A análise de oxigênio dissolvido (OD) é fundamental em diversos processos industriais, como no tratamento de água, controle ambiental, fermentação, na indústria farmacêutica e no controle do Ciclo Água Vapor.

Duas tecnologias amplamente utilizadas para essa medição são a polarográfica (eletroquímica) e a óptica (baseada em luminescência ou extinção de fluorescência). Ambas apresentam vantagens específicas dependendo da aplicação e das condições de operação.

Introdução:

Primeiro precisamos entender o que é o Oxigênio Dissolvido em um meio aquoso, onde em meios menos técnicos de explanação é como se a água sem oxigênio entrar em contato com o ar atmosférico, e essa água tenta extrair moléculas de oxigênio (e, claro, moléculas de outros gases) do ar até atingir a saturação, onde ao fazer isso, a água dissolve o gás oxigênio como qualquer outro sólido ou líquido.

A solubilidade desses gases no meio aquoso irá depender principalmente da temperatura. Para sólidos e líquidos, a solubilidade aumenta com o aumento da temperatura, enquanto para gases, a solubilidade diminui com o aumento da temperatura.

Princípio de Funcionamento

Polarográfica (Eletroquímica)

Um dos dispositivos mais comuns para medir a concentração de OD na água é chamado de sensor polarográfico.

O sensor polarográfico opera induzindo uma reação eletroquímica com o Oxigênio Dissolvido; o sinal elétrico resultante indica a concentração de OD, isto é, medição polarográfica utiliza eletrodos de medição (cátodo e ânodo) separados por uma membrana permeável ao oxigênio. Uma tensão elétrica aplicada ao cátodo reduz o oxigênio molecular dissolvido em solução, gerando uma corrente elétrica proporcional à concentração de OD. Essa corrente é convertida em um sinal de medição.

  • Características principais: Requer eletrólito interno e uma fase de estabilização inicial (condicionamento do sensor)

Exemplo: Sensores Hamilton e Analisador Dr. Thiedig

Óptica (Luminescência ou Extinção de Fluorescência)

Os sensores ópticos de OD operam no princípio da luminescência. Em certos materiais, chamados luminóforos, os elétrons dentro do luminóforo absorvem a energia da luz de excitação específica e atingem um estado excitado.

Nesse estado, interações com outras moléculas (por exemplo, oxigênio) podem ocorrer, pois o luminóforo permanece no estado excitado por um tempo definido (vida útil da fluorescência). Quando os elétrons retornam do estado excitado para o estado fundamental, eles emitem luz, luminescendo ou fluorescendo.

A tecnologia óptica emprega um sensor recoberto por um material fluorescente sensível ao oxigênio. Quando exposto à luz, o material emite fluorescência. A presença de oxigênio reduz a intensidade ou o tempo de vida dessa fluorescência (extinção de fluorescência), permitindo a medição da concentração de OD.

  • Características principais: Medição estável e com resposta direta.

Exemplo: Analisador Dr. Thiedig e Sensores HAMILTON

Comparativo Técnico entre tecnologias

Aplicações Ideais

Polarográfica

  • Processos industriais que requerem medições contínuas em soluções com concentrações médias a altas de OD.
  • Situações em que o custo inicial é um fator crítico, mas há disposição para manutenção regular.

Óptica

  • Aplicações de alta precisão, como controle de fermentação, farmacêutico e análise no ciclo Água Vapor.
  • Sistemas com baixíssima concentração de oxigênio dissolvido, onde o consumo de oxigênio pela medição pode afetar os resultados.
  • Ambientes com presença de contaminantes químicos agressivos.

Perspectiva (Ponto de Vista) do Especialista ALUTAL

Como especialista em soluções de medição para processos industriais, a ALUTAL reconhece a importância de selecionar a tecnologia mais adequada para análise de oxigênio dissolvido (OD). A escolha entre os sensores polarográficos (eletroquímicos) e ópticos (baseados em luminescência ou extinção de fluorescência) vai além de questões técnicas, envolvendo também a aplicação, o ambiente operacional e as expectativas do cliente.

Os sensores polarográficos são amplamente utilizados devido à sua confiabilidade e custo inicial acessível. Eles operam por meio da redução eletroquímica de oxigênio, gerando um sinal proporcional à concentração de OD.

Vantagens segundo a ALUTAL

  • Custo inicial competitivo: Adequados para projetos em que o orçamento é um fator determinante.
  • Aplicação comprovada: A tecnologia é consolidada e amplamente aceita em processos industriais convencionais.
  • Ampla faixa de medição: Capacidade de medição em concentrações médias e altas de OD.

Desafios percebidos pela ALUTAL

  • Manutenção frequente: Troca de membranas e eletrólito, além de calibrações periódicas, aumentam os custos ao longo do tempo.
  • Sensibilidade a condições severas: Em ambientes com contaminantes químicos ou partículas abrasivas, a vida útil pode ser reduzida.
  • Consumo de oxigênio: Em aplicações de baixa concentração de OD, esse fator pode comprometer a precisão.

Para a ALUTAL, os sensores polarográficos são ideais para processos que exigem uma solução confiável, mas em condições operacionais menos agressivas, onde a manutenção regular é aceitável.

Os sensores ópticos representam uma evolução tecnológica no campo da medição de OD, utilizando um princípio baseado na interação do oxigênio com materiais fluorescentes.

Vantagens segundo a ALUTAL

  • Alta precisão e estabilidade: Excelente desempenho em medições de traços, sendo indispensáveis em processos críticos, como fermentação e análise ambiental.
  • Manutenção reduzida: Apenas a substituição ocasional do tampão óptico, sem a necessidade de eletrólito ou membranas.
  • Durabilidade em ambientes severos: Resistentes a contaminações químicas e mecânicas, garantindo maior vida útil em condições adversas.
  • Ausência de consumo de oxigênio: Perfeito para medições em concentrações muito baixas, sem impacto no equilíbrio do sistema.

Desafios percebidos pela ALUTAL

  • Custo inicial elevado: Apesar da redução nos custos operacionais, o investimento inicial pode ser um desafio em projetos com orçamento limitado.
  • Especificidade da aplicação: Pode ser considerado um excesso tecnológico em processos simples que não demandam alta precisão.

Para a ALUTAL, os sensores ópticos são a escolha certa em cenários onde a confiabilidade a longo prazo, a precisão em traços e a baixa manutenção são prioridades, justificando o investimento inicial.

A ALUTAL entende que a escolha entre as tecnologias deve estar alinhada às necessidades específicas do cliente. Em projetos de alta criticidade, como nas indústrias onde o controle ambiental se torna rigoroso ou em sistemas de controle no Ciclo Água Vapor, a tecnologia óptica oferece benefícios inquestionáveis. Já em aplicações industriais gerais ou em processos com menor demanda por precisão extrema, os sensores polarográficos continuam sendo uma solução viável e econômica.

A expertise da ALUTAL garante que cada cliente receba uma análise detalhada de suas necessidades, considerando fatores como custos, frequência de manutenção, confiabilidade e condições de operação. Essa abordagem personalizada permite a seleção da tecnologia mais adequada, maximizando os benefícios operacionais e financeiros para cada aplicação.

Em parceria com líderes do setor, a ALUTAL assegura acesso às melhores tecnologias disponíveis no mercado, com suporte técnico qualificado para a implementação e manutenção dos sistemas de medição de OD.

Conclusão

A escolha entre a tecnologia polarográfica e óptica para a medição de oxigênio dissolvido deve ser baseada nas necessidades específicas da aplicação. Enquanto os sensores polarográficos continuam a ser uma opção eficaz e amplamente utilizada, os sensores ópticos apresentam vantagens claras em termos de precisão, durabilidade e menor necessidade de manutenção em longo prazo.

Ambas as tecnologias possuem seus méritos, e sua seleção deve considerar fatores como custo, manutenção, precisão e condições do processo.

A ALUTAL reforça a importância de avaliar cuidadosamente cada tecnologia de medição de oxigênio dissolvido sob a perspectiva do desempenho e dos requisitos específicos do cliente. Ambas as tecnologias – polarográfica e óptica – têm seu espaço e relevância no mercado. Nossa prioridade é garantir que a escolha seja sempre a mais adequada, otimizando os resultados e garantindo a confiabilidade do processo.

Bibliografia:

  • O2 Measurement Guide – Hamilton Company
    • Operation Manual Digox optical K-S – Dr. Thiedig

Operation Manual Digox 6.1 K-S – Dr. Thiedig