Misturadores de Gases, Analisadores de Gases, Reguladores de Pressão e Válvulas

Guia completo sobre misturadores de gases, analisadores de gases e suas diversas aplicações

Autor: Miguel Gil

contato@managas.com.br

1. Espectro de absorção de gás de infravermelho

Sabemos que muitas moléculas de gás podem absorver radiação na porção infravermelha do espectro eletromagnético.

Quando a radiação infravermelha incide em um gás, os estados de energia dos átomos, que vibram nas moléculas, mudam em etapas discretas quando o comprimento de onda do infravermelho corresponde às frequências ou ressonâncias naturais das moléculas.

Simplificando, as vibrações dos átomos retidos em suas ligações químicas aumentam quando excitadas pela luz do comprimento de onda correto.

Uma absorção de radiação infravermelha de forma eficaz aumenta a temperatura do gás.

As frequências ressonantes (comprimentos de onda) dependem do número e da massa dos átomos nas moléculas, bem como do número e pontos fortes das várias ligações químicas. Se a estrutura química das moléculas for complexa, haverá uma séria de vibrações ressonantes. Isso, geralmente é apresentado graficamente como uma série de picos de absorção plotados contra o comprimento de onda, chamado de espectro de absorção.

2. Sensor de Infravermelho para detecção de Dióxido de Carbono (NDIR)

O analisador de dióxido de carbono (NDIR) da MANÁGAS usa o princípio de infravermelho para a medição exata dos níveis percentuais de dióxido de carbono em misturas de gases.

O sensor de infravermelho está em uma unidade independente montada dentro do analisador de gás de dióxido de carbono com os componentes eletrônicos necessários para processar o sinal do sensor e exibir a concentração de dióxido de carbono no display digital.

3. Detecção de concentração de Dióxido de Carbono (NDIR)

Uma fonte de luz emite luz em uma ampla faixa de comprimentos de onda. Apenas uma faixa muito estreita é visível (400-800 nm).

Comprimentos de onda maiores que 800 nm são comprimentos de onda infravermelhos. Comprimentos de onda menores que 400 nm estão na região ultravioleta do espectro.

Detecção de concentração de Dióxido de Carbono (NDIR) - Espectro de uma fonte de luz
Figura 1 - Espectro de uma fonte de luz

Quando uma fonte de luz é exposta a um fluxo de gás contendo dióxido de carbono, a energia da região infravermelha do espectro é absorvida pelo gás. A energia afeta a natureza física da molécula de dióxido de carbono.

Uma molécula de dióxido de carbono consiste em um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio. Ambos os átomos de oxigênio estão quimicamente ligados ao átomo de carbono por ligações duplas, como mostrado na figura 2.

Molécula de Dióxido de Carbono - Infravermelho não ativo
Figura 2 - Molécula de Dióxido de Carbono

Quando esta molécula absorve energia, os átomos interagem uns com os outros. A energia absorvida faz os átomos vibrarem e girarem. A energia vibracional e a energia rotacional exigidas da fonte de luz são específicas do comprimento de onda. Como a ligação dupla carbono-oxigênio é tão prevalente no dióxido de carbono, podemos nos concentrar no comprimento de onda que causa a interação vibracional.

O infravermelho interage com o gás apenas se “vê” um dipolo na molécula (uma analogia são as ondas de rádio captadas por uma antena). Molecular dipolos existem se os átomos nas moléculas são arranjados não simetricamente ou, se, os modos de vibração são não simétricos. As vibrações incluem esticar e dobrar as moléculas que as distorcem para criar momentos dipolares ou mesmo multipolares.

Molécula de Dióxido de Carbono - infravermelho ativo - dobra de dipolo
Molécula de Dióxido de Carbono - infravermelho ativo - alongamento assimétrico de dipolo
Figura 3 - Molécula de Dióxido de Carbono - infravermelho ativo

As figuras acima mostram a interação entre as moléculas de carbono e oxigênio quando a luz infravermelha é absorvida. O átomo de carbono vibra entre os dois átomos de oxigênio.

A quantidade de luz absorvida pelo fluxo de gás é diretamente proporcional ao conteúdo de dióxido de carbono no fluxo de gás.

Moléculas simétricas, como os binários H2, N2 e O2, não são excitadas por IR porque suas estruturas não desenvolvem nenhum dipolo.

O dióxido de carbono é um bom exemplo de uma molécula simétrica que possui modos de vibração simétricos e não simétricos assim que absorve IR.

Outros gases e vapores, especialmente hidrocarbonetos, são ativos no espectro do infravermelho, principalmente por meio dos modos de alongamento C-H.

Geralmente quanto maior o número de ligações C-H, mais fortes serão as linhas de absorção, muitas das quais se fundem em bandas.

4. Princípio da Operação NDIR

Quando a luz passa por um fluxo de gás contendo dióxido de carbono, o gás absorve energia da luz em comprimentos de onda específicos. A luz restante é filtrada para um comprimento de onda específico para o dióxido de carbono. A quantidade de luz restante no comprimento de onda específico é medida. A quantidade de luz absorvida é diretamente proporcional à quantidade de dióxido de carbono presente no fluxo de gás, permitindo assim uma medição precisa do dióxido de carbono.

O sensor infravermelho da MANÁGAS para detecção de dióxido de carbono é um sensor compensado por temperatura de feixe único e comprimento de onda duplo. Ele incorpora uma fonte de luz de lâmpada infravermelha e detector piroelétrico. O gás flui através de uma célula de amostra com janelas de safira.

5. Determinação da concentração de Dióxido de Carbono

Dois filtros ópticos são montados na superfície do detector. Um filtro é escolhido para passar a luz infravermelha específica para dióxido de carbono (filtro de medição). O segundo filtro é um filtro de referência. A luz em um comprimento de onda que não é absorvido pelo dióxido de carbono passa pelo filtro de referência. A diferença na quantidade de luz entre os dois filtros fornece a quantidade de energia (luz) absorvida pelo dióxido de carbono.

O sinal gerado pelo sensor não é linear. O sinal é alimentado para o sistema eletrônico onde é linearizado e uma medição digital da concentração de dióxido de carbono é exibida.

6. Calibração de sensores infravermelhos de Dióxido de Carbono

O sensor requer uma calibração de dois pontos. Primeiro, o sensor de dióxido de carbono deve ser zerado. Isso é realizado fluindo um gás sem dióxido de carbono através do analisador e ajustando o zero no analisador.

Em segundo lugar, a amplitude precisa ser ajustada. Um gás de calibração contendo uma quantidade de dióxido de carbono próxima à concentração de dióxido de carbono encontrado no gás de amostra deve ser usado para calibrar o analisador. O gás de calibração deve ter uma concentração de dióxido de carbono conhecida.

Com o gás de calibração fluindo através do analisador infravermelho de dióxido de carbono, a calibração deve ser ajustada para corresponder ao valor certificado.

7. Aplicações de sensores infravermelhos de Dióxido de Carbono

Os analisadores infravermelhos NDIR podem ser usados para medição de dióxido de carbono em qualquer nível entre 0-100% em gases ou misturas de gases.

Analisadores infravermelhos NDIR são usados por empresas de gases do ar, usuários de gases industriais e fabricantes de alimentos (solda, corte, embalagens, etc.) e para monitoramento de segurança e meio ambiente.

Para unidades de produção de gases do ar, o analisador de dióxido de carbono NDIR assegura a qualidade do produto medindo a impureza de dióxido de carbono ou monitorando a pureza do dióxido de carbono.

Para usuários de gases para alimentos, o analisador de dióxido de carbono NDIR permite realizar ensaios de atmosfera modificada em embalagens de alimentos para garantir a qualidade e concentração dos gases e prever o tempo de validade e qualidade dos produtos embalados.

8. Analisador de Gases MANÁLYZER

Analisador de Gases MANÁLYZER® para embalagens de alimentos determina as concentrações de CO2, O2 e/ou Etileno visando manter a qualidade do alimento em todas as fases até alcançar a mesa do consumidor final.

Para a determinação da concentração de CO2, o MANÁLYZER® emprega sensor NDIR. Adicionalmente, emprega células eletroquímicas para determinação do teor de Oxigênio e Etileno (para amadurecimento de frutas).

Garante a qualidade do alimentado embalado e como resultado direto, a satisfação do seu cliente.

Para efetuar o teste na embalagem com atmosfera modificada, o Analisador de Gases MANÁLYZER® extrai menos de 10 ml o que permite analisar a atmosfera de embalagens de dimensões reduzidas.

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9. Dúvidas

DÚVIDAS em Sensor de gás por infravermelho não dispersivo (NDIR)?

Qualquer dúvida em relação ao tema “Sensor de gás por infravermelho não dispersivo (NDIR)”, por favor entre em contato. Aproveite e conheça nossa linha de misturadores de gases para conservação de alimentos e embalagem de atmosfera modificada.