segunda-feira, 9 de dezembro de 2013

DETECTORES DE VOC POR PID

Aplicação  para PID - OffShore
DETECTORES DE VOC POR PID 

O que são PID?

Os photoionization detectors (PID) são detectores criados para medir vapores orgânicos voláteis (VOC) por fotoionização. Nessa técnica é utilizada uma lâmpada que emite fótons com grande energia na faixa de freqüência do ultravioleta. Quando esses fótons são absorvidos pelas moléculas de gases que o atravessam, se dá a ionização das mesmas. A mecânica do detector é tal que possibilita que os gases já ionizados pela lâmpada passem através de uma câmara que contém eletrodos capazes de transformar esse aglomerado de íons em milivolts proporcionais às concentrações de gases. Esses milivolts são amplificados e podem ser lidos nos equipamentos eletrônicos. Os principais diferenciais do PID é a sua alta sensibilidade a baixas concentrações de vapores e gases de hidrocarbonetos e seu amplo espectro de compostos que podem ser detectados. Esses detectores são utilizados para detectar gases e vapores com acerto de algumas partes por bilhão (PPB) até 1% do volume total no ambiente, ou seja, geralmente 10 ppb a 10.000 ppm, dependendo da performance e aplicação do instrumento.

Mecânica de Funcionamento do PID

O são VOCs?

Vapores Orgânicos Voláteis (VOCs) são compostos gasosos/vapores que contém carbono em sua estrutura molecular. A capacidade que os átomos de carbono têm de se combinar com outros átomos de carbono e outros elementos químicos cria a possibilidade de formação de milhares de compostos orgânicos. Quando esses compostos se encontram em estado líquido ou sólido nas condições normais de temperatura e pressão e que por algum motivo (aquecimento, por exemplo) passam para o estado gasoso (vapor) são chamados de compostos orgânicos voláteis, ou simplesmente VOCs. São exemplos desse tipo de compostos os lubrificantes minerais e sintéticos que após passarem pelo sistema de lubrificação de um compressor geram vapores residuais desse material. VOCs podem ainda ser compostos instáveis nas condições ambientais que facilmente evaporam como é o caso dos solventes das tintas, álcool etílico, gasolina, nafta e milhares de outros.Quando esses compostos são formados por átomos de carbono e hidrogênio dá origem aos hidrocarbonetos saturados (metano, etano, butano, etc.), ou insaturados, como por exemplo, o etileno e o acetileno. Quando esses compostos possuem átomos de carbono, hidrogênio e ainda oxigênio dão origem a mais uma infinidade de vapores orgânicos como os alcoóis, cetonas, éteres, aldeídos e alguns ácidos.  Quando ligados em cadeia hexagonal formam os perigosos aromáticos (benzeno, xileno e tolueno), utilizados nas indústrias de base em tintas, solventes e adesivos, pesticidas, fármacos, borrachas e detergentes. Quando esses compostos orgânicos se ligam a átomos metálicos são chamados de organometálicos, como por exemplo, o chumbo tetraetila.
  

O que mede um detector por fotoionização (PID)?

De modo geral, os detectores por fotoionização são bem utilizados na indústria para medir:

  • Aromáticos
  • Acetonas
  • Aldeídos
  • Alcoóis
  • Hidrocarbonetos saturados
  • Aminas,
  • Amidas,
  • Compostos sulfurados,
  • Além de medir centenas de derivações dos compostos acima.

 O que o detector por fotoionização (PID) não mede?

Devido seu princípio de funcionamento, os PIDs são capazes de ionizar algumas centenas de vapores orgânicos voláteis. Porém, existem alguns compostos difíceis de serem ionizados e por isso difíceis de serem mensurados por fotoionização. Os PIDs não são capazes de medir os gases inertes (N2, CO2, CO) porque não possuem energia suficiente para ionizá-los. Outros gases que também não são medidos são os gases nobres, gás natural (metano, propano, etano), alguns gases ácidos (HCl, HF, HNO3), O3 e o H2O2.

Seletividade x Sensibilidade

A principal limitação do PID é a sua não seletividade aos compostos detectados. Apesar de extremamente sensível, os detectores de PID são pouco seletivos e em um processo que contenha uma grande gama de vapores orgânicos. Em uma mistura, o PID é incapaz de dizer exatamente quais os vapores orgânicos presentes e em que quantidades. Em outras palavras, se um detector de PID for exposto a uma pequena amostra de VOC isolada, ele é capaz de dizer com rapidez e com grande precisão qual a concentração da amostra, porém, caso o detector seja exposto a uma mistura de vapores orgânicos, em uma planta de óleo e gás, por exemplo, o detector medirá a mistura, mas será incapaz de medir um determinado VOC da mesma. Por isso, dizemos que ele é extremamente sensível, mas pouco seletivo.

 Fator de Correção

Como as propriedades de interação intermoleculares e ionização dos compostos são diferentes, o PID mede cada composto com uma determinada intensidade. O fator de correção é uma relação que diz quanto vezes o PID é sensível em relação ao gás de calibração (gás alvo). Por exemplo: Considerando que um PID fora calibrado com uma concentração de 100ppm de isobutileno (gás alvo), dizemos que esse instrumento medirá aproximadamente 0,5 vezes mais tolueno. Ou seja, se o instrumento for exposto a 100 ppm de tolueno, o display do instrumento calibrado com 100ppm de isobutileno indicará 150 ppm, devido o fator de correção entre o tolueno e o isobutileno. Ou ainda, que o instrumento mediria 9,7 vezes menos amônia, comparado com a amostra de isobutileno. Caso o PID fosse exposto à mesma concentração de amônia com o instrumento calibrado para isobutileno e indicasse 10 ppm desse gás, significaria dizer que a concentração de amônia no ambiente é de:
CNH3 = 9,7 x 10 ppmisobutileno = 97 ppm NH3

Por que calibrar um PID usando isobutileno?

Devido o amplo espectro de compostos que pode ser medido com o PID é necessário que se utilize um gás de calibração alvo que se encontre próximo ao centro do espectro de gases e vapores ionizáveis para que dessa maneira o instrumento seja capaz de medir toda a gama de compostos. Além disso, é preciso que o gás de calibração seja pouco agressivo e tóxico aos técnicos e profissionais envolvidos com o processo de aferição, ajuste e calibração desses instrumentos.  Por conta disso, a maior parte dos detectores por fotoionização utiliza o isobutileno para essa finalidade. As propriedades químicas de ionização do isobutileno, o fazem um gás ideal e padrão para calibração de instrumentos para medir vapores orgânicos voláteis.

Ionização do Gás por Ultravioleta

Aplicação e Otimização dos Instrumentos

Com os avanços da medicina e dos estudos dos riscos e doenças relacionadas pela exposição ocupacional a determinadas substâncias, os órgãos governamentais tem sido mais rigorosos e apresentado limites de exposição cada vez mais claros e objetivos para determinados compostos. Só para citar um caso, o benzeno é uma substância que não possui limite de exposição definido pela NR15 e considera-se que qualquer exposição ocupacional a ela. Os estudos dizem que seja qual for o tempo e periodicidade da exposição ao benzeno, alguns indivíduos podem desenvolver ou acelerar os processos de mutação de células e com isso um câncer.  Por conta disso, muitos fabricantes tem otimizado seus instrumentos na tentativa de criar detectores seletivos com os PIDs. Alguns instrumentos voltados exclusivamente à detecção de benzeno vem com filtros químicos incorporados à admissão dos gases afim de reter a maior quantidade possível de vapores orgânicos com exceção dos aromáticos, por exemplo.
O campo de aplicação dos detectores por fotoionização é enorme, abaixo é citado alguns campos de aplicação desses instrumentos:

  • Medição de linha de ar comprimido com finalidade ocupacional (ar respirável);
  • Indústrias de óleo e gás;
  • Avaliação de espaço confinado;
  • Monitor de vazamentos de gases e vapores (fixo e portátil);
  • Medição de contaminação e emissão de gases em solos;
  • Monitoramento ambiental de riscos ocupacionais;
  • Medidores de residuais de hidrocarbonetos e solventes clorados em poços subterrâneos;
  • Medição do explosividade (limite inferior de explosividade) para uma infinidade de vapores orgânicos;
  • Transferência de hidrocarbonetos quentes;
  • Combate a emergências e acidentes com produtos químicos;

Bibliografia: 


  1. Application Note AP-214 rev 3 12-05 Environmental Applications For PIDs – Rae Systems
  1. Dräger's Guide to Portable Gas Detection - Drager
  1. Application Note. Rae Systems PID Training Outline - Rae Systems
  1. Acervo Pessoal
  1. Práticas de Laboratório e Desenvolvimento de Produtos - Breathe Sistemas de Ar Respirável 
  1. Interntional Sensor Technology. Photoionization Detector.  Acessado em: 09/12/2013. Disponível em: <http://www.intlsensor.com/pdf/photoionization.pdf>




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