Español / Latin America
Portuguese / Brazil
English / US
Pruebas Isocinéticas
Introducción al Equipo de Muestreo de Fuentes Fijas
El muestreo isocinético es la recolección y medición de una muestra de gas de una fuente a la misma velocidad que el gas viaja en la chimenea para brindar una evaluación representativa de las partículas sólidas que se encuentran en la Chimenea.
Para realizar pruebas isocinéticas, debe tener un conocimiento profundo de los primeros cinco métodos de prueba presentados en el Título 40 Parte 60 Apéndice A del Código de Regulaciones Federales (40CFR60 Apéndice A). Mientras que el Método 5 describe el protocolo general de operación del tren de muestreo, los Métodos 1 a 4 prescriben técnicas que sirven como base para las actividades de muestreo del Método 5. Juntos, estos métodos describen los protocolos básicos para determinar las concentraciones de partículas y las tasas de emisión de masa.
Métodos 1-5 de la EPA de EE. UU.
| Método 1 | Determinación de la ubicación de muestreo y los puntos transversales |
| Método 2 | Determinación de la velocidad del gas de chimenea y las tasas de flujo volumétrico |
| Método 3 | Determinación del peso molecular seco y el porcentaje de exceso de aire |
| Método 4 | Determinación del contenido de humedad |
| Método 5 | Determinación de Emisiones de Material Particulado de Fuentes Estacionarias |
Puede adaptar fácilmente el tren de muestreo básico del Método 5 para probar muchas otras emisiones gaseosas y de partículas de fuentes estacionarias. La adaptación de los métodos de prueba básicos le permite ampliar las pruebas para incluir parámetros de interés como metales, bifenilos policlorados (PCB), dioxinas/furanos, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), distribuciones de tamaño de partículas y un grupo cada vez mayor de otros contaminantes. Si bien los diferentes métodos están designados por otros números de método de la EPA de EE. UU., en realidad son variaciones de los procedimientos del Método 5. Las variaciones pueden incluir el uso de diferentes soluciones de impactadores, trampas de resina orgánica, diferentes medios filtrantes, varias temperaturas de muestreo o una gama de otros procedimientos alternativos.
Las consolas de muestreo de fuente manual y semiautomática se pueden utilizar para los siguientes métodos de prueba isocinéticos y contaminantes:
| Método | Contaminantes |
| 5A | Material Particulado de techos de asfalto |
| 5B | Material Particulado sin ácido sulfúrico |
| 5D | Material Particulado de filtros de tela de presión positiva |
| 5E | Material Particulado de plantas de fibra de vidrio |
| 5F | Material Particulado sin sulfato de unidades de craqueo catalítico fluido |
| 13A & 13B | Fluoruros totales |
| 23 | Dibenzo-p-dioxinas y dibenzo furanos policlorados |
| 26A | Haluros de hidrógeno y halógenos |
| 29 | Múltiples metales |
| 201A | Material particulado PM10 (tasa de muestreo constante) |
| 202 | Material particulado condensable |
Descripción del Sistema
El primer paso para un muestreo exitoso es familiarizarse con el equipo estándardar. Para ilustrar los componentes necesarios del muestreo de fuente, hemos incluido un diagrama de los cinco componentes principales que se muestran en la Figura 1-1:
- Consola del muestreador de origen, que incluye un transductor de presión diferencial (o manómetros de doble columna), válvulas de control de flujo de muestra con medidor de flujo de orificio, medidor de gas seco y controles eléctricos.
- Bomba de muestra de paletas rotativas externas (o bomba de diafragma interna), incluidas mangueras con accesorios de conexión rápida y lubricador.
- El conjunto de sonda incluye una cubierta de sonda de acero inoxidable, un revestimiento de sonda, un calentador de tubo, un tubo Pitot tipo S, termopares de pila y calentador y una línea Orsat.
- El estuche de muestra modular incluye un horno de filtro para el conjunto del filtro, un estuche de impactor para el material de vidrio del impactor y conexiones eléctricas.
- El cable umbilical incluye líneas eléctricas y neumáticas para conectar la caja de muestra modular a la consola del medidor de muesreo de fuente.
Figura 1-1: Equipo de muestreo isocinético de fuente fijas de Apex Instrumentos
Componentes y Partes:
La Consola de Muestreoes la estación de control del operador. Supervisa la velocidad y las temperaturas del gas en el lugar de muestreo y controla la tasa de muestreo del sistema y las temperaturas del sistema. Dentro de la consola se encuentran los subsistemas eléctrico, de termocupla y de vacío.
Subsistema Eléctrico: El subsistema eléctrico proporciona alimentación conmutada a varios circuitos, incluida la alimentación principal, la alimentación de la bomba, el cero del manómetro, el temporizador, el calentador de la sonda y el calentador del horno. La potencia nominal debe elegirse de acuerdo con su fuente de electricidad. Por ejemplo, los sistemas de muestreo XD-502 de Apex Instruments se pueden configurar para energía eléctrica de 120 V CA/60 Hz o 240 V CA/50 Hz.
Subsistema de Termocupla: El subsistema de termocupla muestra, mide y proporciona retroalimentación para los controles de temperatura que son críticos para la operación de muestreo isocinético. El sistema de termocupla de Apex Instruments consta de termopares tipo K, cables de extensión, conectores macho/hembra, receptáculos, un interruptor selector de termopar y una pantalla digital de temperatura con unión de compensación interna. Las consolas existentes ofrecen controladores de temperatura programables digitalmente y automáticos para el calor del horno de sonda y filtro. Los controladores reciben señales de retroalimentación de temperatura para mantener las temperaturas dentro del rango del punto de referencia. El diagrama eléctrico del termopar se presenta en el esquema eléctrico, que se encuentra en el manual del operador correspondiente.
Subsistema de Vacío: El conjunto de la bomba de vacío proporciona el vacío para extraer la muestra de gas de la chimenea y a través de los diversos componentes del sistema de muestreo de fuente isocinética. Por lo general, el subsistema de vacío consta de un conjunto de bomba de vacío externa (o bomba de diafragma interna), conexiones rápidas, accesorios internos, dos (2) válvulas de control (gruesa y fina), un medidor de orificio y un manómetro inclinado de doble columna ( o transductor de presión).
Figura 1-2: Panel frontal de la consola del muestreador de origen modelo XD-502
Panel frontal de la consola del muestreo de fuente
Parte posterior de la consola de muestreo de fuentes
Si la consola no tiene una bomba de diafragma interna, requerirá una bomba externa. La unidad de bomba externa proporciona el vacío que extrae la muestra de la pila. El tipo más común de conjunto de bomba se conecta a la consola del muestreador de origen a través de un receptáculo eléctrico y dos (2) extensiones de manguera de 1,524 m (5 pies) con conexiones rápidas de 9,525 mm (3/8 pulg.) (configuradas con un conector macho en el lado de presión y un conector hembra en el lado de succión.
Figura 1-3: Bomba de vacío de paletas lubricadas XE-0523 (con caja) y E-0523 (marco abierto)
Los componentes principales de un conjunto de sonda:
- Revestimiento de sonda: Tubo de 15,9 mm (5/8 pulg.) de diámetro exterior fabricado con vidrio de borosilicato, cuarzo, acero inoxidable, Inconel o PTFE.
- Calentador de sonda: Calentador de tubo rígido removible con elemento calefactor en espiral, aislamiento térmico eléctrico y termopar, con una temperatura máxima recomendada de 260°C (500°F).
- Funda de sonda: Tubo de 25,4 mm (1 pulg.) de DE con montaje cuádruple adjunto que incluye un tubo de Pitot tipo S modular reemplazable, termopar apilado y un tubo de acero inoxidable de 1/4 pulgadas. de DE para recolectar muestras de gas para el análisis de Orsat.
- Kit de piezas pequeñas: Accesorios para unir la boquilla al ensamblaje de la sonda. Los accesorios incluyen unión perforada de 5/8 pulgadas, tuerca y férulas.
Figura 1-4: Sondas y montaje de sonda
Revestimiento de Sonda: Los revestimientos de sonda estándar están fabricados con tubería de 5/8 pulg. de diámetro exterior y tienen juntas esféricas n.º 28 con una ranura para junta tórica. Los materiales de revestimiento disponibles son vidrio de borosilicato, cuarzo, acero inoxidable, Inconel y PTFE. Necesitará un adaptador de rótula si tiene un revestimiento de PTFE, un revestimiento recto o un revestimiento con boquillas integradas.
Figura 1-5: Diagramas de configuraciones del revestimiento de la sonda
Calentador de sonda: Para obtener resultados precisos, la temperatura de la muestra debe permanecer en el rango de 120°C ± 5°C (248°F ± 9°F) mientras viaja a través de la sonda.
La exposición a temperaturas elevadas puede dañar el aislamiento y acortar la vida útil del calentador. La temperatura máxima recomendada de exposición de la chimenea para los calentadores de sonda es de 260 °C (500 °F). Los calentadores de sonda parcial se recomiendan para temperaturas superiores a 260°C (500 °F).
El caja de muestreo modular se utiliza para soporte, protección y control ambiental de la cristalería en el tren de muestreo. La caja de muestra modular consta de un compartimento de filtro calentado aislado (caja caliente) y una caja de impactor aislada (caja fría).
La caja del impactador (caja fría) mantiene los impactadores del tren de muestreo en un baño de hielo para que la muestra de gas de chimenea se enfríe a medida que pasa a través de los impactadores para condensar el vapor de agua. Este proceso le permite medir el volumen de humedad del gas de chimenea y luego usar esa lectura para calcular la densidad del gas de chimenea.
Figura 1-6: Componentes y accesorios del estuche de muestra modular
El cable umbilical conecta la caja de muestra modular y el ensamblaje de la sonda a la consola del muestreador de origen. El cable umbilical generalmente contiene las líneas de muestra de gas y pitot, así como líneas de termopar y de alimentación.
- La línea de muestra de gas principal (azul, 3/8 pulg. de d.i./12,7 mm (5/8 pulg. de d.o.)) tiene una conexión rápida macho en la salida, en el extremo opuesto, una de 12,7 mm (5/8 pulg. ) conector rápido hembra en la entrada.
- Las dos (2) líneas de Pitot, (blanca y negra, 6,35 mm (1/4 pulg.)), tienen conexiones rápidas hembra al ensamblaje de la sonda y conexiones rápidas macho de 6,35 mm (1/4 pulg.) al Consola de muestreo de fuente. Hay una línea de muestra de gas adicional para el análisis Orsat (amarilla, 6,35 mm (1/4 pulg.)), que también se puede utilizar como línea Pitot de repuesto.
- Múltiples cables de extensión de termopar para termopares tipo K, que terminan con conectores duraderos de tamaño completo. Los conectores tienen pines redondos de diferentes diámetros para garantizar la polaridad adecuada y no se conectarán completamente si se invierten. Cada cable de extensión de termopar en el cable umbilical está etiquetado y codificado por color para medir la temperatura de la pila, la sonda, el horno (caja caliente), la salida (caja fría) y el auxiliar (repuesto).
- El cable de alimentación de CA (para el horno de filtro y los calentadores del conjunto de sonda) termina con un conector circular de estilo militar en cada extremo.
- El Adaptador Umbilical conecta la salida del último impactor al Cable Umbilical y contiene el termopar de salida. Este adaptador sirve para aliviar la tensión entre el cable umbilical y el tren de cristalería.
- El cuerpo del conector circular está conectado a tierra. Se coloca una guía de alineación en el extremo de cada conector y las roscas de retención deben engancharse para lograr un buen contacto.
- El cable umbilical está cubierto con una funda de malla de nailon tejido para sujetar el cable y reducir la fricción al moverlo.
Cristalería del Tren de Muestreo:
El tren de cristalería de muestra contiene el soporte del filtro para la recolección de material particulado, impactores de vidrio para la absorción de la humedad arrastrada y piezas de cristalería de conexión.
A continuación, se ilustra la cristalería del tren de muestreo del Método 5 de la EPA de EE. UU.
El orden en el que se construye un tren típico de cristalería del Método 5 de la EPA de EE. UU. es el siguiente:
- Derivación de ciclón (GN-1), opcional: ciclón (GN-2) y matraz de ciclón (GN-3)
- 3 pulg. O.Z. Conjunto de filtro (GNFA-3Z). El conjunto consta de la entrada del filtro (GN-3S), el disco de filtro de PTFE o “frita” (GA-3T), la salida del filtro (GN-3B) y la abrazadera del filtro (GA-3CAZ)
- Adaptador doble “L” (GN-8), o GN-8-18K alternativo con ensamblaje de termopar
- Greenburg-Smith modificado del primer impactador (GT-9A)
- Tubo U (GN-11)
- Segundo impactor Greenburg-Smith con orificio (GT-9AO)
- Tubo U (GN-11)
- Greenburg-Smith modificado del tercer impactador (GT-9A)
- Tubo en U (GN-11)
- Greenburg-Smith modificado del cuarto impactador (GT-9A)
Figura 1-7: Diagrama de cristalería del tren de muestreo