INSTRUMENTOS ESPECIAIS

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1 INSTRUMENTOS ESPECIAIS

2 Introdução A ocorrência da necessidade de um controle rigoroso constante da qualidade final (ou intermediária) de um processo industrial é cada vez acentuada. O controle de qualidade é exercido nestes processos, em grande parte, por análises químicas ou físicas e existe uma quantidade variada de instrumentos especiais para executá-las. Existem os mais variados tipos de instrumentos especiais, dependendo do que se pretende medir e, entre os de mesma finalidade, diversos princípios de funcionamento: ph metro; Condutivímetro; Densímetro; Viscosímetro; Analisador de percentagem de oxigênio; Silicômetro,

3 PH metro Forma de identificação ph1 Indicador de ph; phr Registrador de ph; phic Controlador-indicador de ph; phrc Controlador-registrador de ph. Variável ph Potencial hidrogeniônico. Unidade de medida Valor ph É o co-logarítimo ou concentração de ions hidrogênio H+ de uma solução; indica o grau de alcalinidade, neutralidade ou acidez da solução.

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7 PH metro Princípio de funcionamento Detector (elemento primário) O dispositivo de detecção de ph consiste de dois eletrodos, um de medição (eletrodo de vidro) imerso na solução testada e outro de referência imerso em uma solução de concentração hidrogeniônica constante e conhecida. Estes eletrodos estão separados por uma membrana, à qual permite a passagem da corrente eletro-química. A diferença de potencial entre os dois eletrodos indica o valor ph da solução testada, d.d.p. esta que varia linearmente com o valor ph. Estes eletrodos estão em uma câmara de fluxo, cuja finalidade é mantê-los constantemente imersos na solução testada. Normalmente é incluído um terceiro eletrodo (resistência) na câmara de fluxo, cuja finalidade é compensação da variação de temperatura.

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9 Receptor O sinal emitido pelo conjunto de eletrodos é muito débil para movimentação de qualquer dispositivo de indicação, registro ou controle. O sistema utilizado para detecção deste sinal, de modo a amplificálo sem deformações, é conhecido como sistema de balanço contínuo. O sistema de balanço contínuo baseia-se no princípio de potenciômetro, onde se efetua a comparação de tensões sem fluxo de corrente.

10 Receptor Potenciômetro: é usado para medir uma fem desconhecida ε x, comparando-a com uma fem padrão ε s, usualmente uma "célula padrão de Wesson", que é uma bateria de fem extremamente estável. Na figura a seguir, a resistência que se estende do ponto a até e é um resistor de alta precisão com um contato deslizante na posição d (reostato). A resistência entre os pontos a e d é igual a R. Quando o potenciômetro está sendo usado, a bateria padrão é colocada na posição hachurada ε = ε s da figura, e o contato deslizante é ajustado até que a corrente i indicada no amperímetro seja nula. Dizemos que o potenciômetro está equilibrado, e o valor da resistência R no equilíbrio é denotado por R s.

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12 Receptor O circuito do potenciômetro tem uma malha superior e uma inferior, com um nó apenas (o ponto d). Indicamos três correntes no circuito, a saber, i, i 0 e i 1. Aplicando a 2a. Lei de Kirchhoff no nó: i + i 1 = i 0, donde i 1 = i 0 - i. Considerando a malha abcda do circuito, teremos pela 1a. Lei de Kirchhoff, em geral ε s - R (i 0 - i) + r i = 0 onde r é a resistência interna da bateria padrão. Na situação de equilíbrio, i = 0 e R = R s, logo ε s = i 0 R s.

13 Receptor A bateria de fem desconhecida é agora colocada na posição hachurada ε = εx, e o potenciômetro é novamente equilibrado (i = 0), agora na resistência R = Rx. Analogamente temos εx = i0 Rx. Dividindo as duas equações membro a membro temos que Como R = ρl/a, a resistência é proporcional à distância L entre o contato deslizante d e o ponto a do circuito. Na prática, o contato desliza sobre uma escala na qual pode-se ler diretamente o valor da fem desconhecida εx.

14 Receptor Há modelos de potenciômetros em que a resistência com contato deslizante é substituida por chaves seletoras de resistores ligados em série. A virtude do potenciômetro é a ausência de fluxo de corrente no circuito balanceado (condições de circuito aberto), de modo que não entram no cálculo (e não influenciam em termos de erros) a tensão da segunda bateria ε 0, as resistências internas, a resistência variável R 0, a corrente nas malhas, etc.

15 Receptor O potenciômetro pode, portanto, ser definido como um dispositivo para medida de d.d.p. ou de f.e.m. de valor desconhecido, pela comparação desta f.e.m. desconhecida, com uma f.e.m. conhecida, fornecida por uma pilha padrão ou outra fonte de potencial padrão.

16 Receptor Se este pequeno potencial constante na parte AC do slide wire for diferente da f.e.m. desconhecida, haverá um fluxo de corrente entre os terminais do amplificador e consequentemente uma amplificação de corrente de modo a acionar o servomotor M, que movimenta o contato C no sentido de igualar os dois potenciais, anulando a corrente de alimentação do amplificador, estabilizando-o no ponto de corrente nula. Uma escala locada ao longo do slide wire e um ponteiro acoplado no contato C nos indicará o valor da leitura efetuada.

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45 Viscosímetro de Saybolt Consta de um tubo vertical metálico em cuja parte central inferior adapta-se o orifício calibrado que pode ser o universal, diâmetro 1,765 mm ou o furol, diâmetro 3,15 mm. O Conjunto fica imerso em um banho de óleo que envolve o tubo em toda sua extensão e que por finalidades básicas: a) no aquecimento; propicia uniformidade na transferência de calor do banho para a amostra. b) na determinação; manutenção da temperatura da amostra durante o escoamento.

46 Viscosímetro de Saybolt Na operação usam-se dois termômetros, um para a temperatura do banho (t b ) e outro para a temperatura da amostra (t a ), um cronômetro e um frasco receptor de 60 ml. A condição térmica de equilíbrio para a determinação da viscosidade Saybolt à temperatura, t a é : t b - t a 2º C Para determinar-se a viscosidade fecha-se o orifício com uma rolha a qual se prende uma corrente. Enche-se o tubo Saybolt com o óleo em análise e aquecese o banho. Atingindo o equilíbrio térmico na temperatura desejada, retira-se a rolha e cronometra-se o tempo de escoamento de 60 ml da amostra.

47 Viscosímetro de Saybolt O tempo em segundo de escoamento de 60 ml da amostra, através o orifício calibrado do aparelho, nas condições padronizadas de ensaio é a viscosidade Saybolt na temperatura do equilíbrio térmico. Será SSU (Segundo Saybolt Universal) se o orifício for universal, será SSF(Segundo Saybolt Furol ) se o orifício for o Furol. SSF é recomendada para os derivados do petróleo que tem viscosidade superior à SSU, tais como óleos combustíveis e outros produtos residuais. A palavra Furol deriva da expressão inglesa (Fuel and Road Oils).

48 Viscosímetro de Saybolt O frasco receptor deve ser colocado em posição tal que o filete da amostra que sai do tubo atinja a parte mais larga do gargalo a fim de evitar a formação de espuma. O cronômetro deve ser travado no instante em que a parte inferior do menisco do óleo atinja o traço de referencia no gargalo do frasco receptor. Antecedendo a cada determinação deve-se limpar o tubo com óleo novo.

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56 Princípio de funcionamento Detector tipo susceptibilidade-magnéticacampo magnético não uniforme: O oxigênio se destaca entre os gases pelo seu comportamento para-magnético, isto é, a sua atração por um campo magnético. Um pequeno corpo de prova, imerso em um campo magnético não uniforme tende a ser expelido se o 02 é presente Este deslocamento aumenta com o aumento da concentração de 02 e pode ser medido pela reflexão de raios luminosos.

57 Princípio de funcionamento Vemos na figura abaixo o esquema representativo de funcionamento. O corpo de prova C, contrabalanceado pelo seu corpo de prova C1 estão imersos em um campo magnético não uniforme, através do qual flui o gás analisado, recebe uma carga da placa P que tem um potencial DC fixo, tendendo a trazê-lo à posição zero.

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59 Princípio de funcionamento Como dito, a presença do oxigênio no gás analisado tende a expelir o corpo de prova, expulsão esta que modifica a posição do espelho R (locado no eixo de sustenção C-C variando a intensidade de raios luminosos refletidos nas fotocélulas F1 e F2. Esta variação alimenta sistema de balanço contínuo que indica diretamente a % do 02.

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