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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA
ANALISADOR DE QUIMIOLUMINESCÊNCIA
Salvador /BA
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2014
EVERTON SANTOS
RICARDO AZEVEDO
NAIJANE MEDEIROS
VIVIANE NUNES
ANALISADOR DE QUIMIOLUMINESCÊNCIA
Atividade Avaliativa da Disciplina Analisadores,
do curso Automação e Controle Industrial,
ministrada pelo Docente Ildefonso Martins.
Salvador /Bahia
2014
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Sumário
1. Introdução... Página 04
2. Princípio de funcionamento... Página 05
3. Partes principais... Página 07
4. Aplicação... Página 10
5. Manutenção... Página 11
6. Referências... Página 15
7. Anexos... Página 16
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1. Introdução
O trabalho sendo aqui desenvolvido foi destinado a todos interessados pelo tema. Além de possibilitar uma melhor compreensão do assunto. Este documento elaborado pelos estudantes do curso de Automação e Controle Industrial tem como finalidade explicar o princípio de funcionamento, aplicação, partes do analisador e manutenção. Sendo de forma satisfatória para todos os presentes desta apresentação. Assim, desejamos a todos uma boa leitura e quaisquer dúvidas estaremos, na medida do possível, tentando solucioná-la. Desde já agradecemos pela colaboração.
Att,
A Equipe
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2. Princípio de Funcionamento
As reações exotérmicas existentes no nosso dia-a-dia são de grande importância para o nosso objeto de estudo – O analisador de quimioluminescência, uma vez que utilizam desta liberação de energia para identificar as substâncias que lhe são convenientes. Isso na forma de energia eletromagnética no espectro de luz visível, ou melhor dizendo, numa reação de quimioluminescência.
Mas, antes de falar no que seja e como atua o analisador, devemos mostrar alguns conceitos introdutórios, tais como, a quimioluminescência é um fenômeno que se obtém energia luminosa a partir de sua reação química, é a forma mais utilizada da luminescência sendo a emissão de luz associada com a dissipação de energia de uma substância que se encontra em um estado eletrolítico excitada, e veio para substituiu o Radioimunoensaio, devido ao seu alto custo.
E dentre os compostos que podem reagir com as amostras para realizar o efeito quimioluminescente são: Ésteres de Acridina, Luminol e entre outros. Sendo o Luminol o mais usado, isso em ambientes de saúde coletiva, como hospitais e postos de atendimento médico. Porém, na indústria utiliza-se o ozônio, pois serve para melhor análise no Monóxido e dióxido de Nitrogênio.
Princípio de funcionamento:
Segundo o princípio da Quimioluminescência a energia química gerada como resultado da dissociação de ligações fracas produz compostos intermediários em um estado eletroliticamente excitado, que quando retornarem ao estado de energia inicial emitem luz que é medida pelo instrumento responsável para esta finalidade (Detetor). Isso também é chamado de salto quântico desenvolvido por Bhor no século XX.
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Portanto, a amostra é instalada a um sistema de pré-condicionamento e entra conforme a especificação estabelecida pelo analisador e processo. Assim, primeiramente o NO é instalado na tubulação do processo, juntamente com o oxigênio que irá reagir formando o ozônio, que será responsável para causar a Oxi-Redução e o possível salto quântico- já dentro da câmara de reação. No gerador de ozônio irá ter oxigênio com algumas descargas elétricas ou radiação ultravioleta de alta energia, convertendo este em ozônio. Após essas etapas, o Ozônio e o NO entram em contato e, por fim, temos a equação na forma simplificada.
NO + O3
→ NO2
* + O
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Quando ocorre a reação acima, obtemos NO2*. Sendo que este está eletroliticamente excitado e ao passar na câmara de reação emitem luz, onde o detetor irá sentir e computar o dado.
Observa-se que o ozônio tem que estar em excesso, de maneira a garantir que todo o NO reaja. Assim, transformando-se em NO2 excitado e sendo computado no registrador.
Tendo assim a amostra de quanto NO reagiu para fazer o NO2 emitir fótons e quantificar esse NO que foi consumido.
Já a forma para analisar o NO2 é com a mesma equação química, porém irá existir um conversor catalítico que fará a contabilização total de espécies químicas nitrogenadas da amostra. E como já souberam a quantidade de NO só terão de tirar a diferenças do total de moléculas nitrogenadas e a concentração de NO, e obter a concentração de NO2.
Em alguns casos poderá haver esquemas que vai ter chave seletora e irá somente contabilizar (ou melhor) analisar somente o NO. Além de que existe a análise de outras espécies químicas como o da Amônia, Enxofre e os Hidrocarbonetos.
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3. Partes do analisador
Um Analisador por Quimiluminescência é formado por partes principais,
cujas funções são essenciais para que ocorra o fenômeno da
quimiluminescência e assim seja feita a medição. E por partes secundárias ou
acessórios, nas quais estão presentes não só neste analisador mas como em
outros tipos, ajudando indiretamente no processo de medição.
Partes Principais:
Gerador de ozônio (Ozonator);
Conversor de Óxidos de Nitrogênio em Monóxido de Nitrogênio (NOx –
NO) (Converter);
Câmara de reação (Reaction Chamber);
Fotomultiplicadora (PMT);
Eletrônica (Electronics).
Partes secundárias ou acessórios:
Chave de Fluxo (Flow Switch);
Filtro (Cleanser);
Sensor de vazão (Flow sensor);
Transdutor de pressão (Pressure Transducer);
Bomba (Pump);
Conversor de Ozônio em oxigênio (Converter/Scrubber).
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Diagrama de blocos de um analisador
Partes e respectivas funções:
Chave de Fluxo (Flow Switch): Regula a vazão de ar admito no
analisador.
Gerador de Ozônio (Ozonator): gera o ozônio necessário para a reação
de quimiluminescência, a partir de uma descarga elétrica.
Filtro (Cleanser): Permite apenas a passagem do ozônio para câmara
de reação.
Válvulas Sonelóide de três vias (valve solenoid): Controla a vazão da
amostra, fazendo o desvio da mesma, direto para câmara de reação
caso seja necessário.
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Conversor NO2-NO (Converter): Converte o NO2/NOx para NO para
que possa reagir com o ozônio na câmara de reação. A reação do
ozônio com o NO libera energia luminosa que é detectada pela
Fotomultiplicadora.
Transdutor (Pressure Transducer): Utilizado para medir a pressão do
NO que irá para câmara de reação.
Fotomultiplicadora (PMT): detecta os fótons que são liberados na
câmara de reação.
Medidor de vazão (Flow sensor): indica a vazão de amostra que segue
para a câmara de reação.
Bomba (Pumb): Fornecesse uma pressão necessária para a amostra
circular no analisador e ser liberado de volta para o processo ou ser
descartado.
Eletrônica (Electronics): É a parte responsável por receber a informação
da medição e transformar em um sinal para que possa ser lida e
transmitida.
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4. Aplicações:
A quimioluminescência vem sendo aplicada em diferentes áreas de
atuações, que vão desde a medicina até a indústria. O analisador voltado para
indústria foi projetado visando os requisitos do Sistema de Monitoramento
Contínuo de Emissões (CEMs), especificados de acordo com os regulamentos
Federais que vigoram a Lei do Ar Limpo.
Estima-se que, 70% das emissões de gases de efeito estufa provêm das
indústrias. Com a nova regulamentação da Agência de Proteção Ambiental
(EPA) dos Estados Unidos, que impõe limite de poluição nas instalações
industriais, exige que as indústrias devam instalar tecnologia para limitar as
emissões e garantir a qualidade do ar. No Brasil a agência reguladora é o
CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente), e a resolução vigente é a
382.
Métodos quimioluminescente têm sido aplicados em petróleo na
determinação de compostos que causam impacto biológico quando expostos
ao meio ambiente, e fornecem informações não somente quanto à origem da
contaminação como também contribuindo para prever o destino e os efeitos
dos constituintes potencialmente perigosos.
Sabe-se que o nitrogênio ligado a compostos orgânicos causa sérios
problemas durante a conversão do petróleo em derivados, especialmente
quando os níveis excedem 0,5% em massa, são responsáveis por
envenenamento de catalisadores, facilitam as reações de oxidação, formando
gomas e causando mau cheiro, além de contribuírem para as emissões
gasosas, causando poluição atmosférica. Com isso, a determinação total de
nitrogênio em petróleo através da técnica de quimioluminescência é de grande
importância para investigar estes problemas.
Utiliza-se também o analisador de quimioluminescência na medição de
emissões de nitrogênio, no monitoramento de chaminé, na indústria
automotiva, na queima de combustíveis fósseis no escape do motor de veículo,
incineradores, caldeiras, aparelhos a gás e escape de turbina. Possuem grande
retorno de investimento, necessitam de pouca manutenção e garante um
resultado exato e estável.
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5. Manutenção
Cuidados com o equipamento
Instale analisador em uma área limpa, não sujeita à vibração excessiva ou
extremas variações de temperatura. De preferência, o analisador deve ser
montado perto da corrente de amostras, para minimizar o tempo de transporte
da amostra. Temperaturas fora dos limites (range 40°F a 100°F) exigem o uso
de equipamento especial para controle da temperatura. Preferencialmente, os
cilindros de ar (ou oxigênio) e gás de span devem estar localizados em uma
área onde a temperatura ambiente seja relativamente constante.
Segurança
Para evitar a explosão, danos pessoais e danos ao equipamento, todo o
pessoal autorizado a instalar, operar e reparar o equipamento deve estar
totalmente familiarizado e seguir rigorosamente as instruções contidas no
manual. Se este equipamento for usado de forma não especificada neste
manual, a proteção do sistema pode ser prejudicada. Assim, em alguns
manuais contém umas palavras que devem ser levadas com mais atenção.
Tais como:
DANGER é usado para indicar risco e que irá causar graves danos pessoais,
morte ou danos materiais, caso o aviso seja ignorado.
AVISO é usado para indicar a presença de um risco que podem causar graves
danos pessoais, morte ou danos materiais, caso o aviso seja ignorado.
CUIDADO é usado para indicar a presença de um risco que podem causar
danos pessoais ou danos materiais, caso o aviso seja ignorado.
Perigo de choque elétrico: equipamento deve ser utilizado por pessoas
qualificadas. Para a segurança e bom desempenho deste instrumento deve ser
ligado a um fio-terra.
Perigo de luz ultravioleta: Luz UV do gerador de ozônio pode causar danos
permanentes aos olhos. Não olhar diretamente para a fonte de UV no gerador
de ozônio. Utilização de óculos de filtragem UV é recomendada.
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Perigo de ozônio: Este instrumento gera ozônio durante a operação. O ozônio
é tóxico se inalado e causa forte irritação para a garganta e os pulmões. O
ozônio é também um forte agente oxidante. A sua presença é detectada por um
odor característico intenso. O exaustor do instrumento contém ozônio e dióxido
de nitrogênio, que é tóxico por inalação. A saída por bypass contém óxidos de
nitrogênio, e monóxido de carbono, que é altamente tóxico e, dependendo da
duração da exposição, pode causar dor de cabeça, náuseas, perda de
consciência e morte. Verificar se todas as conexões dos tubos estejam
ajustadas a fim de evitar vazamento dos gases. Use somente Teflon ou tubos
de aço inoxidável.
Limitações
Requisitos da amostra: a amostra deve ser relativamente limpa e seca
antes de entrar no analisador. Em geral, antes da admissão para o analisador,
a amostra deve ser filtrada para 2 mícrons e deve ter um ponto de orvalho
inferior a 90 °F (32 °C). Pressões de alimentação adequadas para gases de
amostra e span dependerá se o analisador está equipado ou não com a
bomba. De pressão de entrada da amostra deve estar entre 5 a 10 psi (34,5 -
69 kPa). Isto assegura que o fluxo de desvio seja normal (Fluxo de desvio
adequado é essencial para uma resposta rápida do sistema e um fluxo estável
para a câmara de reação).
Peças: a adulteração ou a substituição não autorizada de componentes pode
afetar a segurança deste produto. Use apenas componentes de fábrica para
reparação.
Fluxo de ar: não operar instrumento sem fluxo de ar para o ozonizador; pode
resultar no entupimento do filtro.
Cilindros de gás para alta pressão: o instrumento requer o uso de oxigênio e
um gás padrão conhecido para cilindros de alta pressão.
Cuidado com Calor Excessivo: não operar o analisador sem o duto de ar que
cobre as aletas de refrigeração do refrigerador termoelétrico. O calor excessivo
pode danificar os dispositivos de refrigeração.
Pressão da amostra de alimentação e gases padrão deve ser a mesmo
caso contrário, a leitura dará erro.
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Quando o instrumento estiver ligado, a amostra ultravioleta é energizada,
convertendo parte do oxigênio contido no ozonizador em ozônio. Com fluxo
normal através do ozonizador, o ar ozonizado ou o oxigênio é continuamente
varrido do ozonizador e entra na câmara de reação. Se o fluxo for interrompido,
no entanto, o ozônio vai difundir e vai atacar o elemento metálico e assim
oxidado-lo resultando na seguinte conseqüências: redução do fluxo de ar ou
oxigênio através do ozonizador, ozônio dentro da câmara de reação dará
resposta não-linear ao analisador de NO / NOx. Para evitar esses danos,
verifique se o fluxo de gás de alimentação à entrada de ar é encerrado.
Calibração
Calibração Zero.
A calibração deste analisador deve ser feita com algumas precauções.
Levando em consideração alguns pontos pertinentes ao procedimento do
analisador e do processo. Tais como:
A faixa de range será definida pelo uso da amostra durante a análise do
processo. Também, deve-se controlar o SPAN conforme a menor e a maior
faixa do processo. Pois, no momento que ajeita uma faixa pode descontrolar a
outra. Assim, tendo que ter cuidado redobrado para quando for indicar o SPAN
não indique de forma errônea.
O fornecimento de gás de zero a entrada do painel da amostra traseiro.
E por fim, ajustar o controle de zero para a leitura deste no medidor ou
registrador, em seguida, bloquear o zero. Isso para que não venha a sair do
lugar quando fizer o ajuste da faixa superior. Tendo um Botão de Controle para
fixar a faixa de zero.
Calibração Upscale.
Defina RANGE de ppm na posição adequada para o gás de span;
Abastecimento de gás padrão conhecido com precisão NO / NOx; Ajuste o
modo se gás de calibração for o óxido nítrico (NO); Ajustar o SPAN de modo
que a leitura no medidor é igual a concentração conhecida em ppm de NO ou
NOx no gás de calibração. Na operação onde o NOx esteja de 2500 a 10000
ppm não pode ser obtida, inicialmente, pelo ajustamento do controle de
SPAN. A causa é que a redução do fluxo necessária para resultados de
linearidade produz resposta mais lenta. Para compensar esses efeitos, fazer a
ajustes eletrônicos, se for necessário, aumentar a sensibilidade. Para reduzir o
ruído observado. Quando a leitura upscale correta é obtida, bloqueia-se o
botão de controle do SPAN.
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Ajuste: deve ser ajustado para a temperatura onde haja alta conversão de
NO2 em NO e uma vida útil maior para o conversor catalítico. A temperatura
ideal é diferente de um instrumento para outro.
Zero: defini o ponto zero na escala do medidor. Controle ZERO é ajustado para
a leitura zero
SPAN: definir ponto de calibração. Definir a faixa apropriada para o gás de
calibração, o controle é SPAN ajustado para corrigir a leitura no medidor.
*NOTA: Esta parte da pesquisa foi desenvolvida em cima do manual da
empresa Rosemout Analytical. Tendo seu procedimento e forma de realizar a
calibração, manutenção e outros procedimentos referentes a seu analisador
(MODEL 951 A. NO/ NOx Analyzer).
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6. Referências
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quimioluminescência para dosagem de TSH, Campina Grande, 2011.
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http://www.gvaautomacao.com.br/manuais-tecnicos/instr_analisadores.pdf>
Acessado em: 10/02/2014.
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Disponível em:< http://www.envitech-bohemia.cz/domain/envitech-
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D85DD6862B681EB5E46C66CE400.tdx2?sequence=7> Acessado em: 04/02/2014.
Cohn, Pedro Estéfano
Analisadores industriais: no processo, na área de utilidades, na supervisão da emissão de
poluentes e na segurança/ Pedro Estéfano Cohn. – Rio de Janeiro: Interciência; IBP, 2006.
Apêndices
Inclui bibliografia
ISBN 85-7193-147-X
7. Anexos
Primeira imagem foi retirada da Universidade Católica de Goiás, no trabalho de Wilson
de Melo Cruvinel. Link abaixo:
http://www2.ucg.br/cbb/professores/49/Biomedicina/6_periodo/Quimioluminescenci
a.pdf
A segunda imagem foi retirada do Manual de Analisador de Quimioluminescência de
NO2 Model 42C da Thermo Environmental Instruments. Siga o link abaixo:
http://www.thermo.com/eThermo/CMA/PDFs/Various/156File_17809.pdf
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