A
refração ocorre quando um feixe de luz, incidindo obliquamente, muda de direção
quando passa de um meio, por exemplo, gasoso para líquido e apresenta
velocidade da luz diferente. O desvio que a luz sofre quando passa de um meio
para outro, depende da velocidade da luz. A grandeza física que relaciona as
velocidades nos dois meios é o índice de refração (n21), que é
definido como o sendo a razão entre a velocidade da luz no primeiro meio (v1)
e a velocidade da luz no segundo meio (v2).
n21 = v1/v2
O
princípio do refratômetro consiste em incidir um feixe de luz sobre um prisma.
Parte da luz incidente mede o ângulo crítico, o ângulo de incidência maior que
o ângulo critico é refratado, e o ângulo de incidência menor que o ângulo
critico é refletido no CCD (charge coupled device), resultando no índice de
refração.
Figura 1. O cano verde parece distorcer no líquido |
O
índice de refração é uma propriedade física importante de substâncias sólidas,
líquidas e gases. A medida de índice de refração pode ser usada para determinar
a concentração de uma solução, pois o índice de refração varia com a
concentração.
Em
geral, quando a densidade de um meio aumenta, o seu índice de refração também
aumenta. Como variações de temperatura e pressão alteram a densidade,
conclui-se que essas alterações também alteram o índice de refração. No caso
dos sólidos, essa alteração é pequena, mas para os líquidos, as variações de
temperatura são importantes, e no caso dos gases tanto as variações de
temperatura como as de pressão devem ser consideradas.
Importância do índice de refração nos
produtos
- Licor negro
Licor
negro é um subproduto do processo Kraft, um dos processos utilizados pelas
fábricas de celulose durante a produção de pasta de papel. A madeira é
decomposto em fibras de celulose, fragmentos de lignina e hemicelulose. O licor
negro é uma solução aquosa de resíduos de lignina, hemicelulose, e os produtos
químicos inorgânicos utilizados no processo e possui mais da metade do conteúdo
energético da madeira introduzida no digestor. Para cada tonelada de polpa produzida
tem-se de 9000 a 15000 litros de licor negro.
O
licor negro é um combustível renovável, portanto as empresas estão poluindo
menos do que antes (através da reciclagem desse resíduo), e economizando
dinheiro por meio da utilização do resíduo como combustível.
Figura 2. Processo de recuperação do licor negro |
O
licor negro é retirado da polpa em sistemas de lavagem da polpa marrom,
tornando um licor negro fraco que é concentrado pela retirada da água por
evaporação, resultando em um licor negro forte que é queimado na caldeira de
recuperação. O calor gerado pela incineração do licor negro forte é usado para
produzir vapor super aquecido que é utilizado na polpação, fabricação de papel
e para produzir energia elétrica.
A
etapa de recuperação do licor negro pode ser melhor otimizada quando
alimenta-se a caldeira de recuperação com o licor mais concentrado (> 75% de
sólidos), haja visto a redução na emissão de gases poluentes e o aumento da
eficiência e segurança do processo. Entretanto a altas concentrações de
sólidos, este licor torna-se viscoso e pegajoso, incrustando-se nas paredes dos
equipamentos, mesmo em temperaturas próximas a 100°C. Tal comportamento,
decorrente das suas características de fluido pseudoplástico – tixotrópico
limita a operação das unidades industriais à faixa de 72 a 75% de sólidos.
A Electron Machine Corp. e
os Refratômetros
DSA E-SCAN |
MPR E-SCAN |
A
Electron Machine é uma empresa norte americana representada no Brasil pela
Braseq para vendas e assistência técnica. A empresa é fabricante de
refratômetros de bancada, modelo DSA
E-Scan e de processo, MPR E-Scan.
Esses equipamentos trabalham com princípio de medição do angulo crítico para
medição de índice de refração e consequente correlação entre esse parâmetro e
as unidades °Brix, % de sólidos, °Baumé, etc.
Nesses
equipamentos, a luz emitida pelo LED incide sobre a interface prisma-líquido
através de uma série de ângulos. Os ângulos incidentes que forem totalmente
refletidos sensibilizarão o CCD (matriz de diodos com 2592 pixels, que converte
energia luminosa em energia elétrica), que enviará o sinal de 4 a 20mA ou de 0
a 10V. A sensibilização do CCD é proporcional à variável de processo.
O
tempo de resposta dos sistemas, de bancada e de processo, é igual a 250
mili-segundos possibilitando uma rápida atualização dos dados. Há indicação da
leitura direta da variável a ser controlada além da temperatura de processo,
além de alarmes.
Para
os equipamentos de bancada, a exatidão de leitura é igual a ± 0,000075 ou 0,05°Brix ou
0,1% de sólidos. Para os equipamentos de processo, a exatidão equivale a 1% da
faixa de leitura.
Para
os equipamentos de processo, existem opções para conexão de válvula de
isolamento que permite o bloqueio cabeça sensora sem a necessidade de parar o
processo produtivo; controle
automático para lavagem do prisma, calibração em múltiplas faixas de trabalho,
instalação em tanques ou através de conexões sanitárias ou flangeadas.