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INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS
MEDIÇÃO DE CONDUTIBILIDADE ELETRICA
Introdução
A medição da condutibilidade elétrica é utilizada para a determinação da concentração
de soluções aquosas de ácidos, bases e sais. Ao contrário da medição de pH, que
permite determinar somente a concentração de íons de hidrogênio em soluções ácidas
e básicas, a medição da condutibilidade permite que sejam determinadas também as
concentrações de sais. Algumas aplicações são dadas a seguir:
a) Tratamento de água, para determinação de impurezas existentes.
b) Caldeiras - trocadores iônicos, água de alimentação, etc,
c) GaIvanotécnica - banhos galvânicos.
d) Usinas de açúcar - controle de fabricação
e) Indústrias químicas - concentração de soluções ácidas, básicas e salinas.
Princípios gerais
Se, em um recipiente contendo um eletrólito, ou seja, uma solução acida, básica ou
salina, forem colocados dois eletrodos metálicos, e se aplicar uma tensão aos
mesmos, pode-se notar que há o aparecimento de uma corrente elétrica.
A condução através de eletrólitos é feita através de íons. Os cátions, ou íons positivos,
tais como H ା , Naା , etc. são atraídos para o cátodo, ligado ao pólo negativo, onde
recebem elétrons: por outro lado, os anions, ou íons negativos, tais como , OH ି ,
SO₄ି , NO₃ି , são atraídos para o ânodo, ligado ao pólo positivo, onde cedem elétrons.
Quanto mais íons existirem, maior será a condutibilidade eletrolítica. Ela é medida em
"Siemes/cm" ou “mhos/cm” utilizando-se mais comumente os submúltiplos µS/cm ou
µmho/cm.
A condutibilidade ‫ א‬é igual ao inverso da resistividade.
Se for aplicada uma tensão E a dois eletrodos com área S, à distancia 1 um do outro,
imersos em um eletrólito, circulará uma corrente I, valendo as relações;
A razão l / s depende somente das dimensões e distanciamento entre os eletrodos
podendo ser chamada “capacidade" do conjunto de eletrodos. Para um dado conjunto
de eletrodos, a condutibilidade pode, portanto ser determinada a partir de uma
medição do resistência elétrica.
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Fig. 1 mostra a relação entre a condutibilidade e a concentração de algumas soluções
diluídas de ácidos, bases e sais, a 18°C.
A análise da fig. 1
permite chegar-se às seguintes conclusões:
a) A concentração só pode ser determinada com precisão se houver um só ácido,
base ou sal na solução;
b) A concentração pode ser determinada com precisão razoável se houver vários
componentes em solução, desde que a proporção entre os mesmos seja
conhecida, ou se o componente principal apresentar uma concentração bem
mais elevada que os outros.
A relação linear entre condutibilidade e concentração só ê válida para soluções
diluídas. A Fig. 2 mostra as curvas de condutibilidade para algumas soluções
concentradas (a 18°C). Devido a forças
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eletrostáticas entre os íons, obtém, a partir de um certo ponto, uma diminuição da
condutibilidade para ura aumento da concentração. A concentração só pode ser
determinada, portanto, se souber previamente se a solução esta no ramo ascendente
ou descendente da curva.
E pratica comum indicar a condutibilidade de águas industriais na forma de conteúdo
de NaC1 por litro, sob a hipótese, de que exista somente NaC1 em solução. A
calibração em termos de mg NaC1/litro não indica o conteúdo real desse sal, visto que
em geral existem também outros sais na solução; entretanto, ela da uma boa ideia da
pureza da solução.
A tabela dada a seguir indica a condutibilidade de diversos tipos de água (a 20°C}:
Tipos de água
µS/cm
Água destilada
Água bidestilada
Água desmineralizada
Água potável
Água de rios poluídos
5 a 10
0,5 a 2
0,04 a 0,2
200 a 500
mais de 1000
Influência da temperatura
A condutibilidade eletrolítica depende bastante da temperatura, em geral aumentando
a temperatura. Em algumas soluções, a variação chega a 2,5% para °C de variação de
temperatura. Caso se deseje medições precisas, esse efeito deve ser compensado
manualmente ou através de circuitos especiais de compensação.
Polarização
A passagem da corrente pelo eletrólito faz aparecer uma força contra-eletromotriz, que
se opõe à passagem da corrente. Essa f.c.e.m., causada pela descarga dos íons nos
eletrodos, ê chamada polarização, e faz com que a corrente diminua. O efeito é tanto
maior quanto maior a condutividade. Para atenuar esse efeito, alimenta-se os
eletrodos com tensão alternada. Condutibilidades maiores que 50 mS/ci só podem ser
medidas com sensores indutivos, sem eletrodos.
Equipamento de medição
Um equipamento de medição completo consiste de um sensor com os eletrodos, uma
fonte de tensão estabilizada, o circuito do indicador e/ ou um amplificador para obter a
corrente necessária para um registrador ou controlador eletrônico.
O sensor possui conexões rosqueadas ou flangeadas, para montagem em
equipamentos ou tubulações. No caso de condutibilidades elevadas, utiliza-se um
sensor indutivo. Um transformador lidado a fonte induz uma tensão em uma espira
constituída pelo próprio líquido. A corrente resultante é proporcional a condutibilidade
do líquido, e é medida por um transformador de corrente. Caso se deseje
compensação de temperatura, um sensor de temperatura (termistor, p.ex.) pode ser
montado junto aos eletrodos, e ligado ao circuito do indicador ou ao amplificador.
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