1

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA

ANALISADOR DE QUIMIOLUMINESCÊNCIA

Salvador /BA

2

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

3

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

4

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

5

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.

6

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

2

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.

7

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).

8

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.

9

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.

10

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.

11

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.

12

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.

13

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.

14

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).

15

6. Referências

SILVA, L.A. Comparação de dois métodos de ensaio automatizados por

quimioluminescência para dosagem de TSH, Campina Grande, 2011.

Mambiente-ANALIZADORES Y TECNICAS DE ANALISIS. Disponível em:

<http://www.mambiente.munimadrid.es/opencms/export/sites/default/calaire/An

exos/aparatos_de_medida.pdf > Acessado em: 04/02/2014

Teledyne-Chemiluminescence NO/NO2/NOx Analyzer (TML41). Disponível em:

http://www.teledyne-ml.com/pdf/tml41.pdf Acessado em: 10/02/2014.

Gvaautomação- Analisadores aplicados ao controle ambiental. Disponível em:<

http://www.gvaautomacao.com.br/manuais-tecnicos/instr_analisadores.pdf>

Acessado em: 10/02/2014.

Dunlea, E. A. et al, Evaluation of NO2 chemiluminescence monitors, vol. 7, p. 2691–

2704, 2007.

Emersonprocess- Rosemount Analytical. Disponível em:

<http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Rosemount%20Analytic

al%20Documents/PGA_Manual_951A_200007.pdf >Acessado em: 10/02/2014.

CRUVINEL, W. N. Quimioluminescência, Universidade Católica de Góias.

VIDOTTO, A.; QUEIROZ, P.R. TÉCNICA DE QUIMIOLUMINESCÊNCIA EM MANCHAS DE

SANGUE: O USO DE LUMINOL PARA A SUA IDENTIFICAÇÃO. DISPONÍVEL EM:

<http://www.cpgls.ucg.br/6mostra/artigos/SAUDE/ANANZA%20VIDOTTO%20E%20%2

0PAULO%20ROBERTO%20QUEIROZ.pdf> Acessado em 15/02/2014.

JERNIGAN, J. R.; Chemiluminescence NOx and GFC NDIR CO Analyzers For Low Level

Source Monitoring.

CHEMILUMINESCENCE NO / NOX GAS ANALYSIS. Disponível em:

<http://www.k2bw.com/chemiluminescence.htm >.Acessado em: 03/01/2014.

Svsamford- Chemiluminescente NO/Nox analyzer. Disponível em:

http://www.svsamford.com/userfiles/upprodfiles/CAI/400cld.pdf.Acessado em:

18/12/2013.

EPA. Reference Method for the Determination of Nitrogen Dioxide in the Atmosphere

(Chemiluminescence), vol. 2,2002.

Measurement principle of the chemiluminescentmethod. Disponível em:

<http://www.ti.bfh.ch/uploads/media/2CLD.pdf >.Acessado em:18/12/2013.

16

Envitech bohemia –Chemiluminescent nitrogen oxides analyzer model AC32M.

Disponível em:< http://www.envitech-bohemia.cz/domain/envitech-

bohemia/files/01_imise-esa/ac32m_english.pdf>.Acessado em: 22/12/2013

Wooritms-Chemiluminescence NO/NO2/NOX Analyzer. Disponível em: <

http://www.wooritms.co.kr/FM/2/TELEDYNE%20GAS%20ANALZYER/200E(NO,NOx,NO

2).pdf >. Acessado em: 22/12/2013.

Descripción del método de medida de ozonio y NO2. Disponível em:

<http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/10539/capitulo5.pdf;jsessionid=23B1A

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