Qual é o alcance dos transmissores de condutividade? Principais fatores que influenciam seu desempenho e Ver

A gama de transmissores de condutividade é relevante para indústrias que dependem de certas análises de líquidos. Da purificação da água aos processos químicos, esses dispositivos são cruciais. Este guia explica os conceitos básicos de condutividade, o funcionamento do transmissor e alguns dos fatores que afetam a gama do transmissor, entre outros.

Compreendendo a Condutividade e Sua Importância

Definição de Condutividade

Então, a condutividade é simplesmente a capacidade de qualquer material de conduzir eletricidade. No caso de líquidos, é a capacidade da solução de conduzir a passagem de corrente elétrica através dela. Essa capacidade depende quase inteiramente da concentração de íons dissolvidos na solução.

Íons: São átomos ou moléculas que ganharam ou perderam elétrons, adquirindo assim uma carga elétrica líquida positiva ou negativa.

Água Pura: Água intensamente purificada ou completamente desionizada tem muito poucos íons, tornando-a um mau condutor com baixa condutividade.

Água contaminada: Essas substâncias são sais, ácidos e álcalis que, quando dissolvidos em água, se dissociam em íons (NaCl em Naþ e Cl-). Desde que haja íons móveis na solução, ela conduzirá eletricidade e terá maior condutividade.

Normalmente, é expressa em Siemens por centímetro; no entanto, para amostras com condutividades mais baixas, unidades menores, como microsiemens por centímetro, são usadas.

Aplicações da medição de condutividade

A medição de condutividade é uma técnica analítica não destrutiva que fornece uma leitura da concentração total de íons em uma solução sem revelar quais íons estão presentes. Ainda assim, oferece velocidade, confiabilidade e procedimentos simples para monitorar as mudanças na composição de uma solução.

Importância em várias indústrias

A medição de condutividade é usada e é importante em uma grande variedade de processos industriais.

Purificação de água: Garanta a maior pureza da água para prevenir corrosão e contaminação em usinas elétricas e instalações de fabricação farmacêutica. Transmissores de condutividade monitoram a pureza da água em todas as etapas da produção, detectando até os menores traços de impurezas iônicas.

Agricultura: A condutividade da água no solo é comumente usada para analisar a salinidade do solo. Níveis elevados de salinidade dificultam o crescimento das culturas; portanto, os agricultores usam esses dados para gerenciar a irrigação e a fertilização.

Alimentos e Bebidas: A medição da condutividade em cervejarias, laticínios e fábricas de processamento de alimentos é usada para monitorar os sistemas CIP. Isso garante a lavagem completa dos agentes de limpeza para evitar a contaminação dos produtos.

Fabricação Química: Esses transmissores monitoram as reações químicas e mantêm as concentrações da solução para garantir a qualidade do produto e a eficiência do processo.

Transmissores de Condutividade: Uma Visão Geral

O que é um Transmissor de Condutividade?

Um transmissor de condutividade é um dispositivo eletrônico conectado a um sensor de condutividade. Seu uso principal é adquirir o sinal elétrico desse sensor, processá - lo e, consequentemente, transformá - lo em um sinal de saída mais padrão, que pode ser um sinal analógico de 4 - 20 mA ou um sinal digital por meio de protocolos como HART ou PROFIBUS. Essa saída padronizada é então enviada para um PLC, DCS ou algum outro equipamento de monitoramento.

O Princípio de Funcionamento de um Transmissor de Condutividade

As etapas envolvidas são as seguintes:

Sensoriamento: O sensor de condutividade possui eletrodos que são imersos no líquido. Uma tensão CA conhecida é aplicada entre eles.

Medida: O fluxo de corrente através da solução é medido. De acordo com a Lei de Ohm, a corrente é inversamente proporcional à resistência da solução (Corrente = Tensão/Resistência).

Cálculo: O transmissor calcula o valor da condutância (inverso da resistência) e, a partir dele, determina a condutividade considerando a constante da célula do sensor que corresponde à geometria física da célula.

Compensação de Temperatura: Como a condutividade varia significativamente com a temperatura, o transmissor usa seu sensor de temperatura interno para compensar essas mudanças, normalizando a leitura para alguma temperatura de referência (geralmente 25°C).

Transmissão: O valor final da condutividade, com compensação, é transmitido como sinais padrão para o sistema de controle.

Tipos de transmissores de condutividade

Os transmissores de condutividade podem ser classificados de acordo com a tecnologia do sensor utilizada:

Transmissores condutivos (ou de contato): Esses transmissores têm eletrodos de detecção submersos diretamente no fluido de medição. Eles são muito precisos no intervalo de condutividade de baixo a médio e, portanto, são excelentes para considerações de água pura. Normalmente, vêm em configurações de dois ou quatro eletrodos.

Transmissores indutivos (ou toroidais): Consistem em duas bobinas enroladas (toroides) encerradas em uma caixa de plástico resistente. A primeira bobina induz uma tensão na solução, fechando um circuito de corrente. A segunda bobina mede a magnitude da corrente induzida, que é proporcional à condutância da solução. A ausência de eletrodos metálicos expostos significa que esses instrumentos estão livres de incrustação ou corrosão, tornando-os adequados para soluções agressivas, viscosas ou altamente condutivas.

Fatores que influenciam o intervalo de condutividade

Efeitos da temperatura na condutividade

A temperatura continua sendo o fator mais influente que afeta a condutividade. Um aumento na temperatura da solução aumenta a energia cinética dos íons; portanto, a condutividade aumenta. O efeito é poderoso, mudando de 2-3% para cada grau Celsius.

Transmissores de condutividade realizam compensação automática de temperatura (ATC) para garantir leituras precisas e comparáveis. Seja por projeto ou em seu software, eles ajustam a condutividade medida para o que seria em alguma temperatura de referência, geralmente 25°C. Como diferentes soluções têm diferentes coeficientes de temperatura, transmissores sofisticados permitem que o operador defina o coeficiente apropriado para a aplicação, desde água pura até ácidos fortes.

Efeito da composição da solução

A natureza e a concentração das substâncias dissolvidas determinam a condutividade.

Baixa condutividade: Água desionizada, água de alimentação de caldeira e água de enxágue são consideradas estar nessa faixa de baixa condutividade porque têm concentrações de íons muito baixas (por exemplo, 0-20 µS/cm).

Condutividade Média: Água potável, água superficial e muitas soluções de processos industriais têm níveis médios de sais dissolvidos e se enquadram nesta categoria (por exemplo, 20 - 2.000 µS/cm).

Condutividade Alta: Água do mar, soluções químicas concentradas e águas residuais industriais têm uma concentração de íons muito alta que produz um valor de condutividade elevado (por exemplo, de acima de 2.000 µS/cm até 2.000.000 µS/cm ou 2 S/cm).

A escolha do sensor é fundamental. Em outras palavras, um sensor condutivo para água pura perderá rapidamente a precisão ao medir soluções de alta condutividade. Em contraste, os sensores indutivos carecem de sensibilidade para medir tratamentos de ultrapureza.

Calibração e Sua Importância

A calibração é o processo de verificação e ajuste do sistema de medição (sensor e transmissor) para garantir a correção das leituras. Isso inclui o uso de soluções padrão que possuem valores conhecidos de condutividade.

Por que Calibrar? Com o tempo, as características do sensor podem mudar devido a incrustação, abrasão ou ataque químico. Esse efeito é eliminado por meio de calibração periódica.

Procedimento de calibração: Para calibração de ponto único, o sensor é imerso em uma solução padrão e a leitura do transmissor é ajustada para corresponder ao valor padrão. Mais pontos podem ser usados durante a calibração para melhorar a precisão em uma faixa operacional mais ampla.

Frequência: Com que frequência a calibração é necessária depende de quão crítica ela é para a aplicação real e quão hostil é o ambiente do processo real.

Sensores de condutividade: Tecnologia e inovações

Avanços na tecnologia dos sensores

Os sensores de condutividade modernos são projetados para serem ainda mais duráveis e precisos.

Sensores condutivos de quatro eletrodos: Dois eletrodos externos levam a corrente para a solução, enquanto o par interno de eletrodos mede a tensão entre eles. Ao fazer isso, reduz os erros decorrentes da polarização ou da sujeira, estendendo assim o alcance efetivo do sensor e melhorando a precisão em comparação com os sensores convencionais de dois eletrodos.

Materiais duráveis: Diferentemente do passado, os sensores indutivos agora são fabricados com materiais altamente resistentes, como PEEK e PVDF, para que possam resistir a produtos químicos agressivos e altas temperaturas típicas de muitos processos industriais.

Integração Digital: Sensores modernos já incorporaram eletrônica digital. Isso tornou muitas diagnósticos on - board possíveis e enviou as informações de diagnóstico diretamente para o transmissor.

Explicação da Tecnologia Memosens

A tecnologia Memosens é outro salto considerável no campo da conectividade de sensores. Desenvolvida pela Endress+Hauser, é um padrão de transmissão digital e sem membrana para sensores em análise de líquidos.

Como Funciona? Os sensores Memosens contêm um microchip dentro da cabeça do sensor que registra dados de calibração, horas de operação e algumas outras informações de diagnóstico. É feita uma conexão indutiva sem contato, de modo que seja 100% resistente à água e à corrosão.

Vantagens do Memosens:

Pré - calibração: Os sensores podem ser pré - calibrados em um ambiente de laboratório controlado e depois substituídos rapidamente no campo, o que reduz o tempo de inatividade do processo.

Confiança: Devido à sua natureza sem contato, a umidade, a corrosão e as conexões defeituosas que afetam os sistemas analógicos convencionais são eliminados.

Pré-diagnósticos: Os dados de diagnóstico armazenados podem ser usados pelos usuários para prever quando o estado de funcionamento de um sensor exigirá manutenção ou substituição, evitando assim falhas repentinas.

Tendências Futuras na Medição de Condutividade

Desenvolvimento de Tecnologias de Sensores

Além disso, é bastante provável que os futuros desenvolvimentos se concentrem em fazer sensores "mais inteligentes". Esses sensores provavelmente terão capacidades aprimoradas de medição de múltiplos parâmetros, permitindo que um único dispositivo meça, por exemplo, condutividade, pH e temperatura simultaneamente. Usando técnicas de inteligência artificial e aprendizado de máquina, esses sensores podem ser capazes de auto-diagnosticar problemas ou modificar seu desempenho de acordo com as condições de processo em mudança.

Previsões para o Crescimento do Mercado

O mercado mundial de transmissores e sensores de condutividade provavelmente continuará com sua tendência de crescimento estável. Esse crescimento é impulsionado por regulamentações ambientais rigorosas, necessidades crescentes de gerenciamento de recursos hídricos e o impulso global em direção a uma maior automação e eficiência perseguida pelas indústrias em todo o mundo. A Internet das Coisas Industrial (IoT) também induzirá uma necessidade crescente de transmissores inteligentes e conectados que transmitam dados para plataformas de análise baseadas em nuvem.

Desafios e Oportunidades à Frente

Apesar dos avanços significativos na engenharia, problemas ainda persistem. A detecção em temperaturas extremamente altas, altas pressões ou meios corrosivos é uma área ativa de pesquisa. Ao mesmo tempo, esses desafios apresentam oportunidades para novas inovações e o desenvolvimento de soluções de próxima geração que abrem novos aplicativos e mercados.