ANALISADOR TDLS

A VEZ DOS ANALISADORES À LASER SINTONIZADO. 

LUZ LASERAs fontes de luz convencionais utilizadas na espectroscopia do infravermelho não eram até pouco tempo em estado sólido, mas do tipo Globar, Nicrome e outras utilizadas no analisador NDIR desde sua criação em 1930.

A luz do laser  têm ampla faixa de ampliação das linhas e está cada vez mais tomando lugar nesses tipos de analisadores.

O espectro de absorção envolve não só a linha espectral a partir do gás medido, mas também aquelas a partir dos outros gases que compõem a amostra,  introduzindo interferências cruzadas.

Para efeito de comparação da arquitetura interna dos analisadores por espectroscopia, mostramos a seguir um típico analisador de gás por absorção no infravermelho (NDIR) que funciona pelo principio da lei de Beer-Lambert.

ANALISADOR NDIR ABB

A figura acima mostra a anatomia de um analisador por absorção extrativo do tipo NDIR convencional que usa uma fonte de radiação no infravermelho do tipo Nernst ou Nicrome e um Chopper mecânico movido a motor elétrico. Cortesia ABB.

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NDIR_chart

A figura acima mostra as curvas de absorção de alguns gases na região do infravermelho. Gentileza LumaSense Technologies.

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A utilização do laser em medições espectrofotométricas vem ganhando cada vez espaço em analisadores industriais por diversos motivos: os diodos emissores do tipo laser sintonizado (TDLS ou TDLAS -Tunable Diode Laser Spectrometer Analyzer) são dispositivos sólidos, compactos e de pequenas dimensões, resistentes a vibração e duráveis. De modo geral o analisador TDLS pode ser usado para medir em uma mistura gasosa a concentração de: O2 e determinadas espécies como: CH4 , CO/CO2, NH3, HF, HCl  e vapor de água (H2O).

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DIODO SINTONIZADO

A figura acima mostra um diodo laser sintonizado que permite o ajuste do comprimento de onda da radiação por meio de controle da temperatura do dispositivo.

 

A emissão do diodo laser é facilmente modulável por meios eletrônicos dispensando os tradicionais “choppers” que acompanhavam os clássicos analisadores por absorção; a radiação laser é coerente, facilmente colimada e monocromática, o que proporciona uma medição mais limpa de interferências.

LUZ LASER

A figura acima mostra a luz do laser se propagando em linha reta com feixes alinhados, com alto brilho e espectro bem definido.

 

A modulação sintonia do comprimento de onda é feita termicamente sem utilização de filtros óticos; além de medir a concentração e gases também pode medir a presença de água (umidade) na amostra.

instalação cross duct

A figura acima mostra um analisador instalado num duto de gás, realizado medições em “cross duct”.

 

Os analisadores de oxido de zircônia ainda são utilizados em larga escala em medições do oxigênio para controle de combustão, com medições “in situ” por um preço relativamente baixo, se comparado com medições extrativas e TDLS, no entanto, a medição com o analisador TDLS pode ser feita numa instalação “cross duct” e não pontual como no caso das sondas de óxido de zircônia, o que traz a vantagem de representar a média da concentração através do duto de gás; é indicado para medições em altas temperaturas o que atende algumas aplicações que estão além do limite do sensor de óxido de zircônia.

partes do TDLS

A figura acima mostra um analisador a laser sintonizado do tipo TDLS.

 

O analisador a laser sintonizado do tipo TDLS, a unidade eletrônica controla a emissão do laser e o detector converte o sinal recebido em um valor que representa a concentração do componente a ser medido. Este tipo de analisador oferece uma pureza espectral elevada, com alta resolução, e uma largura de linha espectral estreita (inferiores a 0,0001nm), a sensibilidade do TDLS pode chegar a 10-6 do volume, permitindo a medição na faixa de 0,1 a 5 ppm/m3. Ao selecionar um espectro laser emitindo uma luz sintonizada bem perto de uma linha de absorção específica do gás medido, e ajustando o comprimento da onda através de uma mudança da temperatura e corrente no diodo, pode ser obtido um espectro de absorção que cobre apenas uma única linha, correspondente ao componente desejado, eliminando qualquer interferência cruzada.

suporte com alinhamento do diodo

A figura acima mostra um diodo TDLS montado numa estrutura que permite o alinhamento preciso do feixe de radiação do analisador.

 

No analisador TDLS, a influência dos parâmetros ambientais como temperatura e pressão, podem ser compensados automaticamente com medições externas. O analisador TDLS é bastante rápido nas suas medições, pode realizar medições diretamente no ponto de passagem do gás (in situ) sem a necessidade dos chamados sistema de amostragem, em amostras a altas temperaturas (1500oC), altas pressões (20bar) e sob condições críticas (corrosivo e agressivo), sendo um dos analisadores de processo mais robustos disponíveis.

INSTALAÇÃO EM FORNALHAS

A figura acima mostra o analisador TDLS, instalado numa fornalha numa região de alta temperatura.

 

Com o uso, a maior diferença entre o analisador TDLS e o extrativo, será no custo da manutenção, no entanto há diferenças também no custo de aquisição por fazer medição “in situ” e, portanto, dispensar sistema de amostragem, facilitando a engenharia de aplicação e o treinamento.

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TÉCNICA TDLAS PARA UMIDADE DA GE

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ANALISADOR TDLS DA ABB

TDLS ABB

A figura acima mostra o analisador TDLS, para instalação “cross duct”, fabricado pela ABB.

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ANALISADOR TDL METTLER TOLEDO

 TDLS METTLER TOLEDO

A figura acima mostra o analisador TDLS, modelo GPro500, da Mettler Toledo.

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ANALISADOR TDL YOKOGAWA

tdls yokogawa A figura acima mostra o analisador TDL para instalação “cross duct”, da Yokogawa

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ANALISADOR TDLAS NEO

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ANALISADOR TDLS SERVOMEX

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ANALISADOR TDLS SIEMENS

Em breve teremos também analisadores na faixa do ultra violeta utilizando diodos emissores de radiação, em artigo publicado em 2006 (Criados LEDs capazes de emitir luz ultravioleta), o site Inovação Tecnológica, comenta sobre a fabricação de diodos na faixa de 200-300nm, pela empresa japonesa NTT.

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Aprendizagem Conectada

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