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Autor: CARLOS ALBERTO ECHEVERRI
Curso:
8,80/10 (5 opiniones) |7675 alumnos|Fecha publicación: 24/02/2006
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Capítulo 8:

 Procedimiento de muestreo

El siguiente es el procedimiento general de muestreo. Algunos de los pasos no se requieren para muestreadores de chimenea automáticos.

·         Preparación preliminar.

1.       Pesar el primer y segundo burbujeador con 100 mL de agua destilada cada uno.

2.       Pesar el tercer burbujeador vacío.

3.       Pesar el cuarto burbujeador con 200 g de sílica gel activada.

4.       Revisar el filtro a utilizar, desecarlo durante 24 horas y pesarlo con una precisión de 0.1 mg.

5.       Pesar el ciclón y el erlenmeyer (si es necesario).

Este procedimiento en la preparación corresponde al utilizado para un muestreo de material particulado únicamente. En caso de realizar un  muestreo de óxidos de azufre, los líquidos contenidos en los burbujeadores cambian.

·         Toma de muestra.

1.       Armar el equipo de muestreo y todas sus conexiones.

2.       Realizar la prueba de fugas.

En el procedimiento de la prueba de fugas se debe tapar la entrada de gases en la boquilla, abrir completamente la válvula de ajuste fino, cerrar la válvula de ajuste grueso y prender la bomba de vacío (para muestreadores de chimenea manuales). Abrir la válvula de ajuste grueso hasta que el indicador de vacío señale 380 mm H2O. Si el medidor de gas seco no varía más de 0.00057 m3/min se considera que no hay fugas al iniciar el muestreo. En caso contrario se deben revisar todas las conexiones hasta que desaparezcan las fugas.

Posteriormente se destapa lentamente la entrada de la boquilla y se apaga la bomba. Si es un equipo automático, se deben seguir las instrucciones del menú.

3.       Conectar el sistema de calentamiento de la sonda y la caja caliente. La temperatura de la caja caliente debe permanecer en 120 ± 14 °C.

4.       Anotar la lectura inicial del medidor de gas seco (para muestreadores de chimenea manuales).

5.       Nivelar la consola y colocar en cero (0) los manómetros (para muestreadores de chimenea manuales).

6.       Colocar la sonda en el interior de la chimenea en el primer punto de muestreo.

7.       Definir el tiempo de muestreo para cada punto. El tiempo total de muestreo no debe ser menor de 1 hora.

8.       Calcular la caída de presión en el medidor de orificio con la siguiente ecuación (para muestreadores de chimenea manuales).

                                             Procedimiento de muestreo                                      (5.28)

En la cual:

Procedimiento de muestreo = Caída de presión en el medidor de orificio, mm H2O.

K =   Factor de proporcionalidad que relaciona  y para el muestreo isocinético (ecuación 5.29).

Tm =   Temperatura en el medidor de gas seco, K.

Ts =   Temperatura del gas en la chimenea, K.

Procedimiento de muestreo =  Presión de velocidad del gas en la chimenea, mm H2O.

El factor de proporcionalidad que relaciona las dos presiones de velocidad (  y ), de modo que la velocidad en la boquilla sea la misma que la velocidad en la chimenea esta dado por:

                       Procedimiento de muestreo                    (5.29)

En la cual:

 C=    Coeficiente del tubo pitot.

Procedimiento de muestreo@ = Coeficiente del medidor de orificio, mm H2O.

Dn  =    Diámetro de la boquilla, mm.

Bws =   Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.

Md =   Masa molar del gas seco en la chimenea, g/mol.

Ms =    Masa molar del gas en la chimenea, g/mol.

Ps =     Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

Pm =    Presión absoluta en el medidor de gas seco, mm Hg.

En los muestreadores de chimenea automáticos, la caída de presión en el medidor de orificio ( ) es calculada automáticamente por el muestreador simultáneamente con el caudal de succión.

9.   Encender la bomba de succión simultáneamente con el cronómetro e inmediatamente ajustar el caudal con las válvulas de control hasta que el valor de  coincida con el valor calculado.

La caída de presión en el medidor de orificio y el caudal de succión, en muestreadores de chimenea manuales, se debe hacer en el menor tiempo posible para garantizar un muestreo isocinético.

10. Mantener la temperatura del gas en el último burbujeador en 20 °C.

11. Para cada punto se lee la presión de velocidad, la temperatura del gas en la chimenea y la temperatura en el medidor de gas. Llevando estos datos a la ecuación 5.28 se obtiene la caída de presión en el orificio ( ) que es una medida indirecta del caudal a través del medidor de gas seco (para muestreadores de chimenea manuales). La caída de presión en el orificio se consigue en la consola mediante la manipulación de las válvulas de control fino y grueso.

                                           Procedimiento de muestreo                                     (5.30)

En la cual:

Qm =    Caudal a través del medidor de gas seco, m3/min.

Km =    Coeficiente en el medidor de orificio (0.01837).

Tm =     Temperatura en el medidor de gas seco, K.

Procedimiento de muestreo =    Caída de presión en el medidor de orificio, mm H2O.

Pm =    Presión absoluta en el medidor de gas seco, mm Hg.

Mm =   Masa molar del gas seco en el medidor, g/mol.

12. Una vez obtenida la caída de presión en el orificio, se efectúa el muestreo durante 3 a 5 minutos por punto (dependiendo del número de puntos) y se registran los siguientes datos (para muestreadores de chimenea manuales):

Procedimiento de muestreo  =    Presión de velocidad del gas en la chimenea, mm H2O.

Tm =     Temperatura en el medidor de gas seco, K.

Ts =     Temperatura del gas en la chimenea, K.

Procedimiento de muestreo =    Caída de presión en el medidor de orificio, mm H2O.

Pe =     Presión estática en la chimenea, in H2O.

13. Para terminar el muestreo se cierra la válvula de control grueso, se apaga la bomba de succión y así como los demás suiches. Registrar el volumen final del medidor de gas seco (para muestreadores de chimenea manuales).

14. Al final del muestreo se debe realizar nuevamente la prueba de fugas.

·           Operaciones posteriores al muestreo.

Una vez finalizado el muestreo se realizan las siguientes operaciones:

1.       Se remueve la sonda y se cierran todas las aberturas existentes en la sonda, portafiltro y burbujeadores.

2.       Se pesan los burbujeadores y el filtro (previamente dispuesto en un desecador por 24 horas).

3.       Remover en un beaker el material particulado depositado en el interior de la boquilla, la sonda y el ciclón utilizando una mezcla de acetona (o alcohol) y agua destilada. Rotular las muestras y llevar al laboratorio para el análisis de sólidos totales.

·           Cálculos y presentación del informe.

Se hacen los cálculos y se presenta el informe de acuerdo a lo descrito y exigido por la normatividad del Ministerio del Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, o las Corporaciones Autónomas Regionales.

1.       Presión absoluta del gas en la chimenea (para muestreadores de chimenea manuales).

                           Procedimiento de muestreo                                                               (5.31)

En la cual:

Ps =   Presión absoluta del gas en la chimenea, mm Hg.

Pa =   Presión barométrica, mm Hg.

Pe =   Presión estática promedio en la chimenea, mm H2O.

2.       Presión absoluta en el medidor de gas seco (para muestreadores de chimenea manuales).

                                                Procedimiento de muestreo                                         (5.32)

En la cual:

Pm  =   Presión absoluta en el medidor de gas seco, mm Hg.

Pa =   Presión barométrica, mm Hg.

Procedimiento de muestreo = Presión diferencial promedio a través del orificio, mm H2O.

3.       Volumen de gas seco corregido a condiciones de referencia.

              Procedimiento de muestreo                                                               (5.33)

En la cual:

Vmref  =  Volumen de gas seco corregido a condiciones de referencia, m3.

Vm =    Volumen de gas seco medido por el medidor de gas seco, m3.

Y =     Factor de calibración del medidor de gas seco.

Pm =    Presión absoluta en el medidor de gas seco, mm Hg.

Tref =   Temperatura de referencia, 298 K.

Pref =   Presión de referencia, 760 mm Hg.

Tm =     Temperatura promedio en el medidor de gas seco, K.

4.       Volumen de vapor de agua corregido a condiciones de referencia.

                                Procedimiento de muestreo                  (5.34)

En la cual:

Vwref  =  Volumen de vapor de agua corregido a condiciones de referencia, m3.

Vf =    Volumen final de agua en los tres primeros burbujeadores, mL.

Vi =     Volumen inicial de agua en los tres primeros burbujeadores, mL.

Wf = Peso final de la silica gel o del último burbujeador, g.

Wi =     Peso inicial de la silica gel o del último burbujeador, g.

Pw  =    Densidad del agua, 0.9982 g/mL.

R =     Constante de los gases ideales, 0.06236 mm Hg m3/mol K.

Tref =   Temperatura de referencia, 298 K.

Pref =   Presión de referencia, 760 mm Hg.

Mw =   Masa molar del agua, 18.0 g/mol.

Si en lugar de medir los volúmenes inicial y final de agua en los tres primeros burbujeadores, estos se pesan para determinar la cantidad de agua recolectada, la ecuación 5.15 se modifica de esta manera:

                                        Procedimiento de muestreo                                (5.35)

En la cual:

Pf =    Peso final de agua en todos los burbujeadores, g.

Pi =     Peso inicial de agua en todos los burbujeadores, g.

R =     Constante de los gases ideales, 0.06236 mm Hg m3/mol K.

Tref =   Temperatura de referencia, 298 K.

Pref =   Presión de referencia, 760 mm Hg.

Mw =   Masa molar del agua, 18.0 g/mol.

5.       Contenido de humedad de los gases en la chimenea.

                                 Procedimiento de muestreo                                               (5.36)

En la cual:

Bws =   Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.

Vwref =  Volumen de vapor de agua corregido a condiciones de referencia, m3.

Vmref =  Volumen de gas seco corregido a condiciones de referencia, m3.

6.       Masa molar del gas seco en la chimenea

                 Procedimiento de muestreo              (5.37)

En la cual:

Md  = Masa molar del gas seco en la chimenea, g/mol.

7.       Masa molar del gas en la chimenea.

                                       Procedimiento de muestreo                            (5.38)

En la cual:

Ms  =  Masa molar del gas en la chimenea, g/mol.

Md = Masa molar del gas seco en la chimenea, g/mol.

Bws =  Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.

8.       La velocidad del gas en la chimenea.

                                          Procedimiento de muestreo                                     (5.39)

En la cual:

Vs =   Velocidad promedio del gas en la chimenea, m/s.

Kp =  Constante del tubo pitot (34.97).

Cp =  Coeficiente del tubo pitot.

Procedimiento de muestreo =   Presión de velocidad promedio del gas en la chimenea, mm H2O.

Ts  =   Temperatura promedio del gas en la chimenea, K.

Ps =   Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

Ms =  Masa molar del gas en la chimenea, g/mol.

9.       Área de la sección transversal de la boquilla.

                                              Procedimiento de muestreo                                        (5.40)

En la cual:

An  = Área de la sección transversal de la boquilla, m2.

Dn =  Diámetro de la boquilla, m.

10.            Porcentaje de isocinetismo.

                                     Procedimiento de muestreo                          (5.41)

En la cual:

I  =      Porcentaje de isocinetismo.

Pref =   Presión de referencia, 760 mm Hg.

Ts =     Temperatura promedio del gas en la chimenea, K.

Vmref =  Volumen de gas seco corregido a condiciones de referencia, m3.

Ps =     Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

Tref =   Temperatura de referencia, 298 K.

Vs =     Velocidad promedio del gas en la chimenea, m/s.

An =    Área de la sección transversal de la boquilla, m2.

O =      Tiempo total de muestreo, min.

Bws =   Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.

Para garantizar que la muestra es tomada a la misma velocidad con la cual se transportan los gases en la chimenea, el porcentaje de isocinetismo deberá estar entre 90 y 110%. De no ser así, el muestreo es considerado no representativo y se deberá repetir.

11.            Área de la chimenea.

Para chimeneas circulares:

                                              Procedimiento de muestreo                                     (5.42)

En la cual:

As  =   Área de la chimenea, m2.

Ds =  Diámetro de la chimenea, m.

Para chimeneas rectangulares:

                                                 Procedimiento de muestreo                                        (5.43)

En la cual:

L  =  Largo de la chimenea, m.

W = Ancho de la chimenea, m.

12.            Caudal de gas en la chimenea en base seca corregido a condiciones de referencia.

               Procedimiento de muestreo                                       (5.44)

En la cual:

Qsref  =  Caudal de gas en la chimenea en base seca corregido a condiciones de Bwsreferencia, m3/h.

Bws=   Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.

Vs =     Velocidad promedio del gas en la chimenea, m/s.

As =     Área de la chimenea, m2.

Tref =   Temperatura de referencia, 298 K.

Ps =     Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.

Ts =     Temperatura promedio del gas en la chimenea, K.

Pref  =   Presión de referencia, 760 mm Hg.

13.            Concentración de partículas a condiciones de referencia.

                                               Procedimiento de muestreo                                      (5.45)

En la cual:

Cpref =  Concentración de partículas en el gas de la chimenea (en base seca) a condiciones de referencia, g/m3.

Wp=    Masa total de las partículas colectadas, g.

Vmref  =  Volumen de gas seco corregido a condiciones de referencia, m3.

14.       Emisión de partículas.

                                         Procedimiento de muestreo                                (5.46)

En la cual:

Ep  =    Emisión de partículas, kg/h.

Cpref =  Concentración de partículas en el gas de la chimenea (en base seca) a condiciones de referencia, g/m3.

Qsref =  Caudal de gas en la chimenea en base seca corregido a condiciones de referencia, m3/h.

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