A sílica é um dos contaminantes traço mais prejudiciais em sistemas de água de alta pureza, e aparece em dois setores que não podem se dar ao luxo de ignorá-la.
Na geração de energia, a sílica dissolvida é arrastada com o vapor, deposita-se nas pás das turbinas e cria incrustações nas superfícies das caldeiras, reduzindo a eficiência e encurtando a vida útil dos componentes. Na fabricação de semicondutores, a sílica abaixo de sub-ppb na água ultrapura (UPW) contamina wafers, causa defeitos e reduz o rendimento da fabricação.
As concentrações relevantes são baixas demais e transitórias demais para que a amostragem em laboratório as detecte a tempo; portanto, é necessário monitorá-las continuamente, on-line e em tempo real, para proteger o processo.
Então, como funciona a medição de sílica on-line? Esta página explica a combinação de química do silicomolibdato, fotometria baseada em LED e condicionamento de amostra projetado que permite aos analisadores fornecer leituras confiáveis de sílica abaixo de sub-ppb.
A sílica não é uma única espécie na água. Ela existe em várias formas, incluindo reativa (monomérica), polimérica e coloidal, mas os analisadores em linha medem apenas a fração reativa.
Essa distinção é importante porque a sílica reativa é a forma que participa da química de incrustação nas pás de turbinas e da deposição nas superfícies de wafers. Ela também é a forma que responde à reação colorimétrica usada em todo analisador on-line de química da água disponível no mercado.
Se você está medindo sílica on-line, três restrições moldam o que realmente é possível:
A química do ciclo de energia e a UPW exigem detecção na faixa sub-ppb. A maioria dos métodos analíticos não resolve claramente nesse nível.
Espécies dissolvidas, especialmente fosfato, reagem com o mesmo reagente de molibdato usado para detectar sílica e podem produzir uma reação de cor concorrente se não forem quimicamente mascaradas.
Uma medição sub-ppb requer um volume de amostra representativo e estável em cada ciclo. Flutuações de vazão ou pressão introduzem erros que ofuscam o sinal.
O princípio de medição descrito abaixo aborda diretamente cada uma dessas restrições.
Os analisadores de sílica on-line utilizam um método de química úmida chamado colorimetria do silicomolibdato. Esse princípio tem sido usado em análises laboratoriais há décadas, e os analisadores on-line modernos o automatizam como um ciclo sequenciado de reagentes. Abaixo está a sequência conforme executada dentro do METTLER TOLEDO 2850Si.
O método de medição do 2850Si está em conformidade com o Método de Ensaio ASTM D7126, o padrão para medição colorimétrica on-line de sílica.
O ciclo completo é autônomo, executa-se automaticamente e se repete em um intervalo fixo. O resultado é um registro contínuo da sílica reativa na corrente de amostra.
O analisador de sílica e fosfato 2850Si oferece suporte às capacidades combinadas de medição on-line de um analisador de sílica e fosfato. Isso economiza tempo valioso e custos de manutenção, com mais funcionalidades em um único instrumento. O vídeo explica como o complexo de silicomolibdato produz uma mudança de cor que permite ao analisador de sílica e fosfato medir concentrações de sílica e fosfato.
A dosagem de fosfato faz parte do controle da química da água da caldeira na geração de energia. Se você está medindo sílica em água ultrapura para aplicações de semicondutores ou microeletrônica, esta seção não se aplica à sua instalação.
Em modelos com capacidade para fosfato, um segundo ciclo é executado imediatamente após o ciclo de sílica, com a etapa de ácido oxálico omitida. Sem o reagente mascarante, o fosfato reage com o molibdato para formar seu próprio complexo colorido, medido fotometricamente da mesma forma que a sílica. Essa arquitetura de dois ciclos fornece ambas as leituras a partir de um único instrumento, sem interferência cruzada.
Para a química do ciclo de potência, isso é importante porque sílica e fosfato são ambos parâmetros críticos e, historicamente, exigiam dois analisadores separados. Combiná-los em um único instrumento reduz a ocupação de espaço, a logística de reagentes e a carga de calibração.
Para mais informações sobre o controle de fosfato na química do ciclo de potência, consulte nosso white paper sobre medição de sílica e fosfato.
A maioria dos analisadores de sílica on-line em uso industrial é baseada em reagentes, usando a química do silicomolibdato descrita acima. Existem abordagens sem reagentes, normalmente baseadas em absorvância UV direta ou outras técnicas ópticas, mas elas enfrentam limitações práticas nas concentrações sub-ppb exigidas por aplicações de energia e aplicações de semicondutores.
O método colorimétrico amplifica uma quantidade muito pequena de sílica em um sinal óptico mensurável, razão pela qual ele continua sendo o padrão para trabalhos em nível de traço.
Ao comparar analisadores baseados em reagentes e sem reagentes, a compensação honesta é o consumo de reagentes. Analisadores de química úmida precisam de um suprimento de reagentes, e a troca de reagentes é um custo operacional em tempo, materiais e tratamento de resíduos. Essa é uma consideração legítima ao escolher um analisador, e é uma área em que o design moderno de analisadores fez progresso mensurável.
O 2850Si, por exemplo, usa até 75 por cento menos reagente do que analisadores comparáveis, o que amplia os intervalos de serviço e reduz a carga de manutenção para os operadores da planta e as equipes de utilidades da fábrica.
Uma boa química não basta por si só. Uma reação colorimétrica que funciona perfeitamente em uma bancada de laboratório ainda pode falhar como medição de processo se a engenharia ao redor dela não se sustentar. Os três recursos de projeto do analisador a seguir distinguem um analisador de grau industrial de um método de laboratório:
Uma câmara de transbordo cria uma pressão constante alimentada por gravidade na entrada da amostra, independentemente das flutuações de vazão a montante. Isso fornece à câmara de reação um volume de amostra representativo e estável a cada ciclo, o que é a pré-condição para a repetibilidade sub-ppb. Sem isso, apenas o ruído hidráulico já excederia o sinal.
A sequência completa de coleta da amostra, calibração zero, adição de reagente, desenvolvimento de cor, medição fotométrica e apresentação dos resultados ocorre sem intervenção do operador, em um ciclo ajustável a partir de 10 minutos, com 20 minutos como valor típico. Os modelos com capacidade para fosfato executam o segundo ciclo com a mesma automação. O tempo de ciclo é curto o suficiente para tornar a saída útil para o controle de processo, e não apenas para registro.
Se você precisar cobrir vários pontos de amostragem - um loop de polimento de UPW em uma fábrica, ou vários locais em um ciclo vapor-água - um único analisador pode sequenciá-los e medir cada um em rotação. O 2850Si suporta até quatro fluxos a partir de uma única área compacta, o que muitas vezes faz a diferença entre monitorar tudo o que importa e monitorar apenas o que cabe no orçamento.
Se você estiver avaliando o 2850Si para geração de energia ou UPW de semicondutores, veja como cada princípio acima se manifesta no próprio instrumento.
Detecção de sílica sub-ppb para controle de qualidade da água ultrapura em fábricas de semicondutores e microeletrônica, onde o rendimento das wafers depende de confirmar que a sílica está abaixo do limite de detecção na saída do loop de polimento. |
Detecção de sílica sub-ppb para química do ciclo de potência e monitoramento da pureza do vapor, onde a detecção precoce da passagem de sílica protege as pás da turbina e os componentes internos da caldeira. |
Até 75 por cento menos consumo de reagentes do que analisadores comparáveis, ampliando os intervalos de manutenção e reduzindo o custo operacional. |
Sequenciamento de até quatro correntes em uma única área ocupada, cobrindo vários pontos de amostragem da fábrica ou vários locais do ciclo de potência com um único instrumento. |
Diagnósticos inteligentes para uso de reagentes, condição da tubulação e status do filtro, apoiando o planejamento proativo da manutenção em vez de uma resposta reativa a falhas. |
Transmissor M800 integrado com uma interface que orienta a configuração e simplifica a operação, de modo que a configuração e a saída de sinal sejam gerenciadas em uma única unidade. |
Monitoramento combinado de sílica e fosfato disponível em modelos para usinas, fornecendo sílica sub-ppb e fosfato em ppm com um único analisador usando a arquitetura de ciclo duplo descrita acima. |
Quer você esteja protegendo uma turbina, qualificando um circuito de UPW ou substituindo um analisador antigo, o princípio de funcionamento é a base. O 2850Si o aplica de forma confiável em níveis sub-ppb, e o design ao redor dele reduz seu custo total de propriedade — menos reagente para comprar e descartar, mais pontos de amostragem cobertos por instrumento e diagnósticos que sinalizam a manutenção antes que ela se transforme em tempo de inatividade.
