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O monitoramento e controle da qualidade da água são duas das operações mais críticas que as usinas empregam para proteger ativos, como caldeiras e turbinas a vapor, da corrosão, garantindo a adição correta de produtos químicos. No entanto, medir o pH da água ultrapura pode ser uma manutenção intensiva e cara. No entanto, existe uma estratégia pela qual um sensor de pH de uso geral pode ser usado para medir água de alta pureza com sucesso, reduzindo significativamente o tempo no campo, o uso de água e os custos.

A medição correta do pH é essencial para o tratamento da água: um pH muito alto ou muito baixo pode levar a escamação e corrosão de caldeiras ou turbinas a vapor, falhas do sistema e tempo de inatividade, bem como a substituição dispendiosa de equipamentos.

Para muitas caldeiras de baixa pressão, o uso de um instrumento de pH de uso geral é simples, mas para caldeiras de alta pressão que empregam água de alta pureza e baixa condutividade, como aquelas usadas em aplicações de energia onde caldeiras e turbinas requerem água ultrapura que é alcalino, surgem desafios únicos que podem adicionar custos, comprometer a precisão e ameaçar a operação eficaz do sistema. É essencial que os usuários entendam esses desafios ao tomar decisões sobre o uso de sistemas de pH em água de alta pureza.

Um elemento importante do tratamento da água de alimentação da caldeira é controlar a corrosão, mantendo a água da caldeira ligeiramente alcalina, entre 7 e 9 na escala de pH. O pH alcalino faz com que um filme de óxido se forme nas superfícies dos tubos da caldeira que protege o metal base de mais corrosão e permite que as quebras no filme se recuperem com eficiência.

O controle do pH envolve a administração de hidróxido de sódio e sais de fosfato de sódio em quantidades cuidadosamente administradas. A superalimentação de produtos químicos, uma ocorrência comum na maioria das operações de tratamento de água, pode causar tantos danos quanto a subalimentação, portanto, o monitoramento contínuo do pH é uma parte importante do programa de controle químico da caldeira.

Mas nenhum sensor de pH no mercado pode tolerar as temperaturas e pressões encontradas até mesmo na menor caldeira industrial. Portanto, o sensor de pH sempre deve ser instalado em uma amostra de fluxo lateral resfriada e com pressão reduzida. Para evitar flashing, o resfriador de amostra deve estar localizado a montante da válvula de redução de pressão.

Historicamente, a escolha de um sensor de pH para monitoramento da água da caldeira dependia principalmente da condutividade da água da caldeira. A condutividade pode variar de 7.000 microsiemens por centímetro (µS/cm) em uma caldeira industrial de baixa pressão a menos de 10µS/cm em uma caldeira de alta pressão em uma usina de energia a vapor. Um sensor de pH que funciona bem em uma caldeira de baixa pressão geralmente falha em uma caldeira de alta pressão.

Escolher um sensor para medir o pH da água da caldeira de alta condutividade é bastante simples. Desde que a condutividade seja superior a 50µS/cm a 25°C e a concentração de sólidos suspensos seja baixa, o uso de um sensor de pH de uso geral é ideal. O ponto de corte entre a água da caldeira de baixa e alta condutividade é de 50 µS/cm, que é a menor condutividade na qual os sensores de pH convencionais têm sido usados ​​de forma confiável. Abaixo de 50µS/cm, o sensor de escolha tem sido tradicionalmente construído especificamente para medir o pH em água de baixa condutividade, mas a tendência está se afastando dessa abordagem.

Para entender melhor por que medir a condutividade em água de alta pureza é tão desafiador, é útil saber um pouco sobre pH e sistemas de pH. Por definição, o pH é o logaritmo negativo da concentração de íons de hidrogênio em uma solução aquosa. Isso significa que uma solução com um valor de pH de 4 tem 10 vezes mais íons de hidrogênio do que uma solução com um pH de 5.

1. A medição do pH é feita comparando o potencial elétrico em dois pontos: o eletrodo de referência e o eletrodo de vidro. Cortesia: Emerson

Basicamente, um sistema de controle de pH mede o pH da solução e controla a adição de um agente neutralizante (sob demanda) para manter a solução no pH da neutralidade, ou dentro de certos limites aceitáveis. É, com efeito, uma titulação contínua. A medição de pH é feita comparando o potencial elétrico em dois pontos - o eletrodo de referência, que é cercado por uma solução eletrolítica de pH constante, e o eletrodo de vidro de pH, que está em contato direto com a solução que está sendo testada. Uma junção de referência é usada para manter a conexão elétrica entre o eletrodo de referência e a solução que está sendo testada (Figura 1).