Desenvolvimento de uma câmara fototérmica com transdutor transparente para monitoramento de água em etanol combustível

Abstract

Neste trabalho, foi desenvolvida uma câmara fototérmica para quantificar o teor de água em álcool etílico hidratado combustível . A câmara fototérmica para amostras líquidas é feita em alumínio, utilizando como transdutor um cristal de Tantalato de Lítio (LiTaO3) recoberto com ITO (Índium Tin Óxide). O cristal fica em contato com a amostra líquida enquanto esta recebe uma radiação modulada de um diodo laser. Inicialmente, para caracterização da câmara fototérmica, foram realizadas várias configurações experimentais, variando a posição, inclinação e distância do feixe do laser em relação ao cristal do transdutor. A dependência do sinal fototérmico também foi avaliada para diferentes concentrações de água em etanol alterando-se a frequência de pulsação do feixe de luz incidente, potência de excitação da fonte laser e a temperatura das amostras. Foram recolhidas amostras de seis postos de gasolina na cidade de Campo Grande-MS e quantificado o teor de água nos biocombustíveis pela câmara fototérmica e por titulação Karl Fisher, que é o método recomendado pela ANP (Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis). Os resultados obtidos demostraram que as menores concentrações que a câmara fototérmica pode detectar com certa margem de segurança são de 0,75 e 0,90%(m/m) para potências do laser de 345 e 135 mW, respectivamente. A câmara fototérmica apresentou também uma boa aproximação na quantificação de água em etanol em comparação com o método Karl Fisher, com erros médios de aproximadamente 1 e 2% para potências da fonte de 345 e 135mW, respectivamente.

In this study, a photothermal chamber was developed to quantify the water content in hydrated ethyl alcohol fuel. The photothermal chamber for liquid samples is made of aluminum, using a crystal of Lithium Tantalate (LiTaO3) coated with ITO (Indium Tim Oxide) as a transducer. The crystal remains in contact with the liquid sample while it receives a modulated radiation from a laser diode. Initially, to characterize the photothermal chamber, various experimental configurations were performed, varying the position, the inclination and the distance of laser beam regarding the transducer crystal. The dependence of the photothermal signal was also evaluated for different concentrations of water in ethanol by changing the pulse frequency of the incident light beam, the excitation power of the laser and the temperature of the samples. Samples from six gas stations were collected in Campo Grande-MS and the water content in biofuels was quantified by the photothermal chamber and by the Karl Fisher titration, which is the method recommended by ANP (Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis). The results showed that the lowest concentrations that the photothermal camera can detect with certain safety margin are 0.75 and 0.90% (m/ m) for laser power of 345 and 135 mW, respectively. The photothermal camera also showed a good approximation for the quantification of water in ethanol compared to the Karl Fisher method, with mean error of approximately 1 and 2% to the power source of 345 and 135mW, respectively.