Development of a portable near infrared photometer for determination of quality parameters of gasoline and alcohol fuel

Neste trabalho, foi desenvolvido um fotômetro NIR portátil para determinar o teor de água em álcool combustível hidratado combustível (AEHC) e o teor de etanol (Álcool etílico anidro carburente) em gasolina. Foram realizados inicialmente estudos espectroscópicos empregando um espectrofotômetro comercial para avaliar quais as melhores regiões do espectro NIR que poderiam ser empregadas para a determinação das espécies de interesse. No desenvolvimento do instrumento foram avaliados detetores baseados em um foto resistor de PbS e um fotodiodo de InGaAs. Dentre os detectores empregados o que apresentou melhores resultados foi o detector de InGaAs. Foram construídos diversos fotômetros sendo que aqueles que apresentaram as melhores performance utilizaram filtro de interferência em 1480 nm e celas cilíndricas com caminho óptico de 2 mm e 5 mm. Para o caminho óptico de 2 mm, foi utilizada como fonte de radiação uma lâmpada de 6 watts, enquanto que para a cela com 5 mm foi utilizada uma lâmpada de tungstênio de 20 watts e uma lente colimadora. Em ambos os casos, a fonte de radiação foi pulsada a uma freqüência de 25 Hz. Como transdutores de saída do instrumento foram empregados um microcontrolador PIC acoplado à um display de cristal líquido e também dois LEDs (vermelho e verde) indicando se o combustível estava dentro ou fora da especificação. O instrumento foi avaliado com amostras comerciais de álcool combustível e gasolina. Para a determinação do teor alcoólico em álcool combustível, a resposta é linear na faixa de concentração de 88 a 98% m/m, com um erro médio de 3,6 % para um total de 30 amostras analisadas, quando comparada ao seu respectivo método de referência. Na análise de amostras de gasolina foi obtida uma resposta linear para o teor de etanol entre 20 % e 30 %, com um erro médio de 3,0% para um total de 40 amostras analisadas. A ANP considera até 4% de erro médio e desta forma o instrumento classifica corretamente 100 % das amostrasIn this work a portable Near Infrared Photometer to determine the quantity of water in alcohol fuel and the quantity of ethanol in gasoline was developed. Initially, several spectroscopy analysis using a comercial spectrophotometer was made to select the best wavelenghts to determine those fuel quality parameters. The wavelengths of 1480 nm and 1920 nm were selected after preliminary study. The instrument was evaluated using two types of detectors: a PbS photoresistive detector and a InGaAs photodiode. The detector with best performance was the InGaAs photodiode. Different prototypes were built using a interference filter working in 1480 nm and path length with 2 mm and 5 mm. With the 2 mm path length was used a 6 watt tungsten lamp as radiation source and with 5 mm path length was used a 20 watts tungten lamp. This interference filter can be used to determine water in alcohol fuel and ethanol in gasoline without any changes in the instrument. The final version of the prototype showing the best results for both determinations uses a cilindric cell with 5 mm diameter and can be employed for flow or batch measurements, radiation source of a 20 watts tungsten lamp pulsed at 25 Hz and a lens to focus the infrared radiation into the detector. The output transducers of the instrument was a PIC microcontroller with a liquid crystral display and light emission diodes (LEDs) green and red. The instrument was tested using comercial fuel alcohol and gasoline samples. In the determination of water in alcohol it was obtained a linear response in the concentration range from 98 to 88 % (m/m) and in gasoline, it was 20 % to 30 %(v/v). Thirty alcohol samples were analysed showing a standard error of 3,6 % while for the gasoline, a standard error of 3,0% for a total of 40 samples analysed was found. Considering the tolerance of 4%, recommended by the National Pretoleum Agency (ANP), the instrument can classify normal and adultered samples with confidence of 100