MF-0514.R-1 - DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO GÁS, EM CHAMINÉS

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1 MF-0514.R-1 - DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO GÁS, EM CHAMINÉS Notas: Aprovado pela Deliberação CECA n. 168, de 02 de abril de 1981 Publicado no DOERJ de 07 de abril de OBJETIVO Definir método para a determinação do teor de umidade nos gases de exaustão de uma chaminé como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras. 2. MÉTODO E APLICAÇÃO 2.1 MÉTODO Uma amostra do gás é extraída da chaminé, sendo a umidade removida, condensada e determinada volumetricamente ou gravimetricamente. 2.2 APLICAÇÃO Existem dois métodos para a determinação da umidade. Um é o de referência, de determinação precisa, utilizado na fixação de fatores de emissão. O outro, é um método aproximado e visa determinar o teor de umidade para fixar fluxo de amostragem isocinética. Para este propósito, várias técnicas podem ser usadas, técnicas de bulbo seco e úmido, condensação, cálculos estequiométricos e outros. Estes métodos não são aplicáveis a fluxos gasosos contendo gotas. Neste caso, considerar o fluxo saturado. Determinar a temperatura média do gás na chaminé de acordo com os MF-511 e 512, obtendo então a percentagem de umidade. Utilizar: a. uma carta psycométrica, fazendo-se as devidas correções no caso de serem diferentes as pressões na chaminé e na carta. b. uma tabela característica de pressão de vapor saturado. 3. MÉTODOS DE REFERÊNCIA O procedimento descrito no, MF-515 e aceitável também como um método de referência.

2 3.1 APARELHAGEM Na aparelhagem utilizada no método de referência (Figura 1) todos os componentes devem ser mantidos e calibrados de acordo com os procedimentos descritos no MF Sonda - aço inox ou tubo de vidro, suficientemente aquecido para evitar condensação e equipado com filtro (aquecido no interior da chaminé ou fora), visando à remoção de material particulado Condensador - qualquer sistema que, refrigerando a amostra, permita medir a água condensada. A umidade que passa pelo condensador é determinada gravimetricamente pela passagem do fluxo gasoso por um tubo, previamente pesado, contendo sílica-gel mantida a uma temperatura abaixo de 20 C. Caso o esquema descrito neste item seja o utilizado para determinar a umidade do fluxo que deixa o condensador, a temperatura e a pressão devem ser tomadas, após o tubo com sílica-gel Sistema de refrigeração recipiente com gelo ou equivalente, para permitir a condensação da umidade Tubo "drying" - tubo contendo sílica-gel (6-16 mesh) ou equivalente, para secar a amostra e proteger a bomba e o medidor de gás. Este tubo pode ser uma parte integrante do sistema de refrigeração (item 3.1.3), neste caso o tubo deverá ser imerso no banho do gelo e um termômetro deve ser colocado na saída do sistema Equipamentos de Medições - vacuômetro; bomba livre de vazamentos; termômetros, capazes de medir temperaturas com precisão de ± 3 ºC; medidor de gás seco com precisão de ± 2% Barômetro - mercúrio ou outro, capaz de medir pressão atmosférica com precisão de ± 2,5 mmhg Tubo de Pitot - tipo S ou equivalente, acoplado à sonda para permitir uma monitoragem contínua da velocidade do gás na chaminé, possibilitando uma regulagem proporcional da taxa de fluxo da análise Medidor de pressão diferencial - manômetro inclinado, capaz de medir carga de velocidade com 10% do valor mínimo medido ou ± 0,013 mmh 2 O. Para pressão diferencial abaixo de 1,3 mm usar micromanômetro com sensibilidade de 0,013 mm.

3 3.1.9 Medidor de temperatura - termopar, termômetro ou outro capaz de medir temperatura com precisão de 1,5% da temperatura absoluta mínima da chaminé Cilindro graduado e balança - para medir a água condensada e a umidade absorvida na sílica-gel com precisão de ± 1 ml e ± 1 g Sílica-gel de 6-16 mesh - Caso tenha sido anteriormente utilizada, secar a 175 ºC por duas horas. 3.2 PROCEDIMENTO O procedimento descrito é para o caso de um sistema de condensação como sílica gel incorporada, com determinação gravimétrica da umidade que deixa o condensador e análise volumétrica da umidade condensada Selecionar o local de amostragem e o número mínimo de pontos de acordo, com o MF-511. Determinar a faixa de carga de velocidade de acordo com o MF-512 com a finalidade de se calcular a taxa de amostragem. Selecionar uma carga de velocidade que corresponda aproximadamente a uma vazão de 0,014 m 3 /min. Selecionar a sonda conveniente para que todos os pontos possam ser analisados. Pesar a sílica gel com aproximação de 0,5g Selecionar o tempo total de amostragem, não menor do que 1 hora, de tal modo que o volume total do gás amostrado seja no mínimo de 0,6 m3 nas condições padronizadas e que o tempo em cada ponto na seção transversal não seja menor que 2 min Montar um conjunto como mostra a figura 1. Aquecer 2 sonda a uma temperatura de aproximadamente 120 ºC, a fim de prevenir a condensação e aguardar até estabilizar. Colocar o gelo e verificar se existe vazamento no sistema Durante a amostragem manter a taxa de fluxo não variando mais que 20% do fluxo calculado. Para cada corrida, anotar no formulário da figura 2, os dados necessários aos cálculos Para iniciar a amostragem, colocar a sonda no primeiro ponto transverso. Ligar a bomba imediatamente e ajustar a taxa de fluxo. Adicionar gelo ao banho e caso necessário, juntar sal a fim de manter a temperatura inferior a 20 ºC na saída do tubo de sílica gel, para editar perda de unidade.

4 3.2.6 Após coleta da amostra, medir o aumento de volume do líquido nos borbulhadores com aproximação de 1 ml. Determinar o aumento de peso no tubo de sílica gel com aproximação de 0,5 g. Registrar esses dados nos formulário da Figura 3 e efetuar os cálculos para determinação do teor de umidade. O volume inicial de água em cada borbulhador deve ser de aproximadamente 20%, de sua capacidade.

5 COMPRIMENTO DA SONDA TEMPERATURA AMBIENTE PRESSÃO BAROMÉTRICA ESQUEMA DA SEÇÃO TRANSVERSAL PONTO TRANSVERSO NÚMERO TEMPO DE AMOSTAGEM min TEMPERATURA NA CHAMINÉ o C CARGA DE VELOCIDADE mm H 2O PRESSÃO DIF. NO MEDIDOR mm H 2O VOLUME DE GÁS AMOSTRADO m 3 TEMPERATURA DO MEDIDOR DE GÁS SECO, DO GÁS AMOSTRADO ENTRADA ( Tm) in O C SAÍDA ( Tm) out O C TEMPERATU DO GÁS QU DEIXA O CONDENSAD O C TOTAL MÉDIA MÉDIA MÉDIA MÉDIA FIGURA 2 - DADOS PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE MÉTODO DE REFERÊNCIA.

6 BORBULHADOR VOLUME ml SÍLICA GEL PESO g FINAL INICIAL DIFERENÇA FIGURA 3 - DADOS ANALÍTICOS - MÉTODO DE REFERÊNCIA

7 3.3 CÁLCULOS Volume de Vapor d'água condensado: Vwc () = (V V ) f i w PM RT w = K V f Vi onde K = 0,00134 m 3 /ml para o sistema métrico Volume de Vapor d água coletada na sílica gel: Vwg () = (W W ) RT f P i PM w = K W f Wi onde K = 0,00134 m 3 /g para o sistema métrico Volume de Gás: ( m )( T ) V = V m ( )( T ) m = Vm P K T m m onde K = 0,3855 ºK/mm Hg para o sistema métrico Teor de Umidade nas condições padronizadas: Bw ( ) Vwc Vwc ( ) ( ) Vwg Vwg ( ) ( ) V ( )

8 3.3.5 Simbologia Bw = teor de umidade, proporção por volume; PM w = peso molecular da água, 18 g/g-mol; Pm = pressão absoluta (para este método, pressão barométrica) no medidor de gás seco, mm Hg; P = pressão absoluta padrão, 760 mm Hg; R = constante universal dos gases R = 0,06236 (mm Hg).(m 3 )/(g-mol)(ºk) para o sistema métrico Tm = temperatura absoluta no medidor, K T = temperatura padrão absoluta, 293 ºK Vm = volume do gás seco medido pelo medidor de gás, m 3. V () = volume de gás seco medido, corrigido para as condições padrões, m 3. Vwc () = volume de vapor d'água condensada, corrigido para as condições padrões, m 3. Vwg () = volume de vapor disque coletado na sílica gel, corrigido para as condições padrões, m 3. V f = volume final do líquido no condensador, ml. V i = volume inicial do líquido no condensador, ml. W f = peso final do tubo de sílica gel, g. W i = peso inicial do tubo de sílica gel, g. w = densidade da água, 1 g/ml. 4. MÉTODO APROXIMADO O método aproximado deve ser utilizado somente com a aprovação da FEEMA.

9 4.1 APARELHAGEM Sonda de aço inox ou tubo de vidro suficientemente aquecido para evitar condensação e equipado com um filtro para remover material particulado Dois tubos borbulhadores com capacidade para 30 ml cada Banho de gelo para permitir a condensação do vapor d'água do gás da chaminé nos borbulhadores Tubo com sílica gel de 6-16 mesh, para secar o gás que sai do condensador e proteger os medidores e a bomba Válvula de agulha, para regular o fluxo na taxa desejada Bomba de diafragma ou similar, livre de vazamento, para succionar o gás Medidor de volume de gás seco, para medir o volume da amostra com precisão de ± 2% Medidor de fluxo tipo rotâmetro, para medir fluxos na faixa de 0-3 l/min Cilindro graduado - 25 ml Barômetro para medir pressão atmosférica com precisão de ± 2,5 mm Hg Medidor de vácuo para medir pelo menos 760 mm Hg, para ser usado como indicador de vazamentos. 4.2 PROCEDIMENTOS Colocar exatamente 5 ml de água destilada em cada um dos borbulhadores. Montar a aparelhagem mostrada na figura 4 sem a sonda. Verificar vazamentos colocando o medidor de vácuo na entrada do primeiro borbulhador e fazer vácuo no sistema de pelo menos 250 mmhg. Fechar a saída do rotâmetro e em seguida desligar a bomba. O vácuo deve permanecer constante pelo menos um minuto. A fim de quebrar o vácuo, afrouxar cuidadosamente o medidor de vácuo antes de afrouxar a saída do rotâmetro Conectar a sonda e coletor amostra a uma taxa constante de 2 l/min. Continuar a amostragem até que o medidor de gás seco registre cerca de 30 litros ou até que gotas de líquidos comecem a passar do primeiro para o segundo borbulhados. Registrar a temperatura, a pressão e a leitura no medidor de gás seco, anotando no formulário da Figura 5.

10 4.2.3 Após coleta da amostra, combinar o conteúdo dos dois borbulhadores e medir o volume com aproximação de 0,5 ml. PRESSÃO BAROMÉTRICA TEMPO VOLUME DE GÁS QUE PASSA PELO MEDIDOR m 3 TAXA DE FLUXO m 3 /min TEMEPERATURA DO MEDIDOR C FIGURA 5 - DADOS PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE

11 4.3 CÁLCULOS Os cálculos apresentados são para simples estimativa do teor de umidade do gás da chaminé Volume de vapor d'água coletado: Vwc = ( V f Vi ) wrt P PM Vwc = K V f V ) onde: ( i K = 0,00134 m /ml para o sistema métrico Volume de Gás. V V P P T T V K VP T onde: K = 0,3855 ºK/mm Hg para o sistema métrico Teor aproximado de umidade B w Vwc Vwc V Bw m B w Vwc Vwc V 0,025

12 4.3.4 Simbologia Bw m = Vapor d'água que deixa o borbulhador, valor aproximado, 0,025 proporção por volume. Bw = Vapor d'água no fluxo gasoso, proporção por volume. PM = Peso molecular da água, 18 g/g-mol. P = Pressão absoluta (para este método é a pressão barométrica) no medidor de gás seco, mm Hg. R = Constante Universal dos gases: 0,06236 (mmhg) (m 3 )/(g-mol) (ºK) para o sistema métrico. T = Temperatura absoluta no medidor, ºK T = Temperatura padrão absoluta, 293 ºK. V f = Volume final do líquido nos borbulhadores, ml. V i = Volume inicial do líquido nos borbulhadores, ml. V = volume de gás seco medido no medidor de gás seco, m 3. V = volume de gás seco, medido no medidor de gás seco, corrigido para as condições padrões, m 3. Vwc = volume de vapor d água coletado nos borbulhadores, corrigido para as condições padrões, m 3. w = densidade da água, 1 g/ml 5. BIBLIOGRAFIA MESQUITA, ARMANDO L.S. et alii. Amostragem em Chaminé: São Paulo, CETESB, p. EPA - ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Industrial guide for air pollution control. Washington D.C., v. FEDERAL REGISTER. Washington D. C., 41 (111) : Jun, 8, 1976.

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