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Uma visão mais aprofundada da tecnologia de medição de concentrações de líquido com índice de refração

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No final de 2018, a Vaisala adquiriu o grupo finlandês K-Patents, pioneiro em medição de líquidos em linha para aplicações industriais. A aquisição permite à Vaisala expandir sua experiência tecnológica e portfólio de produtos de gás para medição de líquidos. A nova área de produtos, Medição de Líquidos, traz a renomada tecnologia de índice de refração (IR) e produtos de refratômetro de processo em linha disponíveis para diversos tipos de aplicações de controle de processos industriais.


Noções básicas de refratometria


Os cientistas consideram a medição do índice de refração (IR) a maneira ideal de medir concentrações de líquido.
O procedimento é relativamente simples e baseado na refração da luz. Um exemplo simples dessa propriedade da luz se dá ao colocar um lápis em um copo de solução. O lápis parece se curvar quando, na verdade, a luz se curva.

Refractive index

 

Muitos percebem esse fenômeno em primeira mão, por exemplo, com o canudo de um refrigerante ou suco, ou com os remos de um barco a remo.

Straw in Liquid

 

Um ponto importante do princípio de medição é entender que, mesmo que haja partículas ou bolhas de gás na solução, o ângulo de curvatura é o mesmo que em soluções claras. As partículas ou bolhas não influenciam o ângulo de curvatura, portanto, a única coisa que influencia o ângulo de curvatura é a alteração na concentração da solução.
 

 

O ângulo crítico

O estudo das propriedades da luz culminou no desenvolvimento da ciência da refratometria.

A luz viaja em velocidades diferentes em meios diferentes. Quanto mais denso o meio, mais lenta a velocidade da luz. Quando a luz passa de um meio para outro em um ângulo diferente de 90°, ela muda não apenas a velocidade, mas também a direção no limite entre os dois meios. Quando um feixe de luz entra no líquido, ele é parcialmente refratado para o líquido e parcialmente refletido. O ponto onde a reflexão total tem início é chamado de ângulo crítico.

Na maioria das soluções, a concentração de soluto em um solvente pode ser determinada ao medir o IR. A relação entre o índice de refração e a concentração depende do solvente e do soluto, da temperatura e do comprimento de onda.

Na prática, a dependência do comprimento de onda (dispersão) é evitada pelo uso de luz monocromática. A dependência da temperatura é compensada matematicamente pelo uso de uma fórmula de compensação.

 

A combinação do refratômetro de processo verdadeiramente digital com o design robusto

O IR foi primeiramente desenvolvido como técnica de laboratório que, posteriormente, fez uma transição para o processo de medição, já que os refratômetros se desenvolveram e ficaram muito mais resistentes. A criação do refratômetro em linha no processo deve suportar condições severas e exigentes que podem incluir elementos cáusticos, vibração, poeira, calor, pressão ou uma combinação de todos esses fatores.

A K-PATENTS® desenvolveu refratômetros digitais de processo para determinar o IR da solução do processo medindo o ângulo crítico de refração. O ângulo crítico é medido por uma câmera CCD digital. O refratômetro de processo fornece uma saída CC de 4 a 20 mA ou sinal Ethernet proporcional à concentração da solução do processo compensado pela temperatura.

O refratômetro avança o módulo óptico CORE (Compact Optical Rigid Element, Elemento rígido óptico compacto) patenteado pela K-PATENTS®, que incorpora todos os componentes ópticos LED (Diodo emissor de luz), lentes, prisma e câmera CCD, bem como o elemento de temperatura pT-1000, em um módulo rígido. O módulo óptico CORE é isolado do corpo do refratômetro e, portanto, forças externas, como pressão, fluxo e mudanças de temperatura, não influenciam a medição. Não há necessidade de manutenção regular devido à construção sem partes móveis, sem potenciômetros de ajuste e com o módulo óptico CORE de estado sólido.

Vaisala K-PATENTS® Process Refractometer

 

O mesmo princípio se aplica a diversos designs de modelos de refratômetros que são fáceis de instalar em tubos, tanques e reatores pequenos ou grandes. As aplicações variam de substâncias perigosas potencialmente explosivas a líquidos quimicamente agressivos que exigem ligas especiais ou peças não metálicas, como produtos químicos do fabricante usados no processamento de pastilhas semicondutoras.

Os refratômetros de processo Vaisala K-PATENTS® são fechados, operam continuamente, fazendo interface com outros elementos de um sistema de controle de processo, além disso, são mais caros do que, por exemplo, instrumentos portáteis, devido à sua robustez e complexidade, elementos necessários para executar um monitoramento confiável em processo.

Com a tecnologia exclusiva e patenteada de índice de refração, a medição de temperatura e o princípio de medição digital embutidos, não há derivação de medição, o que torna os refratômetros inovadores K-PATENTS® exclusivos e uma solução de medição vantajosa para todos os líquidos.

 

 

 

Comment

stan ayers

Aug 31, 2021
I'm looking for a method to monitor the level of polyethylene dissolved in decalin (tetrahydronapthalene). Refractometry seems like a good possibility, and your technology is interesting. The fluid is dark colored, but transparent, similar to amber beer. The temperature at the desired measurement point is 180C.

Thanks for your help.

Klas Myréen

Sep 7, 2021
Hi Stan,

Thank you for your comment!
Our local team will be in touch with you soon to discuss in detail. In a general level (and not yet knowing the full details of process conditions), Vaisala's process refractometers can be used if polyethylene can be dissolved in decalin (tetrahydronapthalene), if desired polyethylene amount is in %-level class, if the individual Refractive Index values of polyethylene are different than of decalin (tetrahydronapthalene).


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