MF.514.R-1 - DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO GÁS, EM CHAMINÉS
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- Leandro Paulo Lopes Tomé
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1 MF.514.R-1 - DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO GÁS, EM CHAMINÉS 1. 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 varias técnicas podem ser usadas, técnicas de bulbo seco e úmido, condensação, cálculos estequiométricos e outros. Estes métodos não são aplicáveis à 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. 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 a remoção de material particulado.
2 3.1.2 Condensador - qualquer sistema que, refrigerando a amostra, permita medir a água condensada.. A umidade que passa pelo condensador é de terminada 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 ± 3º C; 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 mmh2o. Para pressão diferencial abaixo de 1,3 mm usar micromanômetro com Sensibilidade de 0,013 mm Medidor de temperatura - termopar, termômetro ou outros capaz de medir temperatura com precisas de 1,5% da temperatura absoluta mínima da chacine 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 175º C 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.
3 3.2.1 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 m3/min. Selecionar a sonda conveniente para que todos os pontos possam ser analisados. Pesar a sílica gel com aproximação de 0, 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 120º C, a fim de prevenir a condensação e aguardar até estabilizar. Colocar o gelo e verificar se existe vazamentos 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 20º C na saída do tubo de sílica gel, para editar perda de unidade 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 borbulhados deve ser de aproximadamente 20%, de sua capacidade. FIGURA 3 - DADOS ANALÍTICOS - MÉTODOS DE REFERÊNCIA 3.3 CÁLCULOS Volume de Vapor d'água condensado:
4 onde K = 0,00134 m3/g para o sistema métrico Volume de Vapor d água coletada na sílica gel: onde K = 0,00134 m3/g para o sistema métrico Volume de Gás: onde K = 0,3855º K/mm Hg para o sistema métrico Teor de Umidade nas condições padronizadas: Simbologia Bw = teor de umidade, proporção por volume; PMw = peso molecular da água, 18 g/g-mol; Pm = pressão absoluta (para este método, pressão barométrica) no medidor de gás seco, mmhg; Pstd = pressão absoluta padrão, 760 mm Hg; R = constante universal dos gases R = 0,06236 (mmhg).(m3)/(g-mol)(ºk) para o sistema métrico Tm = temperatura absoluta no medidor, K Tstd = temperatura padrão absoluta, 293º K Vm = volume do gás seco medido pelo medidor de gás, m3.
5 V(std) = volume de gás seco medido, corrigido para as condições padrões, m3. Vwc(std) = volume de vapor d'água condensada, corrigido para as condições padrões, m3. Vwg(std) = volume de vapor disque coletado na sílica gel, corrigido para as condições padrões, m3. Vf = volume final do líquido no condensador, ml. Vi = volume inicial do líquido no condensador, ml. Wf = peso final do tubo de sílica gel, 9. Wi = peso inicial do tubo de sílica gel, 9. p W = densidade da água, 1 g/ml. 4. MÉTODO APROXIMADO O método aproximado deve ser utilizado somente com a aprovação da FEEMA. 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 mmhg.
6 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 Após coleta,da amostra, combinar o conteúdo dos dois borbulhadores e medir o volume com aproximação de 0,5 ml. 4.3 CÁLCULOS Os cálculos apresentados são para simples estimativa do teor de umidade do gás da chaminé Volume de vapor d'água coletado: FIGURA 5 - DADOS PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE onde: K = 0,00134 m3/ml para o sistema métrico Volume de Gás.
7 onde: K = 0,3855º K/mm Hg para o sistema métrico Teor aproximado de umidade Simbologia BWm = 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, mmhg. R = Constante Universal dos gases: 0,06236 (mmhg) (m3)/(g-mol) (ºK) para o sistema métrico. T = Temperatura absoluta no medidor, ºK
8 Tstd = Temperatura padrão absoluta, 293 ºK. Vf = Volume final do líquido nos borbulhadores, ml. Vi = Volume inicial do líquido nos borbulhadores, ml. V = volume de gás seco medido no medidor de gás seco, m3. Vstd = volume de gás seco, medido no medidor de gás seco, corrigido para as condições padrões, m3. Vwcstd = volume de vapor d água coletado nos borbulhadores, corrigido para as condições padrões, m3. p 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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