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Teste Isocinético
Introdução ao sistema de amostragem isocinética
A amostragem isocinética consiste em retirar uma amostra do fluxo de gás na mesma taxa que está se movendo através do duto ou chaminé para fornecer uma avaliação representativa do material particulado sólido que está na fonte.
Para realizar o teste isocinético, deve-se haver um conhecimento profundo dos cinco primeiros métodos de teste apresentados no Título 40, Parte 60, Apêndice A do Código de Regulamentos Federais (40CFR60 App. A). Enquanto o Método 5 descreve o protocolo geral de operação do trem de amostragem, os Métodos de 1 a 4 prescrevem técnicas que servem de base para as atividades de amostragem do Método 5. Juntos, esses métodos descrevem os protocolos básicos para determinar as concentrações de partículas e as taxas de emissão em massa.
Métodos 1-5 da EPA dos EUA
| Método 1 | Determinação do local de amostragem e dos pontos transversais |
| Método 2 | Determinação da velocidade do gás de exaustão e das taxas de fluxo volumétrico |
| Método 3 | Determinação do peso molecular seco e da porcentagem de excesso de ar |
| Método 4 | Determinação do teor de umidade |
| Método 5 | Determinação das emissões de material particulado de fontes estacionárias |
O trem de amostragem básico do Método 5 pode ser facilmente adaptado para testar muitas outras emissões de gases e partículas de fontes estacionárias. A adaptação de métodos de teste básicos permite expandir os testes para incluir parâmetros de interesse, como metais, bifenilos policlorados (PCBs), dioxinas/furanos, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), distribuições de tamanho de partículas e um grupo cada vez maior de outros poluentes. Embora os diferentes métodos sejam designados por outros números de método da EPA dos EUA, na verdade são variações dos procedimentos do Método 5. As variações podem incluir o uso de diferentes soluções de impactores, coletores de resina orgânica, diferentes meios filtrantes, diversas temperaturas de amostragem ou uma série de outros procedimentos alternativos.
Os equipamentos de amostragem de fonte manual e semiautomático podem ser usados para os seguintes métodos de testes isocinéticos e poluentes:
| Método | Poluentes |
| 5A | Material Particulado de telhados de asfalto |
| 5B | Material Particulado de ácido não sulfúrico |
| 5D | Material Particulado de filtros de tecido de pressão positiva |
| 5E | Material Particulado de unidades de fibra de vidro |
| 5F | Material Particulado não sulfúrico de unidades de craqueamento catalítico fluido |
| 13A e 13B | Fluoretos totais |
| 23 | Dibenzo-p-Dioxinas e Dibenzofuranos Policlorados |
| 26A | Halogenetos e Halogênios de Hidrogênio |
| 29 | Vários Metais |
| 201A | Material Particulado MP10 (Taxa de Amostragem Constante) |
| 202 | Partículas condensáveis |
Descrição do sistema
O primeiro passo para uma amostragem bem-sucedida é familiarizar-se com o equipamento padrão. Para ilustrar os componentes necessários para a amostragem da fonte, incluímos um diagrama dos cinco componentes principais mostrados na Figura 1-1:
- Caixa de Controle/Equipamento Isocinético inclui um transdutor de pressão diferencial (ou manômetros de coluna dupla), válvulas de controle de fluxo de amostra com medidor de fluxo de orifício, medidor de gás seco e controles elétricos.
- Bomba de amostra de palhetas rotativas externas (ou bomba de diafragma interna), incluindo mangueiras com conexões rápidas e lubrificador.
- O conjunto da sonda inclui uma bainha de sonda de aço inoxidável, revestimento da sonda, aquecedor de tubo, tubo pitot Tipo-S, termopares do sistema isocinético e aquecedor e uma linha Orsat.
- A caixa modular de amostras inclui sonda, caixa fria, caixa quente, cordão umbilical e conexões elétricas.
- O cordão umbilical inclui linhas elétricas e pneumáticas para conectar a caixa de controle e o conjunto de amostragem.
Figura 1-1: Equipamento de amostragem de fonte isocinética da Apex Instruments
Componentes das Peças :
Caixa de controle/equipamento isocinético é a estação de controle do operador. Ele monitora a velocidade e as temperaturas do gás no local de amostragem e controla a taxa de amostragem e as temperaturas do sistema. Alojados na caixa estão os subsistemas elétrico, termopar e vácuo.
O Subsistema Elétrico fornece energia comutada para vários circuitos, incluindo energia principal, energia da bomba, zero do manômetro, temporizador, aquecedor da sonda e aquecedor do forno. A classificação de energia deve ser escolhida de acordo com sua fonte de eletricidade. Por exemplo, os sistemas de amostragem Apex Instruments XD-502 podem ser configurados para energia elétrica de 120 VCA/60 Hz ou 240 VCA/50 Hz.
O subsistema de termopar exibe, mede e fornece feedback para os controles de temperatura que são críticos para a operação de amostragem isocinética. O sistema de termopar da Apex Instruments consiste em termopares Tipo K, fios de extensão, conectores macho/fêmea, receptáculos, uma chave seletora de termopar e um display digital de temperatura com junção de compensação interna. Os controladores existentes oferecem controladores de temperatura automáticos e digitalmente programáveis para sonda e filtro de calor do forno. Os controladores recebem sinais de feedback de temperatura para manter as temperaturas dentro da faixa do ponto de ajuste. O diagrama elétrico do termopar é apresentado no esquema elétrico, encontrado no manual do operador apropriado.
A Bomba de Vácuo fornece vácuo ao sistema de amostragem para realizar a coleta das amostras. Normalmente, o subsistema de vácuo consiste em um conjunto de bomba externa de vácuo (ou bomba interna de diafragma), conexões rápidas, acessórios internos, duas (2) válvulas de controle (grossa e fina), um medidor de orifício e um manômetro inclinado de coluna dupla (ou transdutor de pressão).
Figura 1-2: Painel frontal da caixa de controle modelo XD-502
Parte da frente da caixa de controle
Parte de trás da caixa de controle
Se o painel de controle não tiver uma bomba de diafragma interna, ele precisará de uma bomba externa. A unidade de bomba externa fornece vácuo ao sistema de amostragem para realizar a coleta das amostras.
O tipo mais comum de conjunto de bomba é conectado a Caixa de Controle por meio de um receptáculo elétrico e duas (2) extensões de mangueira de 1,524 m com conexões rápidas de 9,525 mm (configuradas com um conector macho no lado da pressão e um conector fêmea no lado da sucção).
Figura 1-3: Bomba de vácuo de palhetas lubrificadas XE-0523 (invólucro) e E-0523 (estrutura aberta)
Os principais componentes de um conjunto de sonda:
- Revestimento da sonda: Tubo de diâmetro externo de 15,9 mm feito de vidro borossilicato, quartzo, aço inoxidável, Inconel ou PTFE.
- Bainha da sonda: tubo de 25,4 mm de diâmetro externo com conjunto quádruplo acoplado que inclui um tubo pitot tipo S modular substituível, termopar do sistema isocinético e um tubo de aço inoxidável de 1/4 pol. de diâmetro externo para coletar amostras de gás e tubo de aço inoxidável para coletar amostras de gás para análise Orsat.
- Kit de peças pequenas: Conexões para prender o bocal ao conjunto da sonda. As conexões incluem uma união com furo de 5/8 pol., porca e ponteiras.
Figura 1-4: Sondas e montagem da sonda
Revestimento da sonda: Os revestimentos da sonda padrão são construídos a partir de tubos com diâmetro externo de 15,9 mm e possuem juntas esféricas nº 28 com uma ranhura para o anel de vedação. Os materiais de revestimento disponíveis são vidro borossilicato, quartzo, aço inoxidável, Inconel e PTFE. Você precisará de um adaptador de junta esférica se tiver um revestimento de PTFE, um revestimento reto ou um revestimento com bocais integrados.
Figura 1-5: Diagramas das configurações do revestimento da sonda
Aquecedor da sonda: Aquecedor de tubo rígido removível com elemento de aquecimento em espiral, isolamento térmico elétrico e termopar, com uma temperatura máxima recomendada de 260°C. Para obter resultados precisos, a temperatura da amostra deve permanecer na faixa de 120 ºC ± 5 ºC ao passar pela sonda.
A exposição a temperaturas elevadas pode danificar o isolamento e reduzir a vida útil do aquecedor. A temperatura máxima recomendada de exposição do sistema isocinético para aquecedores de sonda é de 260ºC. Os aquecedores de sonda parciais são recomendados para temperaturas acima de 260ºC.
A caixa modular de amostras é usada para suporte, proteção e controle ambiental da vidraria no trem de amostragem. A caixa modular de amostras consiste em um compartimento de filtro aquecido e isolado (caixa quente) e um estojo isolado para caixa fria.
A caixa fria mantém os impactores do trem de amostragem em um banho de gelo para que a amostra de gás de chaminé seja resfriada à medida que passa pelos impactores para condensar o vapor de água. Esse processo permite medir o volume de umidade do gás de chaminé e, em seguida, usar essa leitura para calcular a densidade do gás de chaminé.
Figura 1-6: Componentes e acessórios de caixa de amostra modular
O cordão umbilical promove a ligação entre a caixa de controle e o conjunto de amostragem (sonda, caixa quente e caixa fria). O cordão umbilical normalmente contém a amostra de gás e as linhas de pitot, bem como o termopar e as linhas de alimentação.
- A linha de amostra de gás primária (azul,12,7 mm) tem uma conexão macho rápida na saída e, na extremidade oposta, uma conexão fêmea rápida de 12,7 mm na entrada.
- As duas (2) linhas de pitot (preta e branca, 6,35 mm têm conexão fêmea rápida para o conjunto da sonda e conexão macho rápida de 6,35 mm para a caixa de controle. Há uma linha de amostragem de gás adicional para análise Orsat (amarela, 6,35 mm, que também pode ser usada como uma linha de pitot sobressalente.
- Vários cabos de extensão de termopar para termopares tipo K, que terminam com conectores duráveis de tamanho normal. Os conectores têm pinos redondos de diâmetros diferentes para garantir a polaridade adequada e não se conectarão totalmente se forem invertidos. Cada fio de extensão de termopar no cordão umbilical é rotulado e codificado por cores para medição de temperatura do sistema isocinético, sonda, forno (caixa quente), saída (caixa fria) e auxiliar (reserva).
- O cabo de alimentação (para aquecedores do forno de filtro e do conjunto da sonda) termina com um conector circular de estilo militar em cada extremidade.
- O adaptador umbilical conecta a saída do último impactor ao cordão umbilical e contém o termopar de saída. Esse adaptador serve para aliviar a tensão entre o cordão umbilical e o trem de vidraria.
- O corpo do conector circular é aterrado. Um guia de alinhamento é colocado na extremidade de cada conector, e as roscas de retenção devem ser encaixadas para um bom contato.
- O cordão umbilical é coberto por uma bainha de malha de náilon trançada para restringir o cabo e reduzir o atrito ao movimentá-lo.
Trem de amostras de vidro:
O conjunto de amostra de vidro contém o suporte do filtro para coleta de material particulado, impactores de vidro para absorção da umidade arrastada e peças de vidro de conexão.
A figura abaixo ilustra o conjunto de amostragem de vidro do Método 5 EPA dos EUA.
Segue a ordem em que um trem de vidro típico do Método 5 EPA dos EUA é construído:
- Cyclone Bypass (GN-1), Opcional: Ciclone (GN-2) e frasco de ciclone (GN-3)
- Conjunto de filtro O.Z. de 3 pol. Conjunto de filtro O.Z. (GNFA-3Z). O conjunto consiste na entrada do filtro (GN-3S), no disco de filtro de PTFE (GA-3T), na saída do filtro (GN-3B) e na braçadeira do filtro (GA-3CAZ).
- Adaptador duplo em “L” (GN-8) ou GN-8-18K alternativo com conjunto de termopar
- 1° Impactor Greenburg-Smith modificado (GT-9A)
- Tubo em U (GN-11)
- 2° impulsor Greenburg-Smith com orifício (GT-9AO)
- Tubo em U (GN-11)
- 3° Impactor Greenburg-Smith modificado (GT-9A)
- Tubo em U (GN-11)
- 4° impulsor Greenburg-Smith modificado (GT-9A)
Figura 1-7: Diagrama do Trem de Amostragem de vidro