corrente elétrica, que varia conforme a concentração de íons na solução. Esses sensores são amplamente utilizados devido ao seu baixo custo e eficácia em diversas aplicações, como monitoramento de água potável, torres de resfriamento e processos envolvendo produtos químicos menos agressivos.

O problema da não linearidade

Quando se trata de medir concentrações de ácido sulfúrico, sensores de condutividade enfrentam desafios significativos devido à relação não linear entre a concentração e a condutividade elétrica. Essa não linearidade faz com que, em determinados pontos, o sensor possa apresentar a mesma leitura para diferentes concentrações, dificultando a determinação precisa da concentração real.

Por exemplo, um sensor pode indicar 1,1 micromho tanto para soluções de ácido sulfúrico a 20% quanto a 50%. Essa ambiguidade ocorre porque a curva de condutividade do ácido sulfúrico não aumenta de forma linear com a concentração. O resultado é que um sensor de condutividade, sozinho, não consegue diferenciar de forma confiável essas concentrações sem informações adicionais ou métodos de correção.

Compensação de temperatura

A temperatura afeta significativamente as leituras de condutividade. Um sensor de condutividade sem compensação adequada de temperatura pode apresentar resultados inconsistentes, como diferenças substanciais nas leituras a 70 graus em comparação com 180 graus. Garantir medições precisas exige mecanismos de compensação de temperatura, o que adiciona complexidade e potenciais pontos de falha ao sistema.

Refratômetros: precisão em ambientes desafiadores

Refratômetros medem o índice de refração de uma solução, que varia conforme a concentração. Esse método é especialmente vantajoso em aplicações onde as medições de condutividade não são eficazes, como no caso do ácido sulfúrico.

Benefícios na medição de ácido sulfúrico

Os refratômetros oferecem uma medição mais confiável para o ácido sulfúrico devido à sua capacidade de lidar com a curva de condutividade não linear. Diferente dos sensores de condutividade, os refratômetros não são tão afetados pelas variações de temperatura, tornando-os mais estáveis em condições adversas.

Limitações e manutenção

No entanto, os refratômetros também apresentam desafios. Geralmente, são mais caros e exigem manutenção regular devido à natureza agressiva do ácido sulfúrico, que pode corroer as vedações do prisma. Essas vedações, frequentemente feitas de Teflon ou materiais similares, são essenciais para evitar que o ácido entre no sensor. Uma vez comprometidas, o sensor deve ser substituído para evitar contaminação e garantir leituras precisas.

Também é importante garantir que a metalurgia da sonda do refratômetro seja compatível com o processo. Alguns ácidos altamente agressivos exigem Hastelloy ou Alloy 20 para maior durabilidade. Um produto como o refratômetro Polaris^TM da Vaisala, que possui recursos de lavagem do prisma, pode ser uma excelente solução. 

Exemplos de aplicações

Torres de resfriamento e aplicações com cianeto

Sensores de condutividade se destacam em ambientes menos agressivos, como torres de resfriamento e operações de mineração de ouro. Em torres de resfriamento, sensores de condutividade monitoram a concentração de produtos químicos para evitar incrustações nas membranas de troca de calor, automatizando assim o processo de manutenção da qualidade ideal da água. Na mineração de ouro, sensores de condutividade facilitam o processo de lixiviação com cianeto ao monitorar a concentração das soluções de cianeto utilizadas para dissolver o ouro do minério.

Produção de ácido sulfúrico e mineração de cobre

Na produção de ácido sulfúrico e na mineração de cobre, onde a concentração do ácido deve ser monitorada com precisão, os refratômetros oferecem uma precisão superior. Por exemplo, minas de cobre capturam dióxido de enxofre das chaminés das fundições para produzir ácido sulfúrico. Os refratômetros garantem a medição precisa da concentração do ácido, o que é fundamental tanto para a segurança quanto para a eficiência do processo.

Conclusão

Embora os sensores de condutividade sejam econômicos e adequados para muitas aplicações, suas limitações em lidar com curvas de condutividade não lineares e variações de temperatura os tornam menos ideais para medir substâncias altamente corrosivas como o ácido sulfúrico. Os refratômetros, apesar de mais caros e exigirem manutenção, proporcionam a precisão e confiabilidade necessárias em ambientes desafiadores. As sondas de condutividade também exigem calibração periódica para corrigir o desvio do sensor.

Em ambientes industriais, a escolha entre sensores de condutividade e refratômetros depende dos requisitos específicos do processo. Para aplicações que envolvem produtos químicos agressivos ou exigem alta precisão, os refratômetros geralmente são a melhor opção, apesar do custo e da necessidade de manutenção. Por outro lado, para aplicações menos exigentes, os sensores de condutividade oferecem uma solução prática e econômica. O fundamental é compreender os pontos fortes e as limitações de cada método para garantir o desempenho ideal e a segurança nos processos industriais.

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Muito obrigado a Dave Lobach, nosso blogueiro convidado!
Para saber mais sobre as soluções de medição de líquidos da Vaisala, entre em contato conosco.

Bem-vindo à nossa última parte da série de três blogs de perguntas e respostas do nosso webinar: "Desbloqueando Eficiência: Insights sobre o Índice de Refração para Aplicações de Concentração na Indústria Química."

Os dois primeiros blogs desta série:

• Sistemas de lavagem de prismas e refratômetros em aplicações químicas
• Desbloqueando Eficiência em Aplicações de Ácido Sulfúrico: Insights de Especialistas

Neste blog, Kevin Green, da Vaisala, e Dave Lobach, da Rocky Mountain Instrumentation, discutirão várias aplicações avançadas que se beneficiam das medições de índice de refração, assim como a precisão dos refratômetros de processo. 

Pergunta: Como o índice de refração pode otimizar os processos de recuperação na indústria de papel?

Resposta: Na indústria de papel, os refratômetros são cruciais para manter a concentração de licor negro dentro dos limites seguros. Tipicamente, as concentrações de licor negro variam de 60 a 80%. Os refratômetros Vaisala são projetados para atender aos padrões BLRBAC e possuem instalações amplamente distribuídas globalmente, garantindo operações seguras e eficientes.

Pergunta: Como o índice de refração é usado na pesquisa, desenvolvimento ou fabricação farmacêutica?

Resposta: Os refratômetros são amplamente utilizados nas indústrias farmacêutica e de ciências da vida. Eles monitoram a fabricação de álcool, soluções intravenosas, plasma, processos de fermentação e vários produtos químicos precursor. Refractômetros são instalados em várias etapas de produção onde a eficiência e o controle de qualidade são importantes. Seja monitorando o índice de refração dos produtos ou garantindo condições ideais de processo, os refratômetros desempenham um papel fundamental. Para aplicações específicas, é recomendado entrar em contato com o seu Gerente Regional Vaisala para discutir suas necessidades em detalhes. Você pode encontrar mais informações aqui.

Pergunta: Os materiais do refratômetro Vaisala podem suportar produtos químicos agressivos ao longo do tempo?

Resposta: A Vaisala garante que todas as novas aplicações passem por uma análise rigorosa antes da fabricação. Esse processo de verificação assegura que os materiais em contato com os líquidos, utilizados nos refratômetros, possam resistir a produtos químicos agressivos ao longo do tempo. Para requisitos específicos, a consulta com um gerente regional pode fornecer a orientação e o suporte necessários.

Pergunta: Qual nível de turbidez afeta o refratômetro Vaisala?

Resposta: A turbidez, que mede a presença de sólidos, não afeta as medições dos refratômetros. Os refratômetros medem especificamente a concentração de sólidos dissolvidos, tornando-os confiáveis para diversas aplicações sem interferência da turbidez.

Pergunta: Como as medições de índice de refração podem ser aplicadas no setor cloro-alcalino?

Resposta: No setor cloro-alcalino, os refratômetros Vaisala podem ser instalados em vários pontos críticos, como a alimentação da célula eletrolítica, a linha de recirculação de salmoura, a linha de ácido clorídrico até o armazenamento e antes e depois dos evaporadores. Essas instalações ajudam a monitorar as concentrações com precisão, garantindo operações eficientes e seguras.

Existem várias unidades de medida que podem ser usadas para indicar a concentração de um processo, como centipoises, Brix, viscosidade, Baume, etc. Essas unidades podem ser corrigidas em função da temperatura e correlacionadas diretamente ao índice de refração. Essas unidades de engenharia podem ser inseridas no transmissor do refratômetro, de modo que o índice de refração seja exibido nos valores de processo mais familiares. Temos uma nota de aplicação sobre processos cloro-alcalinos.

Pergunta: Qual é a precisão dos refratômetros Vaisala? 

Resposta: A precisão dos refratômetros Vaisala é notável, com uma precisão de ±0,00014 nD (0,1 °Bx) e repetibilidade de ±0,00002 nD. Esse alto nível de precisão é essencial para manter o controle de qualidade e otimizar os processos de produção em diferentes indústrias. Você pode saber mais sobre os refratômetros nesta seção de perguntas frequentes. 

Pergunta: E quanto à aprovação CRN para os refratômetros Vaisala?

Resposta: Para líquidos não aquosos com pressão superior a 15 PSI, a aprovação CRN é obrigatória, especialmente para substâncias perigosas como ácido sulfúrico. Todos os refratômetros Vaisala possuem aprovação CRN, cumprindo rigorosos padrões de segurança e regulamentação, garantindo que possam ser instalados com segurança em ambientes exigentes.

Pergunta: Existem aplicações do índice de refração em terminais de plantas químicas?

Resposta: Os refratômetros Vaisala são aplicáveis nas operações de terminais para monitoramento de produtos armazenados ou transportados. Compreender o tipo específico de aplicação no terminal é crucial para fornecer soluções personalizadas e garantir desempenho ideal. Temos uma nota de aplicação sobre este tópico: "Identificação química em tempo real e detecção de interfaces nas operações de carga e descarga."

Pergunta: Como justificar as medições do índice de refração em aplicações químicas se existem métodos de medição mais baratos disponíveis?

Resposta: Embora os refratômetros de processo de alta performance possam ser mais caros do que instrumentos tradicionais, como sensores de pH e condutividade, seus benefícios frequentemente justificam o investimento. Os refratômetros oferecem desempenho superior em aplicações de alta temperatura e alta pressão, melhoram o controle de qualidade e reduzem problemas no processo. Essas vantagens, combinadas com sua capacidade de complementar tecnologias existentes, fazem deles uma adição valiosa em qualquer configuração industrial.

Entre em contato conosco para saber mais sobre como as medições do índice de refração podem melhorar seus processos em diversas aplicações industriais.
 

Neste blog, Kevin Green, da Vaisala, e Dave Lobach, da Rocky Mountain Instrumentation, respondem a várias perguntas recebidas durante o webinar “Desbloqueando a Eficiência: Insights sobre o Índice de Refração para Aplicações de Concentração na Indústria Química”. Se você ainda não assistiu, fique à vontade para assistir à gravação.

Pergunta: Os refratômetros precisam de um sistema de lavagem de prismas?

Resposta: Uma pergunta comum que surge em várias aplicações químicas desafiadoras é a necessidade de sistemas de lavagem de prismas. Esses sistemas são frequentemente necessários quando há acúmulo ou depósitos nas tubulações ou vasos que exigem manutenção regular. Identificar a necessidade de um sistema de lavagem de prismas é crucial para manter a eficiência e a longevidade do equipamento. Determinar a necessidade de um sistema de lavagem de prismas em aplicações químicas envolve avaliar se há acúmulo ou depósitos.

Ao decidir substituir medições de pH ou condutividade pelo índice de refração, a necessidade de um sistema de lavagem de prismas pode muitas vezes ser discernida pelas condições do processo e os requisitos de manutenção das sondas existentes.

Para mais informações, temos um blog sobre este tópico: "Como a lavagem de prismas de refratômetro em aplicações desafiadoras pode criar uma vantagem competitiva".

Pergunta: O ângulo crítico muda com a concentração ou é determinado pelo prisma?

Resposta: O ângulo crítico varia dependendo da concentração da solução. Além disso, o número de facetas e os ângulos em que as facetas são cortadas no prisma determinam a faixa do índice de refração. Essa relação é essencial para medições precisas e desempenho ideal dos refratômetros. Saiba mais sobre as especificações mecânicas do prisma neste folheto técnico.

Pergunta: Quantos refratômetros podem ser conectados a um transmissor Indigo?

Resposta: Quando se trata de integrar sensores de índice de refração (RI) com transmissores, dois sensores Vaisala Polaris podem ser conectados a um único transmissor Vaisala Indigo520. Cada unidade Indigo possui comunicação digital Modbus TCP/IP ou quatro saídas analógicas que podem ser utilizadas tanto para medições de RI quanto de temperatura. Essa flexibilidade permite um monitoramento e controle abrangentes em vários processos industriais.

Pergunta: Podemos monitorar a quantidade de sólidos não dissolvidos monitorando o lado escuro da reflexão? (Ou seja, o número de pontos ou o brilho)

Resposta: Embora os refratômetros meçam a concentração total de sólidos dissolvidos, os sólidos não dissolvidos são tipicamente medidos com um instrumento de densidade. Essa medição pode então ser usada para determinar a quantidade de produto insolúvel presente no processo.

Pergunta: A medição do índice de refração pode ser usada em misturas de slurry de hidrocarbonetos e pó mineral?

Resposta: A refratometria é uma ferramenta valiosa na análise de misturas de slurry de hidrocarbonetos e pó mineral. Ela pode avaliar a viscosidade dos hidrocarbonetos enquanto ignora os sólidos no processo. Ao fornecer informações detalhadas sobre a mistura química do slurry, os refratômetros podem oferecer medições precisas e confiáveis, que são essenciais para otimizar a produção e garantir o controle de qualidade.

Temos uma nota de aplicação relacionada: "Líquidos de gás natural (NGL): Identificação de hidrocarbonetos líquidos".

Saiba mais sobre a medição de concentração líquida para controle de processos e otimização em aplicações químicas.

Processos químicos líquidos que se beneficiam das medições do índice de refração variam desde uma ampla gama de sais dentro da indústria química, tanto em produtos químicos à base de água quanto derivados de petróleo. Em diversas indústrias, o IR é relevante para produtos químicos à base de água, como glicóis, resinas e polímeros; produtos químicos derivados do petróleo, como plásticos e solventes; e em aditivos industriais derivados do petróleo, lubrificantes, ceras e similares.

Neste blog, respondemos às perguntas que não tivemos tempo de abordar durante o nosso seminário web "Medições de líquidos em aplicações químicas exigentes: Densidade vs. Concentração". Se você ainda não assistiu ao seminário, pode ver a gravação a qualquer momento.

Pergunta: No futuro, será possível medir quantidades muito pequenas de água (nível de ppm) em solventes orgânicos? Isso seria muito útil para aplicações de química orgânica, como a destilação ou evaporação de solventes orgânicos para remover a maior quantidade possível de água.

Resposta: Sim. O refratômetro Vaisala pode medir pequenas quantidades de água em solventes se estiverem dissolvidas na solução. Atualmente, o limite de detecção é de cerca de 100 ppm, mas depende de parâmetros do processo, como temperatura e o próprio meio.

Pergunta: Misturamos dois produtos em linha por meio de misturadores estáticos e pressão. Um refratômetro em linha pode nos ajudar a determinar o percentual de cada material presente durante todo o processo de mistura? Atualmente, tomamos amostras no início, no meio e no final do processo de mistura. Utilizamos cromatografia gasosa para determinar a concentração de cada material nesses pontos de amostragem, mas isso pode levar de 1 a 2 horas por amostra.

Resposta: Sim. Podemos calcular a relação de concentração se soubermos a concentração dos produtos de alimentação. Por favor, envie-nos mais informações sobre seus produtos químicos específicos e poderemos verificar a adequação em detalhes.

Pergunta: Existe uma correlação entre concentração e pH no ácido sulfúrico usado?

Resposta: Sim. Por favor, entre em contato conosco para falar com um engenheiro de aplicações e obter mais informações.

Pergunta: Este sensor pode enviar um sinal de 4-20 mA para um dispositivo?

Resposta: Sim, os refratômetros Vaisala Polaris possuem saídas integradas de 4-20 mA e Modbus RTU.

Pergunta: Vejo muitas instalações de passagem. Os refratômetros da Vaisala podem ser instalados em aplicações de imersão em um tanque ou outro recipiente?

Resposta: Sim. Você pode instalar o refratômetro em linha Vaisala Polaris diretamente em um tanque ou recipiente. Temos conexões de flanges padrão para sensores. Veja mais detalhes na página do produto PR53 GP.

Pergunta: Frequentemente recebo perguntas sobre as precisões comparadas entre os medidores Coriolis e os refratômetros. Você pode abordar isso?

Resposta: Sim, temos uma tabela abrangente em nosso eBook que compara as principais características dos métodos comuns de medição de líquidos: Coriolis, micro-ondas, ultrassom e nuclear. Abaixo está parte da tabela. Para ver a tabela completa, incluindo comparações de opções de instalação, temperatura máxima de operação, pressão de operação, precisão típica, estabilidade a longo prazo, verificação e mais, faça o download do PDF.

Pergunta: As medições do índice de refração funcionam para fluidos escuros?

Resposta: Sim. Como o refratômetro mede a luz refletida, o meio de processo pode ser completamente escuro, claro ou qualquer coisa intermediária. Esta é uma das propriedades únicas dos refratômetros em linha e das medições do índice de refração, tornando-os flexíveis em aplicações de medição de produtos químicos líquidos.

Saiba mais sobre os refratômetros Vaisala em processos químicos líquidos.