Unidades de turbidez: NTU x FNU, calibração e escala 4-20 mA

Imagine que um skid de tratamento de água chega do Japão. A folha de dados do turbidímetro online diz "0–20 度 (formazina), 4–20 mA" e o alarme está ajustado em "5 度".

A sua fábrica reporta a turbidez em NTU (ou uT) e o medidor do laboratório lê em FNU. A pergunta óbvia é quantos NTU vale um "grau" japonês e se o alarme ainda faz sentido.

A resposta curta: não existe um fator de conversão único. A leitura de turbidez depende do padrão de calibração (caulim, formazina ou esferas de polímero) e da óptica (comprimento de onda da luz e ângulo do detector). Duas leituras só podem ser comparadas quando os dois itens coincidem.

Acertar as unidades também exige conferir a calibração e o escalonamento de 4–20 mA entre o medidor e o seu sistema de controle (CLP ou SDCD).

Este guia cobre as unidades japonesas de turbidez, NTU x FNU (EPA 180.1 x ISO 7027), turbidez x sólidos em suspensão, os principais princípios de medição, a calibração, o escalonamento de 4–20 mA e a análise de falhas. No fim há um checklist, perguntas para o fornecedor japonês e um e-mail de exemplo.

Sumário

1. O que a turbidez mede (e o que não mede)
2. Unidades de turbidez: o "grau" japonês (度, do), NTU, FNU e FAU
3. Turbidez x sólidos em suspensão (SST)
4. Como a turbidez é medida: os principais princípios
5. Como escolher o método de medição
6. Linha de amostragem para turbidímetros online
7. Calibração do turbidímetro: formazina, StablCal e outros padrões
8. Escalonamento de 4–20 mA e projeto de alarmes
9. Análise de falhas da leitura de turbidez, por sintoma
10. Checklist: revisando a especificação de um turbidímetro japonês
11. Perguntas para o fornecedor japonês
12. Limites deste guia
13. Perguntas frequentes
14. Fontes

O que a turbidez mede (e o que não mede)

A turbidez descreve o quanto uma amostra de água espalha ou enfraquece a luz. Silte, sólidos finos e microrganismos alteram o caminho da luz na água, e o turbidímetro mede essa alteração em comparação com uma suspensão de referência.

Ela não é uma contagem de partículas nem a massa de sólidos na água. Tamanho, forma e cor das partículas mudam a resposta da amostra à luz.

Uma água com partículas brancas finas e outra com partículas escuras grandes podem ter a mesma massa de sólidos e, mesmo assim, dar leituras de luz espalhada diferentes. Turbidez igual não significa conteúdo igual.

A turbidez também é um parâmetro separado da condutividade (íons dissolvidos) e do pH (acidez ou alcalinidade). Uma água clara pode conter muitos íons, por isso as estações de tratamento combinam vários parâmetros de qualidade conforme o que precisam remover e controlar.

Unidades de turbidez: o "grau" japonês (度, do), NTU, FNU e FAU

As especificações japonesas costumam dar a turbidez em 度 (do, "grau"). O número sozinho não basta: é preciso saber qual padrão definiu o grau. Caulim, formazina e partículas de poliestireno estabelecem referências diferentes.

No Brasil, você verá uT (unidade de turbidez) nos textos de potabilidade, e NTU ou UNT (a sigla em português de NTU) em relatórios de laboratório e folhas de dados. Os sinais são parecidos, mas o que importa é a mesma pergunta: qual padrão e qual óptica estão por trás do número.

• Grau (caulim): 1 grau é a turbidez de água purificada contendo 1 mg de caulim padrão por litro. Esse 1 mg/L é uma correspondência com o material padrão, e não a concentração real de massa das partículas na sua amostra.
• Grau (formazina): a formazina é uma suspensão de polímero usada para calibrar turbidímetros. Continua sendo uma comparação com um padrão. Graus de caulim e graus de formazina dão valores diferentes para a mesma amostra, e a razão entre eles não é constante.
• Grau (poliestireno): padrões de partículas de poliestireno são usados nos ensaios oficiais de água de abastecimento do Japão. O método definido pelo Ministro do Meio Ambiente combina partículas padrão de vários tamanhos.

A Figura 1 lista as unidades que você provavelmente verá em instrumentos japoneses e internacionais. Leia cada unidade junto com o seu padrão e a sua óptica.

Figura 1: leia cada unidade de turbidez junto com o padrão e a óptica

Calibrar com o mesmo padrão não garante a mesma resposta em amostras reais.

Unidade	Padrão e óptica	O que conferir antes de comparar
Grau (caulim)	Comparação com padrão de caulim	Não é o mesmo que concentração de massa das partículas na amostra
Grau (formazina), FTU	Padrão de formazina; registre também a configuração óptica na especificação	Iguale o método de detecção, não só o padrão
Grau (poliestireno)	Comparação com partículas padrão de poliestireno	Usado nos ensaios oficiais de água de abastecimento do Japão, que seguem o método especificado
NTU (UNT)	Em geral luz branca, espalhamento a 90°	Verifique o método (por exemplo, EPA 180.1) e as especificações do instrumento
FNU	Luz infravermelha próxima, espalhamento a 90°	Corresponde às condições de medição da ISO 7027
FAU	Luz infravermelha próxima, atenuação (detector alinhado com o feixe)	Para turbidez alta; não é intercambiável com FNU

Alguns instrumentos mantêm rótulos antigos de unidade, por isso não deduza a óptica apenas pela unidade que aparece no display.

NTU x FNU: EPA 180.1 x ISO 7027

NTU (unidade nefelométrica de turbidez) é a unidade dos nefelômetros de luz branca, tendo o Método 180.1 da EPA (EUA) como referência usual. FNU (unidade nefelométrica de formazina) pertence aos instrumentos de infravermelho próximo construídos conforme a ISO 7027-1. Ambos medem a luz espalhada a 90° e são calibrados com formazina; a diferença principal é a fonte de luz.

A tabela abaixo resume as condições ópticas. Os valores vêm das fontes listadas no final do artigo. Para projeto ou conformidade, consulte o texto vigente de cada norma.

	EPA 180.1 (NTU)	ISO 7027-1 (FNU / FAU)
Fonte de luz	Lâmpada de tungstênio, temperatura de cor 2.200–3.000 K (luz branca)	Infravermelho próximo, 860 nm com largura de banda de até 60 nm (fontes secundárias)
Detector	90° em relação ao feixe (±30°), pico espectral 400–600 nm; caminho óptico total de até 10 cm	90° (±2,5°) para FNU; alinhado com o feixe (atenuação) para FAU
Faixa	0–40 NTU; valores maiores por diluição	Nefelometria tipicamente de menos de 0,05 até 400 FNU; atenuação tipicamente 40–4.000 FAU
Cor da amostra	Mais afetado pela cor da amostra	Menos afetado pela cor, porque a cor dissolvida absorve menos no infravermelho próximo
Onde é comum	Água de abastecimento e efluentes na América do Norte	Europa e Ásia-Pacífico

A ISO 7027-1 trata NTU e FNU como numericamente equivalentes dentro do mesmo método de luz espalhada. Isso não é o mesmo que converter leituras entre instrumentos com ópticas diferentes. Em água natural, o tamanho, a forma e a cor das partículas mudam as leituras, por isso um medidor de luz branca e outro de infravermelho muitas vezes discordam na mesma amostra.

Por isso o USGS e a ASTM D7315 recomendam reportar cada tecnologia na sua própria unidade (NTU, FNU, FNRU, FAU, FBU e outras). Instrumentos antigos, porém, muitas vezes mostravam "NTU" qualquer que fosse a óptica. Trate estes dois casos separadamente:

• Mesmo medidor, rótulo novo: o display passa de NTU para FNU, mas a óptica não mudou.
• Medidor diferente: o substituto tem outra fonte de luz ou outro ângulo de detector, e as leituras em amostras reais podem mudar mesmo após a calibração.

Convertendo graus japoneses em NTU

Nenhum fator comum responde a "quantos NTU vale um grau". Mesmo um grau baseado em formazina só se alinha ao NTU quando a óptica também coincide, e um grau de caulim ou uma leitura por luz transmitida é outra medição. O que você pode fazer:

1. Descobrir em qual padrão o valor japonês se baseia (caulim, formazina ou poliestireno).
2. Descobrir qual óptica o instrumento usa (luz transmitida, espalhamento a 90°, razão, esfera integradora ou espalhamento superficial) e qual é a fonte de luz.
3. Se o instrumento antigo e o novo forem diferentes, operar os dois nas mesmas amostras por um período e comparar.

O limite japonês para água de abastecimento: 2 graus

No Japão, o padrão de qualidade da água de abastecimento para turbidez é de 2 graus ou menos. Uma meta separada de gestão da qualidade da água define 1 grau ou menos. São categorias diferentes, não as misture.

Atender ao limite de turbidez, por si só, não torna a água segura para beber. Os padrões de água potável também cobrem microrganismos, produtos químicos e outros parâmetros.

No Brasil, a Portaria GM/MS nº 888/2021 (que altera o Anexo XX da Portaria de Consolidação GM/MS nº 5/2017) expressa a turbidez em uT e a avalia no efluente de cada unidade de filtração, como percentual de amostras dentro do limite, com limites diferentes por tipo de filtração. Esses limites valem em outro ponto do processo e com outra lógica estatística, então não os compare diretamente com o "2 graus" japonês.

Nenhum desses limites se transfere para efluentes industriais ou líquidos de processo. Ensaios legais de água potável, limites de controle de processo e licenças de lançamento seguem, cada um, o seu escopo e o seu método especificado.

Turbidez x sólidos em suspensão (SST)

Os sólidos em suspensão totais (SST, chamados de SS no Japão) são a massa de material suspenso por volume de amostra. Filtra-se a amostra por um procedimento definido, depois seca-se e pesa-se o resíduo. A turbidez é uma leitura óptica, então mantenha as duas grandezas separadas.

Alguns turbidímetros mostram SS em mg/L, mas eles não secam nem pesam nada. Eles convertem a turbidez em SS com uma relação obtida em amostras reais.

Veja um exemplo fictício. Seja x a turbidez (graus) e y o SS (mg/L), e suponha que amostras reais tenham dado y = 2 + 1,5x. Para aquele tipo de amostra e aquela faixa, uma leitura de 20 graus dá um SS estimado de 32 mg/L.

Os coeficientes 2 e 1,5 foram inventados para ilustrar. Se você pegar uma correlação feita com água barrenta de rio e aplicá-la a uma água de processo com óleo ou pigmento, a diferença nas partículas aparece como erro de conversão.

Ao montar uma correlação, meça turbidez e SS nas mesmas amostras, em pares, em toda a faixa de controle. Verifique as extremidades da faixa e as condições anormais, não só o trecho que parece linear. Mudanças de produtos químicos ou de matéria-prima podem alterar o significado da leitura, então registre o processo e a faixa de validade junto com a equação.

Como a turbidez é medida: os principais princípios

Os métodos de turbidez costumam ser agrupados em visual, luz transmitida, luz espalhada e esfera integradora. Todos comparam a amostra com uma turbidez de referência, mas olham para partes diferentes da luz e a coletam em direções diferentes.

A turbidez visual compara uma amostra e um padrão em tubos de comparação equivalentes. A fonte de luz, o fundo e a direção de observação precisam ser controlados. Não é o mesmo que levantar o frasco contra a luz.

No Japão, a JIS K 0101 (água industrial) e a JIS K 0102 (efluentes industriais) foram unificadas na série JIS K 0102. Os ensaios físico-químicos gerais, incluindo a turbidez, estão na JIS K 0102-1:2021 e na sua Emenda 1:2023. Os turbidímetros automáticos têm uma norma própria, a JIS K 0801; confirme a edição vigente e os requisitos com o fornecedor ou com a Japanese Standards Association.

Os ensaios de água de abastecimento no Japão usam o método definido pelo Ministro do Meio Ambiente. Conhecer o princípio de medição é uma coisa; cumprir um método de ensaio especificado é outra. Deixe que a finalidade do ensaio defina qual método se aplica.

Em qualquer medidor óptico, as posições da fonte de luz, da amostra e do detector determinam a leitura.

Luz transmitida (turbidimetria)

Um medidor de luz transmitida faz a luz atravessar a amostra e mede quanto chega a um detector do lado oposto. As partículas espalham a luz para fora do caminho reto, então chega menos luz ao detector à medida que a turbidez aumenta.

Esses medidores são usados para turbidez média a alta, mas a faixa utilizável depende do caminho óptico e do detector. Como o medidor lê a perda de luz, a absorção por outras coisas além das partículas e a sujeira nas janelas ópticas também influenciam.

Figura 2: a luz transmitida mede a perda de luz que chega ao lado oposto

A luz perdida pela cor da amostra ou pela sujeira na janela se soma à perda causada pelas partículas.

Em água quase clara, as partículas alteram pouco a luz transmitida. O sinal pode se perder diante do nível de luz de fundo e das diferenças entre células, e é por isso que a turbidez baixa é difícil de medir assim.

No outro extremo, quando a água é tão turva que quase nenhuma luz passa, sobra pouca variação para ler. "Adequado a turbidez alta" não significa ilimitado, então confira a faixa efetiva do instrumento.

• Cor: uma água colorida com poucas partículas ainda pode reduzir a luz transmitida por absorção. Compare a resposta do medidor em amostras reais para não confundir uma mudança de cor com uma mudança de turbidez.
• Estado da célula: marcas de dedo, gotas de água e pequenos riscos na célula deslocam a leitura. Antes de suspeitar da amostra, meça de novo com uma célula limpa, na mesma orientação e nas mesmas condições.
• Não é análise química: analisadores colorimétricos (por exemplo, analisadores de sílica) também medem luz transmitida, mas leem uma cor produzida por uma reação química para determinar um componente específico.

Luz espalhada (nefelometria)

Um medidor de luz espalhada mede a luz desviada pelas partículas, usando um detector em ângulo fixo. O projeto comum de espalhamento lateral detecta a luz a 90° do feixe incidente.

Em água quase clara, cada partícula adicional aumenta a luz espalhada de forma fácil de detectar, por isso esse método é usado para turbidez baixa. Ele lê um tipo de sinal diferente da pequena queda na luz transmitida.

A luz espalhada não é só um reflexo de espelho em uma direção. As partículas enviam luz em muitas direções, e o ângulo escolhido pelo medidor muda a resposta ao tamanho das partículas e a outras propriedades.

Conforme a turbidez sobe, chega menos luz incidente à zona de medição, e a luz espalhada é enfraquecida no caminho até o detector. A relação entre a turbidez e a luz detectada deixa então de ser simplesmente proporcional.

Uma leitura abaixo do fundo de escala não prova que a medição está correta. Avalie a resposta do sistema, incluindo o espalhamento múltiplo, e dilua conforme as especificações do instrumento ou o método de ensaio.

A luz infravermelha próxima pode reduzir o efeito da cor visível em alguns casos. As diferenças de absorção e de propriedades das partículas continuam, então teste o medidor em amostras reais da água que você vai medir.

Figura 3: detectores separados para o espalhamento lateral e para a luz que passa direto

S é medido a 90° e T ao longo do feixe. Os instrumentos por razão usam os dois.

Método por razão (luz espalhada e transmitida)

Um medidor por razão mede a luz transmitida e a espalhada e usa a razão entre elas. Se o brilho da lâmpada ou a cor da amostra afetam os dois sinais igualmente, a razão cancela boa parte desse efeito.

Isso não faz do método por razão a escolha mais exata para toda amostra. Escolha o método conforme as partículas, a cor da amostra, a faixa necessária e o método de ensaio especificado, se houver. A ASTM D7315 e o USGS reportam esses projetos em unidades próprias, como NTRU (luz branca) e FNRU (infravermelho próximo).

Um exemplo didático simples: um sinal espalhado de 20 e um sinal transmitido de 80 dão uma razão de 0,25. Se a lâmpada enfraquece e ambos caem para 0,8 vez o valor, os sinais viram 16 e 64, e a razão continua em 0,25.

Agora some um sinal de bolha de 4 apenas ao lado espalhado. A razão passa a ser 24 ÷ 80 = 0,30. A razão não corrige toda perturbação, só as que atuam igualmente nos dois sinais.

Instrumentos reais são calibrados com a sua própria configuração óptica e os seus métodos de correção. Não suponha que uma fórmula S/T simples signifique que todo modelo mede a mesma faixa com a mesma exatidão; compare o desempenho de cada modelo.

Esfera integradora e espalhamento superficial

Um medidor de esfera integradora coleta a luz que atravessou a amostra dentro de uma esfera cuja parede interna reflete a luz de forma difusa. Ele coleta luz numa faixa de direções mais ampla do que um medidor de espalhamento em um único ângulo.

Ele avalia a turbidez a partir de grandezas como a razão entre a luz espalhada e a luz transmitida total. Para entender o princípio, olhe quais componentes de luz o instrumento separa e detecta, e não apenas o fato de ele ter uma esfera.

Figura 4: a esfera integradora coleta a luz por reflexão difusa

A luz que sai da amostra se reflete dentro da esfera e chega ao detector. Corte conceitual do caminho da luz.

Um medidor de espalhamento superficial detecta a luz espalhada na superfície da água ou perto dela, em geral por cima. Os projetos em que a óptica não fica imersa na amostra evitam a sujeira nas janelas molhadas da célula.

Espuma ou detritos flutuantes na superfície ainda afetam a leitura. A nota técnica da Yokogawa sobre bolhas descreve um processamento de sinal que suprime bolhas intermitentes, junto com as condições em que ele se aplica.

Óptica sem contato não quer dizer que o instrumento inteiro dispensa manutenção. Mantenha estáveis a vazão da amostra, o nível da água e o dreno, e evite o acúmulo de espuma na superfície de medição.

Como escolher o método de medição

Comece pela finalidade e pela faixa de turbidez de que você precisa. Ensaios de água potável, monitoramento de água bruta, controle de água de processo e monitoramento de efluentes muito turvos exigem desempenhos diferentes e têm restrições diferentes.

Se uma norma, uma licença ou um contrato especifica o método, o cumprimento desse método é o ponto de partida. Um medidor de faixa mais ampla não gera um valor de conformidade equivalente se usar outro método.

Para monitoramento de processo, descubra quão turva a água fica na partida e nas anomalias, e não só na operação normal. Uma faixa estreita ajustada para os valores normais não registra a gravidade de uma anomalia.

Ao substituir um medidor, opere o antigo e o novo nas mesmas amostras por um período, para verificar a continuidade dos dados. Concordar nos padrões não basta; registre também períodos em que as próprias partículas mudam, como chuvas ou troca de matéria-prima.

Se a comparação mostrar diferença, descubra o método por trás dos antigos limites de controle antes de levá-los adiante. Separar "o processo mudou" de "o medidor responde de outro jeito" evita herdar um setpoint de alarme errado.

Na especificação, indique mais do que os limites inferior e superior de turbidez:

• O padrão de calibração e o método óptico
• Temperatura e pressão da água no ponto de medição
• Escalonamento da saída (o que significam os extremos de 4–20 mA)
• Como a saída se comporta durante a manutenção

Com esses itens na especificação, tudo, da entrega até a comparação lado a lado, corre nas mesmas condições.

Comparação dos métodos

A tabela resume o que cada método lê e as condições a verificar.

Método	Luz que lê	Uso típico	Condições a verificar
Visual	Aparência do padrão e da amostra	Ensaios comparativos por procedimento especificado	Iluminação, fundo, condições de observação
Luz transmitida	Perda da luz que passa direto	Monitoramento de turbidez média a alta	Cor, sujeira na janela, caminho óptico
Luz espalhada	Luz espalhada em ângulo fixo	Medições que incluem turbidez baixa	Comprimento de onda, ângulo do detector, espalhamento múltiplo
Esfera integradora	Componentes transmitido e espalhado coletados por uma esfera	Medição de amostras por método especificado	Esfera, óptica, condições de calibração
Razão (espalhada/transmitida)	Razão entre luz espalhada e transmitida	Monitoramento com efeito de cor reduzido	Perturbações que não atuam nos dois sinais
Espalhamento superficial	Luz espalhada perto da superfície da água	Medição contínua sem janelas molhadas	Espuma, detritos flutuantes, vazão, nível

Ajuste o método à amostra:

• Turbidez baixa: estabilidade do zero, bloqueio de luz parasita e célula limpa são fundamentais. Veja quanto as leituras variam em torno do seu valor-alvo, e não só o menor dígito do display.
• Turbidez alta: até onde a luz penetra, a disposição dos detectores e a velocidade de sedimentação importam. Como parte do projeto de monitoramento, decida se uma leitura acima da faixa deve ficar travada no limite superior ou sinalizar uma falha.
• Água colorida: avalie separadamente o aumento de partículas e o aumento de corante dissolvido. Mesmo com correção, a resposta muda quando a cor ou as partículas mudam, então teste a água normal e a água em anomalia.
• Gotas de óleo ou flocos: a intensidade da mistura pode alterar a amostra. Registre as condições de ensaio e mantenha o mesmo manuseio da coleta até a medição.

Linha de amostragem para turbidímetros online

Um turbidímetro online mede apenas a água que chega ao seu sensor. Se as partículas sedimentam ou aderem na linha de amostragem, o medidor vê uma água diferente da do processo.

Escolha um ponto de coleta por onde passe água de processo representativa. O canto de um tanque e a tubulação de saída carregam as partículas de modos diferentes, então verifique zonas mortas e sedimentação, e não só a facilidade de instalação.

Uma linha de amostragem longa e estreita aumenta o atraso e dá às partículas mais chances de sedimentar ou aderir. Planeje comprimento, diâmetro e vazão em conjunto, e deixe um caminho para lavagem e para checar entupimentos.

Figura 5: a linha de amostragem deve manter as partículas representativas e eliminar as bolhas

Trate tudo, da derivação no processo até o dreno, como um único sistema de medição. Sedimentação, bolhas e volume morto afetam a leitura.

Arranjo conceitual; siga as faixas de vazão e pressão do instrumento específico. Projete o separador de bolhas de modo que as partículas não sedimentem nele.

O gás dissolvido que sai da solução quando a pressão cai, ou o ar aspirado em bombas e conexões, forma bolhas que espalham a luz. A leitura pode disparar mesmo sem que o conteúdo de partículas tenha mudado.

Para eliminar bolhas, estabilize a vazão e a pressão e use um separador projetado para o instrumento. Deixar a amostra parada por muito tempo, porém, também sedimenta as partículas e muda a turbidez que você quer medir.

Mais vazão nem sempre é melhor: vazão excessiva gera bolhas e uma superfície de água instável. Mantenha a vazão e a pressão dentro da faixa especificada do sensor e ajuste até que a alimentação fique estável nesse ponto.

O atraso da linha de amostragem também deixa a resposta do alarme mais lenta. Se a linha e a célula retêm um volume grande, a mudança no processo demora a aparecer, mesmo com um sensor rápido.

Ao comparar resultados de laboratório com leituras online, use amostras coletadas no mesmo instante. Considere o atraso do ponto de coleta até a célula, para não chamar de "erro do medidor" uma diferença entre águas distintas durante uma variação.

Calibração do turbidímetro: formazina, StablCal e outros padrões

Calibrar é ajustar a resposta do medidor a um padrão definido. Não é mexer no medidor até a amostra mostrar o valor que você quer. Registre a cada vez o tipo, o valor e o lote do padrão.

1. Comece pela limpeza. Limpe a óptica e o caminho da amostra, depois deixe a leitura estabilizar na água de zero especificada. Se você ajustar o zero com a janela suja, a sujeira passa a fazer parte da referência.
2. Ajuste o span com o padrão especificado. Use a solução padrão ou a placa padrão que o fabricante ou o método especifica. Escolhas comuns são formazina, formazina estabilizada (por exemplo, Hach StablCal) e padrões de partículas de poliestireno. Para o monitoramento contínuo de água de abastecimento, o método japonês também admite calibração com placa padrão; confirme que a placa concorda com a solução padrão antes de confiar nela.
3. Verifique perto dos seus valores de controle. Dois pontos que coincidem (zero e um valor alto) não provam que o medidor serve para o que está no meio. Verifique a resposta perto dos valores em que você realmente controla.
4. Registre o antes e o depois. Anote separadamente as leituras antes e depois da limpeza, e antes e depois da calibração. Isso mostra se só a limpeza recuperou a leitura ou se o zero e a sensibilidade também tinham derivado, e ajuda a definir os intervalos de manutenção.

Diluição de um padrão

Ao preparar uma série de padrões por diluição, relacione o valor da solução-mãe, o volume que você retira e o volume final. O volume final é o total depois de completar com água até o traço.

Figura 6: preparando um padrão de 10 graus a partir de uma solução-mãe de 100 graus

Retire 10 mL da solução-mãe e complete até 100 mL no total para obter 10 graus. Na prática, siga o padrão e o procedimento especificados.

Supõe uma suspensão uniforme e diluição volumétrica

C₂ = C₁ × V₁V₂

C₂ = 100 × 10100 = 10 graus

C₁: valor da solução-mãe (graus). C₂: valor diluído (graus). V₁: volume retirado da solução-mãe (mL). V₂: volume total após a diluição (mL). Serve para preparar padrões, não para converter leituras de amostras reais entre métodos.

Adicionar 100 mL de água a 10 mL de solução-mãe dá cerca de 110 mL, não 100 mL. Completar até o traço e adicionar um volume fixo de água são operações diferentes.

Uma suspensão que sedimentou durante o armazenamento dará o valor errado se você retirar só a camada de cima. Siga o método de mistura e o prazo de validade especificados, e evite que recipientes e utensílios introduzam partículas estranhas.

Preparar formazina a partir de reagentes brutos envolve produtos químicos perigosos. Um deles, o sulfato de hidrazina, é altamente tóxico, e a própria formazina pode conter sulfato de hidrazina residual. Não prepare a partir de notas gerais de manutenção; siga o método de ensaio especificado, as FISPQ (fichas de informações de segurança de produtos químicos) e os procedimentos de manuseio de produtos químicos da sua unidade.

Escalonamento de 4–20 mA e projeto de alarmes

Quando o medidor envia o valor a um sistema de controle, a faixa do display e a faixa transmitida precisam coincidir. Com 4–20 mA, o medidor e o sistema receptor devem concordar sobre a turbidez que cada extremo representa.

Num caso fictício, 0–20 graus são escalonados em 4–20 mA, então 12 mA é o ponto médio, 10 graus. Se o lado receptor continuar configurado em 0–100, os mesmos 12 mA aparecem como 50.

Confira também o rótulo da unidade. Se o transmissor envia graus de formazina e o TAG no sistema de controle diz NTU, o número pode parecer certo mas a base é outra. Um sinal correto também não prova que a amostragem ou a óptica estejam corretas, então verifique separadamente o lado da amostra e o lado do sinal.

Use estes pontos ao configurar os alarmes:

• Faixa: cubra os níveis de partida e de anomalia, não só os valores normais.
• Acima da faixa e sinais de falha: pergunte se a saída fica travada no limite superior ou vai para uma corrente de falha. Alguns transmissores usam os níveis de sinal da NAMUR NE 43, mas as correntes reais dependem do equipamento e da sua configuração, então confirme com o fornecedor.
• Média e rejeição de bolhas: uma filtragem mais forte esconde picos curtos, mas também atrasa mudanças reais. Ajuste o tempo de resposta e a supressão de alarmes falsos conforme a finalidade do alarme.
• Estado de manutenção: registre falhas do medidor e o estado de limpeza junto com a turbidez. Se as leituras normais e as feitas durante a manutenção forem registradas do mesmo jeito no sistema de controle, alguém vai interpretar mal uma mudança de qualidade da água depois.
• Valor instantâneo: a turbidez mostra a água naquele momento. Integrá-la no tempo não dá a massa de partículas. Se precisar de uma carga poluente, defina bem a vazão e a concentração.

Análise de falhas da leitura de turbidez, por sintoma

Parta do sintoma para a causa provável. Bolhas, sujeira, o padrão e a linha de amostragem são os lugares de sempre para olhar.

Sintoma	Verifique primeiro	Observações
Picos curtos	Bolhas, passagem de partículas grandes, luz parasita	Se os picos coincidem com mudanças de vazão ou de pressão do processo, suspeite da linha de amostragem.
Deriva gradual	Sujeira ou depósitos na janela, estado do padrão, envelhecimento da fonte de luz	Registre a leitura antes de limpar, para não perder a causa ao reajustar zero e span de uma vez.
Baixa só logo após a limpeza	Água de enxágue restante na célula diluindo a amostra	Registre quando a amostra voltou e quanto tempo levou para estabilizar; marque os períodos de limpeza separadamente.
Diferença constante em proporção em relação ao laboratório	Base do padrão, método óptico, ajuste da faixa de saída	Confirme que os dois lados medem a mesma grandeza antes de ajustar a sensibilidade.
Pouca repetibilidade na mesma amostra	Sedimentação, floculação, orientação da célula, bolhas	Fixe o procedimento de mistura e o tempo de espera antes da medição.
A relação se perde após uma mudança de processo	Mudaram as propriedades ou a cor das partículas	Não presuma falha do medidor; meça de novo a turbidez e os outros parâmetros necessários em amostras reais.

Checklist: revisando a especificação de um turbidímetro japonês

Use esta lista ao receber uma folha de dados, um P&ID ou dados de operação do Japão.

• Unidade: 度 (grau), NTU, FNU, FTU ou FAU, e se o rótulo reflete a óptica real
• Padrão: caulim, formazina, formazina estabilizada, partículas de poliestireno ou placa padrão
• Óptica: luz transmitida, espalhamento a 90°, razão, esfera integradora ou espalhamento superficial; fonte de luz (luz branca ou infravermelho próximo)
• Referência de método: JIS K 0102-1, JIS K 0801, método japonês de ensaio de água de abastecimento, EPA 180.1 ou ISO 7027-1
• Faixa: cobre os níveis normal, de partida e de anomalia
• Saída: extremos de 4–20 mA, comportamento acima da faixa, corrente de falha e comportamento durante a manutenção
• Sistema de controle: mesma faixa e mesmo rótulo de unidade no lado receptor
• Alarmes: setpoints, o método em que se basearam e as configurações de média ou de rejeição de bolhas
• Linha de amostragem: ponto de coleta, faixa de vazão e pressão, separador de bolhas, tempo de atraso, dreno
• Calibração: valores dos padrões, frequência, verificação perto dos valores de controle e formato do registro
• Display de SS (se usado): equação de correlação, as amostras em que se baseia e a sua faixa de validade

Perguntas para o fornecedor japonês

Faça estas perguntas antes de o equipamento ser embarcado, ou antes de levar qualquer setpoint de alarme para o seu próprio sistema.

• Em qual padrão o valor de turbidez se baseia: caulim, formazina ou poliestireno?
• Qual princípio de medição e qual fonte de luz o medidor usa? Ele foi construído conforme a JIS K 0801, a ISO 7027-1 ou outro método?
• O medidor pode exibir e transmitir em NTU ou FNU? Se sim, isso muda a óptica ou só o rótulo?
• Quais valores de turbidez correspondem a 4 mA e 20 mA? Que corrente o medidor emite acima da faixa e em falha?
• O que a saída faz durante a limpeza e a calibração (mantém, último valor ou valor ao vivo)?
• Quais padrões e pontos de calibração vocês recomendam, e com que frequência?
• Como os setpoints de alarme foram definidos, e em qual método e unidade se basearam?
• Se o medidor exibe SS em mg/L, em quais amostras a correlação foi construída e em que faixa?

E-mail de exemplo para o fornecedor

Você pode adaptar este e-mail curto. Troque os trechos entre colchetes pelos seus dados. Se o fornecedor trabalha em inglês, traduza o texto antes de enviar.

Assunto: Turbidímetro [TAG] – unidades, calibração e escalonamento de 4–20 mA

Prezado(a) [Nome],

Estamos integrando o turbidímetro [modelo / TAG] ao nosso sistema de controle, e a nossa fábrica reporta a turbidez em [NTU / FNU / uT]. Poderia confirmar os pontos abaixo?

1. O padrão por trás do valor em "度" (caulim, formazina ou poliestireno), o princípio de medição e a fonte de luz.
2. Se o medidor pode emitir em NTU ou FNU, e se isso muda a óptica ou apenas o rótulo do display.
3. Os valores de turbidez em 4 mA e 20 mA, e a corrente de saída acima da faixa, em falha e durante a manutenção.
4. O padrão de calibração recomendado, os pontos de calibração e a frequência.
5. A base do setpoint de alarme de [valor] 度.

Agradecemos desde já.

Atenciosamente,
[Seu nome]
[Empresa]

Limites deste guia

• As condições ópticas da EPA 180.1 e da ISO 7027-1 foram resumidas a partir de fontes públicas e de documentos de fabricantes. Para conformidade ou projeto, consulte o texto vigente da norma.
• Ensaios regulatórios devem usar o método aprovado pelo órgão competente (por exemplo, os métodos listados no 40 CFR nos EUA, o método de ensaio japonês para água de abastecimento ou o que a norma brasileira aplicável e o laboratório acreditado indicarem). Este guia não decide qual método se aplica à sua unidade.
• A edição vigente e os requisitos da JIS K 0801 não foram confirmados; pergunte ao fornecedor.
• Os limites da Portaria GM/MS nº 888/2021 não foram reproduzidos aqui; consulte o texto vigente no Diário Oficial da União.
• Todas as equações e números dos exemplos (correlação de SS, razão S/T, caso de 4–20 mA) são fictícios.
• A turbidez sozinha não cobre componentes dissolvidos. Água de resfriamento e de caldeira precisam de parâmetros de controle próprios, como ciclos de concentração e controle de purga.

Perguntas frequentes

Quantos NTU vale um grau japonês de turbidez?

Não existe uma conversão fixa que sirva para todo tipo de água. Compare leituras apenas quando o padrão e a óptica coincidem. Trocar o rótulo do display no mesmo medidor é um caso diferente de substituí-lo por um medidor com outra fonte de luz ou outro ângulo de detector.

NTU é o mesmo que FNU?

Numericamente, sim: a ISO 7027-1 os trata como equivalentes dentro do mesmo método de luz espalhada. Em amostras reais, não necessariamente: o NTU vem de medidores de luz branca e o FNU de medidores de infravermelho próximo, e o tamanho das partículas e a cor podem fazer as leituras diferirem.

Turbidez em mg/L é o mesmo que SST em mg/L?

Não. Uma turbidez baseada em caulim expressa em mg/L e a massa gravimétrica de sólidos em suspensão são grandezas diferentes. Para estimar o SST a partir da turbidez, use uma correlação construída com as suas próprias amostras e fique dentro da faixa de validade dela.

Por que o meu turbidímetro online lê alto de repente?

Além do aumento real de partículas, as causas comuns são bolhas, detritos flutuantes, luz parasita e mudanças na linha de amostragem. Compare o pico com os dados do processo do mesmo horário e meça de novo, para separar uma mudança da água de um problema de medição.

Por que as leituras em campo diferem se a calibração confere?

Concordar nos padrões não garante a mesma resposta a partículas e cores reais, que varia conforme o método. O horário da coleta e a sedimentação também contam, então meça a mesma amostra nas mesmas condições antes de comparar.

Fontes

• Unidades de turbidez no Japão (graus de caulim e de formazina, definição de 1 mg/L de caulim, condições ópticas da EPA): Yokogawa, "Definições e unidades de turbidez" (em japonês)
• Óptica de NTU x FNU, nomenclatura de unidades, interferência da cor, métodos regulatórios: US EPA, procedimento operacional "Field Turbidity Measurements"
• Chave de unidades (NTU, FNU, FAU, FNRU, FBU) e uso regional: Thermo Fisher Scientific, "Turbidity Units – A Cloudy Issue"
• Unidades de reporte do USGS: USGS Office of Water Quality Technical Memorandum 2004.03
• Faixa e óptica da EPA 180.1: NEMI, resumo do método EPA-NERL 180.1; Health Canada, Guideline Technical Document – Turbidity
• Escopo da ISO 7027-1, equivalência NTU/FNU, faixas: ISO 7027-1:2016; Standard Norge, ISO 7027-1:2016
• Comprimento de onda e ângulo do detector da ISO 7027 (fonte secundária): Hanna Instruments, turbidímetro ISO HI88713
• NTU e FNU em água natural: US Bureau of Reclamation / California DWR, memorando sobre NTU e FNU; Campbell Scientific, FAQ de unidades de turbidez (em japonês)
• Padrões japoneses de turbidez para água de abastecimento: Ministério do Meio Ambiente do Japão, padrões de qualidade da água potável (em japonês)
• Métodos de ensaio de água de abastecimento no Japão: Notificação nº 261, métodos de ensaio de qualidade da água (em japonês)
• Padrão de potabilidade no Brasil (turbidez no efluente filtrado, em uT): Portaria GM/MS nº 888, de 4 de maio de 2021 (texto de apoio; não substitui o publicado no Diário Oficial da União)
• Série JIS K 0102: JEMAI, unificação e divisão da série JIS K 0102 (em japonês); Japanese Standards Association, JIS K 0102-1:2021 (em japonês); JIS K 0102-1, Emenda 1:2023 (em japonês)
• Método por razão: HORIBA, método de transmissão e espalhamento de luz (em japonês); Yokogawa, informação técnica sobre turbidímetros de luz transmitida e espalhada (em japonês)
• Medidores de espalhamento superficial e bolhas: Yokogawa, contramedidas contra bolhas em turbidímetros de espalhamento superficial (em japonês)
• Turbidez x SS e conversão para SS: Yokogawa, diferença entre turbidez e SS (em japonês); Kasahara Chemical Instruments, conversão para SS por correlação com amostras (em japonês)
• StablCal e perigos da formazina: Hach, padrão de turbidez StablCal; Hach Method 10258
• Níveis de sinal da NAMUR NE 43: Test & Measurement Tips, "What's the difference between live zero and dead zero?"