Pesquisa e desenvolvimento de espectrofotômetro para processos industriais

• Processo: 16/07761-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2018
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
• Pesquisador responsável: Ivano José Cunha
• Beneficiário: Ivano José Cunha
• Empresa: Ivano Jose Cunha
• Município: Santa Bárbara D'Oeste
• Assunto(s): Processos industriais Espectrofotometria Espectrofotômetros
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Automatizado | cloretos | Concentração | Espectrofotômetro | Fosfatos | In-situ | Nitratos | nitritos | Nutrientes | On-line | processos industriais | Sulfatos | Instrumentação - Espectrometria

Resumo

Quando executávamos um projeto de automação industrial num laboratório para produção de bactérias, deparamo-noscom a necessidade de um instrumento que pudesse ser aplicado diretamente na linha de processo, e que periodicamente medisse com precisão a quantidade de amônia e dextrose nos bio reatores. Como havia vários vasos fermentadores instalados em uma mesma planta, precisávamos de um equipamento preparado para receber várias amostras destes vasos. Este aparelho deveria ainda receber comandos à distância através de um supervisório (SCADA), a fim de permitir a correção automática dos níveis de amônia e dextrose em cada um dos bio reatores. Não encontramos um equipamento no mercado nacional com estas características. Os instrumentos que se aproximam da nossa necessidade são encontrados no mercado externo, porém não são totalmente apropriados, pois não são preparados para o ambiente industrial, os preços dos consumíveis são muito elevados e os custos de importação tornam inviáveis suas utilizações. Nossa proposta, portanto é construir um instrumento do tipo espectrofotômetro que seja instalado na linha de processo de uma indústria ou laboratório e que permita o monitoramento de elementos e substâncias essenciais àquele processo. Além disso, este instrumento estará sobre comando de um controlador remoto que receberá os dados para correção do processo, sem intervenção humana. O espectrômetro automatizado de processo possuirá uma faixa de atuação espectral ampla [VIS - 350 a 800nm; NIR - 650 a 1100nm ou UV - 190 a 650nm]. Isto lhe confere versatilidade de aplicação e universalidade de uso. Este equipamento estará apto a realizar análises da concentração de amostras de uma série de elementos tais como nitratos, nitritos, fosfatos, cloretos, sulfatos e nutrientes. O espectrofotômetro é um instrumento eletrônico de análise capaz de medir e comparar a quantidade de luz absorvida, transmitida ou refletida por uma determinada amostra (Webster, 1999). Os resultados são obtidos imediatamente após a leitura das amostras, o que confere ao aparelho grande utilização em processos industriais, além da grande precisão de leitura que atinge até 99,99%. Nos dias atuais, o aperfeiçoamento dos espectrofotômetros continua e suas aplicações vão desde a ciência e a medicina até a investigação de cenas de crime, dado à grande praticidade em análises químicas (Lothian, 1969; Halliday et al., 2009). Embora diversos modelos tenham sido introduzidos ao longo dos anos, ainda há grande necessidade de equipamentos automatizados capazes de realizar reações químicas e bioquímicas para aplicação em processos industriais que permitam medir e controlar processos automaticamente, "in line", evitando erros de manipulação humana. A espectrofotometria é amplamente utilizada para análise quantitativa em várias áreas como química, física, biologia, bioquímica, engenharia de materiais e produtos químicos, aplicações clínicas, aplicações industriais, ente outras. Qualquer aplicação que envolva substâncias químicasou materiais pode usar esta técnica e, consequentemente, o espectrofotômetro (Skoog et al., 1998; Halliday et al., 2009). Todas estas análises são, via de regra, realizadas por um técnico que manipula as amostras e obtem os resultados. Neste desenvolvimento, os desafios tecnológicos a serem trabalhados serão basicamente o os seguintes: Dosagem com precisão dos reagentes na proporção adequada para cada amostragem; a homogeneidade adequada da mistura no momento de medição do espectrômetro; a temperatura adequada da amostra a ser medida; adequada estrutura eletro-mecânica para realização da coleta, mistura, amostragem, leitura e conversão dos valores medidos. O equipamento se classifica como um instrumento "In-Situ", pois estará instalado dentro do processo, próximo dos reatores. Para controle do fluxo das amostras e reagentes utilizaremos um clássico sistema de análise por injeção de fluxo (J. Ruzickza e E. H. Hansen, 1975). (AU)