Analisador de oxigênio da Especificação a
Manutenção
Os métodos de medição dos analisadores de oxigênio atualmente disponíveis no mercado podem ser classificados nas seguintes categorias.
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SISTEMA DE MEDIÇÃO DO TIPO ZIRCÔNIA
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TIPO PARAMAGNÉTICO
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TIPO ÓPTICO
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TIPO ELETROQUÍMICO
Como cada um dos métodos de medição tem suas vantagens e desvantagens. Ao selecionar uma tecnologia de medição é importante que seja muito bem avaliado de preferencial por um especialista observando os detalhes da instalação buscando sempre o método mais apropriado para sua aplicação, 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
Na figura 1está apresentado o seu funcionamento. Nesta figura vemos que o elemento está ligado a dois eletrodos de platina em ambos os lados. Então é aplicado em cada um dos lados o gás oxigênio sendo que em um dos lados é aplicado o gás de referência e no outro lado o gás de medição.
O eletrodo ao ser aquecido a uma temperatura recomendada acima de 720ºC entra em contato com gases com diferentes concentrações de oxigênio em ambos os lados, o elemento atua medindo a diferença de concentração entre o gás de referência e o gás de medição.
Em outras palavras, o eletrodo em contato com o gás com uma concentração menor 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 zircônia) 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
Na figura 02, é possível 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.
Esta absorção segue a “lei de Lamber-Beer” também conhecida como “Lei Beer” . 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.
Io: é a intensidade de radiação inicial;
E: é o coeficiente de extinção,
G: é a concentração de gás;
L: é o comprimento 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.
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
Fontes :
ABB: www.abb.com
Analisadores de gases zirconia ABB: https://www.youtube.com/watch?v=bDMajyGpREY
Como funciona o analisador de oxido de zirconia.
https://www.youtube.com/watch?v=6p3SJqa4BLU
Emerson . www.emerson.com
Yokogawa: www.yokogawa.com
Como manutenir o analisador de oxigenio sensor de Zirconia
https://www.youtube.com/watch?v=igxxgEF57yc
https://www.dicasdeinstrumentacao.com/o-que-e-namur-ne-43/
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