Amostradores de Gases

Amostradores de gases e partículas para emissões em dutos de fontes fixas.

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A poluição do ar em grandes cidades é um sério problema de saúde pública, pois provoca na população doenças respiratórias como a asma, a bronquite e, até mesmo, o câncer, levando a morte. No Brasil, os limites de emissão, determinados pelas agências reguladoras, que fiscalizam as fontes de emissão e a confiabilidade do sistemas de medição e monitoramento, estão definidos na resolução reguladora é a CONAMA 382.

Uma fonte de emissão industrial emite além de partículas sólidas, vapor e gases poluidores como: CO, CO2, SO2, H2S, TRS, HCl, Cl2, NH3, NOx e outros. A pressão no interior da chaminé é levemente negativa (mmH2O), a temperatura pode variar de 50ºC a mais de 200ºC em alguns casos.

Os sistemas de monitoramento contínuo de emissões estão sendo instalados nas fontes fixas de emissões industriais de grande porte, como fornos e caldeiras, para expressar continuamente as emissões realizadas em tempo real. O órgão ambiental americano EPA, regulamenta os métodos 40CFR60, M1 a M28A para padronização das amostragens pontual e medições sob condições isocinéticas controladas.

Outras técnicas de medição, como FTIR e TDL, permitem a medição insitu não pontual, como é o caso dos analisadores por passo óptico, insitu ou instalados na linha de diâmetro do duto. Esta medição será o resultado da média emitida no comprimento do passo ótico. Provavelmente os resultados da medição por passo ótico no diâmetro da chaminé terá valores mais próximos da medição para certificação, realizadas por amostragem pontual manual segundo o método do EPA.

Resumo

Este artigo pretende dar uma visão geral do que é uma sonda de amostragem industrial, os tipos de sonda, seu funcionamento e componentes. Um breve comentário sobre os prováveis pontos de desgaste, especificação, montagem e manutenção.

Tipos de Amostradores

Muitos sistemas de monitoramento utilizam o princípio extrativo para captar uma amostra do processo.

amostragem na chaminé-br

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Por estar em contato direto com a amostra, dentro do processo, submetida à mesma temperatura, a corrosão e erosão provocada pelas emissões. A sonda amostradora contínua já pode ser considerada como elemento crítico do sistema de amostragem.

Soma-se a isso a escolha de um ponto mais adequado, que permita uma extração estável e a necessidade de filtrar e secar sem alterar a constituição da amostra., que deve ter sua performance comprometida com o uso contínuo.

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Uma sonda amostradora é instalada em dutos e chaminés para extraírem uma porção controlada dos gases de emissão.  O material utilizado na construção das sondas de gases deve apresentar alta dureza, resistência a temperatura, erosão e ser inerte aos componentes da amostra.

Boiler

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Num duto de grande diâmetro, com curvas e outros obstáculos ao fluxo, o escoamento das emissões não é laminar, de forma que uma amostragem pontual não representa com exatidão o perfil médio de emissão.

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No caminho entre a fonte de emissão até a chaminé, são instalados os equipamentos de tratamento como: filtros manga, scrubber, precipitador eletrostático, lavadores, ciclones, termo oxidadores e outros, com o objetivo de tentar reduzir os gases poluidores e partículas em suspensão.

sistema de amostragem

Um sistema de amostragem é constituído basicamente de 3 partes: a sonda de amostragem, as linhas de transporte da amostra e o sistema de condicionamento.

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Utiliza-se aço carbono, ASI 316 e outras ligas mais resistentes. O comprimento de uma sonda amostradora de gás pode variar de 50 cm a 2 m, necessitando de suportes para fixação e retirada para serviços de manutenção.

problemas de estatificação

Devido ao efeito de estratificação, poderá haver um desvio entre a concentração no ponto de amostragem e a média de emissão, que deve ser monitorado em diversas condições de carga da fonte de emissão e pode ser alterado, mudando o ponto de captação.

Uma forma de ter uma amostragem mais representativa, em função da média, é a sonda de multi-amostragem, que quando instalada corretamente, pode captar uma amostra mais próxima de valores médios.

Para os testes de emissão, o Método EPA M1 padroniza a amostragem realizada em condições isocinéticas, 3 amostragens em 4 eixos, tomadas a posição radial diferente, ao longo do diâmetro do duto, posicionados a 90º, conforme a gravura. Um conjunto de normas ABNT foi promulgado, baseadas nas normas do EPA, como referência para certificação de sistemas por amostragem manual. As medições são realizadas no teste de queima inicial e acompanhadas durante o ciclo de vida da fonte de emissão. São realizas em condições diferentes de carga da fonte, baixa e alta.

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Ao lado um sistema de amostragem de gases de combustão instalado em chaminé, com acessórios para condicionamento e calibração.

 

 

Na medição continua uma sonda fixa é instalada na chaminé ou duto. A amostragem contínua pode ser: Hotwet; Cold Dry; Closed Coupled ou por Diluição.

O sistema Hot Wet é todo aquecido e a amostra é mantida acima do ponto de orvalho dos gases a se analisar, todo o sistema de amostragem e célula de medição é aquecido. A análise ocorre em base úmida. O sistema Cold Dry resfria e seca a amostra antes da análise, que então ocorre em base seca. No sistema Closed Coupled a célula de medição é montada junto ao ponto de amostragem, eliminando praticamente o transporte e diminuindo o tempo de atraso da medição. O sistema por diluição utiliza uma sonda especial que dilui a amostra, de forma controlada, num gás inerte tratado. O transporte, condicionamento e medição são realizados numa concentração mais baixa. Embora não sejam muito empregadas no Brasil, segundo o consórcio de termoelétricas americano EPRI, em medições de SO2, aproximadamente 90% das instalações nos U.S. são por diluição.

ANA VAPOR COMBUSTIVEL-1      sonda de diluição

 Amostradores de Particulado

Segundo CARVALHO e LACAVA (2001), as partículas estão entre os poluentes que apresentam maiores riscos ao meio ambiente. Elas atacam os pulmões, aumentam as taxas de reação na atmosfera, reduzem a visibilidade e alteram os níveis de radiação solar que atinge o solo. Por este último fato, as partículas alteram a temperatura do solo e influenciam o crescimento das plantas. A maior parte das partículas tem diâmetro variando entre 0,1 e 10 μm. O material particulado pode ser classificado como: Partículas Totais em Suspensão (PTS), Partículas Inaláveis PM10 e partículas inaláveis finas, PM2,5.

Material particulado intermediário, cenosfera

cenosfera      stack sampling loop-Deqtech

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Sistema para amostragem automática de partículas.

Para fins de monitoramento ambiental é fundamental garantir que os dados obtidos a partir de cada fonte de emissão de MP sejam diretamente comparáveis a um padrão conhecido.

Embora que para medições fixas são largamente utilizados medidores óticos por transmissão e espalhamento, a forma mais comum de quantificar a emissão de fontes estacionárias é a partir da sua massa. Para tanto, se faz necessário identificar e determinar a quantidade de MP no volume analisado, a sua distribuição e massa específica. O método mais prático e usualmente utilizado para a medida de MP em dutos e chaminés é o chamado de sistema de coleta isocinéticas.

Segundo DIAS (2011), O Método 5 da US EPA, para a determinação de emissões material particulado de fontes estacionárias, tem uma importância significativa no Brasil, visto que serviu de base para a elaboração de dois métodos da ABNT, utilizados no Brasil para a amostragem em chaminés.

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Stack Sampler trem de teste isocinético M5-partículas - CleanAir

O amostrador manual é montado perpendicular ao duto, num trilho, formando um trem de amostragem.

Ao lado um amostrador manual de partículas para teste Isocinético conforme o método EPA-M5. Ele é um equipamento composto por: boquilha amostradora, tubo pitot, caixa fria, console de controle, bomba de amostragem, válvulas, medidor de pressão diferencial, filtro aquecido, condensadores, barômetro, densímetro.

No método 5, a amostra é recolhida isocineticamente da fonte e retida num filtro de fibra de vidro mantido a uma temperatura da ordem dos 120º C durante a amostragem.

Funcionamento

Uma sonda amostradora pode conter na extremidade interna um filtro, construído para suportar as condições de amostragem do processo e propiciar uma primeira filtragem. Na outra extremidade externa da sonda também pode incluir um filtro aquecido ou um sistema de pré-condicionamento para retirar a umidade. Um conjunto de válvulas é instalado para propiciar a entrada de ar de retro limpeza e gás de calibração na sonda. Todas as vazões são controlas por válvulas e rotâmetros instalados no sistema de amostragem.

probe com filtro na ponta        filtro pré aquecido1        probe com filtro aquecido e blowbck - universal-br       pré condicionamento-br

Da sonda até o sistema de condicionamento, na casa de analisadores montada no solo, o sistema é interligado por um conjunto de tubos chamado de cordão umbilical. Uma bomba de amostragem ou um sistema com ejetor pode ser usado para provocar a depressão necessária para o escoamento da amostra. No caminho entre o amostrador e o analisador a amostra poderá ser: regulada, tratada, lavada, resfriada e filtrada no sistema de condicionamento. Entre o ponto de amostragem e a câmara de análise, muita coisa pode acontecer. Os internos da sonda, os diafragmas das bombas, as juntas e anéis de vedação, sofrem ação de corrosão e incrustação de resíduos de emissão e podem vir a entupir, assim como condensado que pode se formar nas linhas de transporte ou filtros sujos, resíduos acumulados em conexões além da umidade acumulada, que pode reagir com a amostra, absorver compostos de enxofre ou amônia presentes e alterar a composição da amostra que chega até o analisador.

Serviços

A temperatura, umidade, pressão atmosférica e clima são condições ambientais. A temperatura, o diâmetro do duto, o tipo de combustível, as condição de operação e carga da fonte emissora são condições operacionais as quais deve ser submetido o sistema instalado. Os materiais, vedações, diafragmas, as dimensões, o típico de instalação, o tipo e faixa de trabalho de uma sonda amostradora são definidos nas especificações de projeto. As condições de limpeza, umidade, pressão e vazões da amostra e do gás padrão são requisitos do analisador.

SERVIÇOS EM CHAMINÉ

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A montagem de uma sonda amostradora, deve seguir rigorosamente os requisitos de projeto e de segurança (NR35), tanto na parte de tubulações, fiação, bandejamento, utilidades, quanto a aspectos de praticidade da instalação de operação e manutenção.

Na elaboração do Plano de Monitoramento de Emissões da planta deve constar a descrição das operações que devem ser avaliadas durante as amostragens manuais como: condições de operação, descritivo da fonte, tipos de queimadores, combustível, exigências técnicas, descrição do sistema de controle e etc.

 

 No startup do sistema que deve ocorrer no início de operação da fonte emissora, são feitas as medições de certificação, cálculo de fatores de emissão, calibrações, ajustes iniciais e testes de performance e precisão relativa. A parte final do ciclo de vida e o período onde o sistema deve cumprir sua função de projeto fica sob responsabilidade da manutenção que deve providenciar e acompanhar os testes, calibrações e ajustes e periodicamente realizar limpeza, desobstruções em linhas, testes, ajustes e substituições no sistema.

Para saber mais sobre este assunto e ter uma visão geral sobre o uso de analisadores industriais, veja o Curso de Instrumentação Analítica, da ISA seção Espírito Santo, em junho de 2013, em Vitória-ES. Acesso ISA-ES para mais informações.

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