Medições de condutividade vs. medição de índice de refração para aplicações com ácido sulfúrico

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!
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