Maurício Cordeiro
- 20 de abr. de 2020
- 5 min para ler

Analisador de oxigênio especificação instalação, comissionamento e manutenção

Os métodos de medição dos analisadores de oxigênio atualmente disponíveis no setor podem ser classificados nas seguintes categorias.

SISTEMA DE MEDIÇÃO DO TIPO ZIRCÔNIA
TIPO PARAMAGNÉTICO
TIPO ÓPTICO
TIPO ELETROQUÍMICO

Como cada um dos métodos de medição tem suas vantagens e desvantagens, Ao selecionar uma tecnologia de medição é importante escolher o método mais apropriado para sua aplicação e uso, estando sempre muito atento as condições de segurança uma vez que alguns dos métodos utilizam sistema de aquecimento para seu funcionamento.

(1) Sistema de medição do tipo zircônia: sistema de células de concentração

Um eletrólito sólido como a zircônia pode conduzir íons de oxigênio a alta temperatura.

Como mostra a figura 1, para o seu funcionamento o elemento é ligado a dois eletrodos de pratina em ambos os lados. Então é aplicado em cada um dos lados o gás oxigenio sendo de um lado o gás de referência e no outro lado o gas de medição. O eletrodo ao ser aquecido em contato com gases com diferentes concentraçõe de oxigênio em ambos os lados, o elemento atua medindo a diferença de concentração entre o gás de referência e o gas de medição.

Em outras palavras, o eletrodo em contato com o gás com uma concentração entra em contato com o elemento de zircônia no eletrodo negativo, as moléculas de oxigênio no gás adquirem elétrons e se tornam íons de oxigênio. Movendo-se no elemento de zircônia, eles finalmente chegam ao eletrodo positivo no lado oposto. Lá, os elétrons são liberados e os íons retornam às moléculas de oxigênio pelo seguinte processo:

Eletrodo negativo: O2 + 4e → 2O2-

Eletrodo positivo: 2O2- → O2 + 4e

Por essa reação, uma força eletromotriz é gerada entre os dois eletrodos definida pela

Equação de Nernst:

E = RT/nF In PX/PA ···················· (1)

Considerando os valores de constantes e a temperatura de aquecimento de 750 º C temos:

E= - 50.74 log PX / PA ···················· (2)

onde,

R: constante de gás

n: 4

F: constante de Faraday

T: temperatura absoluta

PX: concentração de oxigênio em um gás (gás de medição) em contato com o

eletrodo positivo (%)

PA: Concentração de oxigênio em um gás (ar de referência) em contato com o negativo

eletrodo (%)

Para a ativação do sensor(elemento de zicônia) esse deve ser aquecido até 750ºC, a equação (1)

Vantagens:Pode ser instalado diretamente em um processo de combustão, como a chaminé de uma caldeira e não requer sistema de amostragem, e a resposta é mais rápida.

Desvantagens:Se o gás de amostra contiver um gás inflamável, ocorrerá um erro de medição (o gás de exaustão da combustão quase não causa problemas porque está completamente queimado). Como a sonda aqueça pode ocorrer ignição.

(2) Sistema de medição do tipo zircônia: tipo de corrente limitante

Como mostrado na figura 02 , se o fluxo de oxigênio no cátodo de um elemento de zircônia aquecido a alta temperatura for limitado, aparecerá uma região em que a corrente se tornará constante, mesmo quando a tensão aplicada for aumentada. Essa corrente limitada é proporcional à concentração de oxigênio.

Vantagens:•

Capaz de medir traços de concentração de oxigênio.

A calibração é necessária apenas no lado do Ar.

Desvantagens:

Se o gás de amostra contiver um gás inflamável, ocorrerá um erro de medição.

A presença de poeira causa entupimento dos orifícios de difusão de gás no lado do cátodo;um filtro deve ser instalado em um estágio anterior.

(3) sistema de medição do tipo magnético: sistema paramagnético

Este é um dos métodos que utiliza a propriedade paramagnética do oxigênio. Quando uma amostra de gás contém oxigênio, o oxigênio é atraído para o campo magnético, diminuindo a vazão do gás auxiliar na corrente B. A diferença nas vazões das duas correntes, A e B, causada pelo efeito do fluxo restrição no fluxo B é proporcional à concentração de oxigênio do gás da amostra. As taxas de fluxo são determinadas pelos termistores e convertidas em sinais elétricos, cuja diferença é calculada como um sinal de oxigênio.

Vantagens:

•Capaz de medir misturas de gases inflamáveis que não podem ser medidos por um analisador de oxigênio de zircônia.

•Como não há sensor na seção de detecção em contato com o gás de amostra, o sistema paramagnético também pode medir gases corrosivos.

•Entre os tipos magnéticos, o sistema paramagnético oferece um tempo de resposta mais rápido do que outros sistemas.

•Entre os tipos magnéticos, o sistema paramagnético é mais resistente a vibrações ou choques do que outros sistemas.

Desvantagens:

Requer uma boa unidade de tratamento da amostragem correspondente às propriedades ou aplicações do gás de amostra.

(4) Tipo óptico: sistema de medição a laser de diodo ajustável

As medições do laser de diodo ajustável (ou TDL) são baseadas na espectroscopia de absorção. O sistema TDL e opera medindo a quantidade de luz laser absorvida (perdida) à medida que viaja através do gás que está sendo medido. Na forma mais simples, um analisador TDL consiste em um laser que produz luz infravermelha, lentes ópticas para focalizar a luz do laser no gás a ser medido e depois em um detector, o detector e a eletrônica que controlam o laser e traduzem o sinal do detector, num sinal que representa a concentração de gás.

As moléculas de gás absorvem a luz em cores específicas, chamadas linhas de absorção. Esta absorção segue a lei das cervejas. Os analisadores TDL são efetivamente analisadores de infravermelho que obedecem à lei de Beer-Lambert. I = Io · e -E · G · L onde I é a intensidade de radiação após absorção, I 0 é a intensidade de radiação inicial, E é o coeficiente de extinção, G é a concentração de gás e L é o comprimento do caminho da área de medição .

Vantagens: 　

•Capaz de medir vários gases absorventes de infravermelho próximo em aplicações de processo difíceis.

•Capacidade de medir em temperaturas muito altas, altas pressões e sob condições difíceis (serviço corrosivo, agressivo e com alta partícula).

•A maioria das aplicações é medida no local, reduzindo os custos de instalação e manutenção.

Desvantagens:

A instalação do flange é necessária para os dois lados do processo.

(5) tipo eletroquímico: tipo de célula galvânica

Se o oxigênio é dissolvido através do diafragma em uma solução eletrolítica na qual um ânodo (metal base) e um cátodo (metal nobre) são adjacentes um ao outro, é gerada uma corrente proporcional à quantidade de oxigênio dissolvido. A quantidade de oxigênio que passa através do diafragma é proporcional à pressão parcial de oxigênio do gás de amostra; portanto, a concentração de oxigênio pode ser determinada pela medição da corrente.

Vantagens: 　•O sistema de detecção pode ser compacto;este sistema de medição está disponível em formato portátil ou transportável.•Relativamente barato em comparação com analisadores de oxigênio de outros sistemas de medição.

Desvantagens:A vida da célula é limitada.Como é um tipo de célula de oxigênio, a célula galvânica se deteriora mesmo se não for usada.

Em geral, deve ser substituído aproximadamente a cada ano.

Exemplos de aplicação para cada analisador de oxigênio