medidor de condutividade

medidor de condutividade

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Andrei L. B. Rossetto

UNIVATES – Centro Universitário

Engenharia de Controle e Automação

Rua Avelino Tallini, 171 – Bairro Universitário – Lajeado – RS – Brasil e-mail: andrei-rs@ibest.com.br

Resumo – Este artigo irá apresentar informações sobre medidores de condutividade em líquidos. Será abordado o conceito de condutividade, aplicações, unidade de medida, métodos de medição, construção interna do instrumento, sensores, além de citar alguns equipamentos e suas características.

Palavras-chave - Condutividade, instrumento, medidor.

Abstract - This article will provide information about conductivity meters in liquids. It will be dealt with the concept of conductivity, applications, unit of measurement, measurement methods, internal construction of the instrument, sensors, and cite some equipment and their characteristics.

Keywords – Conductivity, instruments, meter I – INTRODUÇÃO

Condutividade elétrica é a habilidade que uma solução ou um material possui de conduzir corrente elétrica e pode ser definida como sendo o inverso da resistência.

A medição da condutividade é utilizada em inúmeras aplicações: - Indústria farmacêutica

- Indústria eletrônica

- Indústria de alimentos

- Geração de eletricidade

- Análises químicas

- Salinidade

- Meio Ambiente A medição da condutividade em fluidos depende de vários fatores. Alguns deles são citados abaixo: 1) Quanto maior for a quantidade de íons de uma solução, maior será a sua condutividade. Entretanto, em soluções muito concentrada, as interações dos íons pode alterar a relação de linearidade, como pode ser visto na Fig 1.

Fig. 1: Gráfico da condutividade versus Concentração iônica do cloreto de sódio e do ácido sulfúrico.

Fonte: http://www.rmprocesscontrol.co.uk/Technical.htm

3) Solventes polares favorecem condutividade. 4) íons menores possuem maior mobilidade, consequentemente uma condutividade maior. 5) Quanto maior for a temperatura, maior será a mobilidade dos íons e maior será a condutividade.

A unidade utilizada pelo sistema internacional é o Siemens por centímetro, que na pratica é chamado apenas por Siemens. Grande parte das medições estão na escala dos microSiemens ou miliSiemens.

Abaixo, nas Fig 2 e 3, estão representados alguns valores de condutividade e o intervalo de medição:

Fig. 2: Intervalos de medição de condutividade.

Fonte: http://www.inmetro.gov.br/metcientifica/palestras/PauloP.pdf

Fig. 3: Condutividade de algumas substâncias.

Fonte: w.analion.com.br/faq_condutividade.htm

Basicamente, a célula consiste em duas placas metálicas que são fixadas e montadas em material isolante, que pode ser vidro ou plástico. Serve para delinear um pequeno volume constante do líquido e torna a medição da condutividade independente do volume total da amostra e da proximidade de superfícies ou paredes dos tanques ou tubulações. Os eletrodos são construídos de metal, geralmente platina, e são revestidas por um depósito eletrolítico de negro de platina. Isso limita os efeitos da polarização.

A medição da condutividade baseia-se na intensidade da corrente elétrica que circula entre os eletrodos, localizados na célula de medição, que são imersos na solução que se deseja medir. A célula é conectada ao condutivímetro, que aplica um potencial a esses eletrodos e efetua o tratamento do sinal.

Alguns condutivímetros permitem a conexão de duas células e fornecem leituras diferenciais ou independentes.

Fig. 4: Exemplos de células de condutividade. Fonte: w.analion.com.br/faq_condutividade.htm

Uma questão relacionada com a célula de medição é a escolha de sua constante. A condutividade específica (C) é o produto da condutividade medida (G) e a constante da célula (L/A), onde L é o comprimento da coluna de líquido entre os eletrodos e A é a área, como ilustrado na Fig. 5.

Fig. 5: Determinação da constante da célula. Fonte: http://www.rmprocesscontrol.co.uk/Technical.htm

Assim podemos chegar a seguinte equação:

Se a constante da célula for 1 cm-1, a condutividade específica é a mesma que a condutividade medida da solução.

Como a determinação da condutividade elétrica de uma substância consiste basicamente em determinar sua resistência, devemos garantir que esse valor se mantenha dentro de certo limite.

O critério usado na escolha de uma célula é que sua constante faça com que a resistência esteja dentro deste limite.

Na Fig. 6 é mostrado o coeficiente que deve ser usado para uma faixa de valores de condutividade retirado de catálogo de fabricante.

Fig. 6: Constante da célula e sua faixa de valores de condutividade apropriados.

Fonte: http://www.use.com.br/pdf/hach/condutividade.pdf

Um outro tipo de célula que pode ser usada é a célula indutiva. Com esse sistema é possível medir a condutividade sem que existam eletrodos em contato com a solução.

A célula toroidal (ou indutiva) é ilustrada na Fig 7.

Fig. 7: Célula de condutividade toroidal. Fonte: br.mt.com/.../L3_4_3_Cond_Inductive_l_Nov06.jpg

A célula é composta por dois transformadores toroidais que são juntamente acoplados, um do lado do outro, em uma capa de plástico.

A bobina primária induz uma corrente em um elo da solução a ser medido, que por sua vez induz uma corrente no elo secundário. Esta corrente induzida no elo secundário será inversamente proporcional à perda no elo de solução. Esta perda é devido a condutividade. Desse modo, o condutivímetro converte esse sinal em condutividade específica.

Fig. 8: Esquema de funcionamento da célula toroidal. Fonte: http://www.use.com.br/pdf/hach/condutividade.pdf

produtos muito agressivos, lamas e polpas

A utilização dessas células requer que a solução apresente uma condutividade mínima, especificada pelos fabricantes. Possuem também um custo e complexidade maior, fazendo com que a escolha das mesmas seja recomendada quando as células convencionais não suportem determinadas situações, como na medição de

Ao contrário da condutividade metálica, a condutividade eletrolítica aumenta com a temperatura. Esse efeito provém de que a mobilidade de cada íon aumenta com a temperatura e que a viscosidade do solvente diminui. Erros muito significativos podem ser cometidos na medição da condutividade se esse efeito não for compensado.

Devido a dificuldade de se manter uma amostra a uma temperatura constante, essa compensação é efetuada eletronicamente.

O efeito da temperatura na condutividade varia de solução para solução, e pode ser calculado usando a expressão abaixo:

Onde: C = Condutividade a qualquer temperatura T em °C, Ccal = condutividade na temperatura de calibração Tcal, em °C, a = coeficiente de temperatura de solução em Tcal, em °C.

Alguns coeficientes de temperatura podem ser vistos na Fig. 9.

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