Descripción Método Isocinético: Anexo 9
Descripción Método Isocinético: Anexo 9
Descripción Método Isocinético: Anexo 9
DESCRIPCIÓN MÉTODO
ISOCINÉTICO
ANEXO 9
Tabla de Ilustraciones
Tabla de Tablas
Tabla 1. Elementos constitutivos del método isocinético....................................................... 3
Tabla 2. Pasos para la verificación del tubo pitot S................................................................ 8
Tabla 3. Pasos para la verificación de distancias de la termocupla, boquilla y tubo pitot tipo
S, al cabezal de succión .......................................................................................................... 9
Tabla 4. Número de puntos de travesía sobre el diámetro. .................................................. 14
Tabla 5. Arreglo de la sección transversal para chimeneas rectangulares............................ 14
Tabla 6. Métodos para determinar el contenido de humedad del gas de chimenea. ............ 22
MUESTREO FUENTES
1. ISOCINÉTICO
1.1 OBJETIVO
Establecer los lineamientos necesarios para garantizar la calidad en la toma de muestras y
cálculos de concentración de material particulado en fuentes fijas de emisión (Método EPA).
1.2 APLICABILIDAD
Este método es aplicable para la toma de muestras de material particulado en fuentes fijas de
manera adecuada para la posterior determinación de concentración de PM10 y análisis
químico.
En la Tabla 1 se muestran los elementos necesarios para llevar a cabo el método isocinético.
Tabla 1. Elementos constitutivos del método isocinético.
Juego de Boquillas
1.5 VERIFICACIÓN
11. Verifique que el rango se encuentra dentro de los siguientes valores 0.97 Y< Yc <
1.03 Y
12. Si la verificación Yc se encuentra dentro del rango, continúe con la revisión de los
demás componentes.
13. Si el Yc, se encuentra fuera del rango, solicite realizar los ajustes necesarios.
14. Si se llevó a cabo el numeral 13, solicite se realicen los pasos del 1 al 12.
15. Si se encuentra fuera del rango del numeral 12, por tres ocasiones, realice calibración
empleado los orificios críticos.
16. Verifique Y empleando un orificio crítico. El valor obtenido para Y debe estar en el
rango 1,00 +/- 0.2. Si Y no ingresa en el rango, haga los ajustes necesarios y repita
para ese orificio crítico. Verifique con los demás orificios críticos.
17. Si el equipo cumple las especificaciones de calibración en todos los puntos, tome los
valores obtenidos y continúe con el muestreo.
18. Si el equipo no cumple las especificaciones de calibración en todos los puntos, se
suspende el muestreo.
Caja fria
En la Figura 2 se observan paso a paso como se debe realizar el procedimiento de verificación
de la vidriería de la caja fría.
Figura 2. Diagrama para el proceso de verificación de la caja fría.
Sonda
En la Figura 4 se observan paso a paso como se debe realizar el procedimiento de verificación
de la sonda.
Figura 4. Diagrama para la verificación de la sonda.
1. Distancias del tubo pitot tipo “s” al sensor de 1. Distancia de la entrada del pitot tipo”S” al
temperatura de chimenea Z ≥ 1.90cm (3/4 sensor de temperatura de chimenea W≥ 5.08
pulgadas). cm (2 pulgadas).
2. Distancia de la entrada del pitot tipo”s” al
sensor de temperatura de chimenea W ≥ 7.62 cm
(3 pulgadas).
1.6 PROCEDIMIENTO
1.6.1.1 PRINCIPIO
Para obtener una medición representativa de las emisiones de contaminantes y/o los caudales
de una fuente estacionaria, se selecciona un sitio de medición en la chimenea en donde la
corriente fluye en una dirección conocida. Se divide la sección trasversal de la chimenea en
un número de áreas iguales y se localiza un punto de travesía dentro de cada una de estas
áreas iguales.
1.6.1.2 APLICABILIDAD
Este método es aplicable para corrientes de gas que fluyen en ductos y chimeneas. El método
no puede ser usado cuando (Londoño, 2006):
Para ductos rectangulares se usa el término diámetro equivalente, el cual se define así:
Ecuación 2. Diámetro equivalente.
2𝐿𝑊
𝐷𝑒 =
(𝐿 + 𝑊)
En la cual L y W son las dimensiones (largo y ancho) de la sección transversal de la chimenea.
Las plataformas se colocan alrededor del sitio de medición. Para chimeneas circulares, se
debe localizar el sitio de muestreo por lo menos a dos diámetros de chimenea o ducto
corriente abajo y por lo menos a medio diámetro corriente arriba después de una perturbación.
Para ductos rectangulares se divide el ducto en áreas iguales (mínimo 9) y se muestrea en los
puntos medios de dichas áreas como se muestra en la Ilustración 7. Para ductos rectangulares se recomienda construir la
plataforma según las normas de montaje ya establecidas. El total de puntos a muestrear se determina a través de la
Ilustración 5.
Para usar la
Ilustración 5, se debe calcular la distancia (en números de diámetros de chimenea) antes y
después de la perturbación más cercana al punto de medición. Para eso, se debe determinar
la distancia desde el lugar de medición hasta las perturbaciones corriente arriba y corriente
abajo más cercanas, y dividir cada distancia por el diámetro de la chimenea o diámetro
equivalente para determinar la distancia en términos de número de diámetros. Las
perturbaciones pueden ser cualquier tipo de curvas, expansiones, contracciones, entradas, etc.
Ilustración 6).
Para chimeneas rectangulares, se debe dividir la sección transversal en tantas áreas
rectangulares como puntos de muestreo, con el propósito de obtener el arreglo de las matrices
de la Tabla 5. La relación entre la longitud y el ancho de cada área elemental debe estar entre
uno y dos.
Tabla 4. Número de puntos de travesía sobre el diámetro.
Nota: Los puntos de muestreo no podrán estar localizados a una distancia inferior de 1.3 cm. de la pared de
la chimenea para chimeneas con diámetros menores o iguales a 0.61 m, y a una distancia de 2.5 cm. para
chimeneas con diámetros mayores de 0.61 m. Ajustar la ubicación del primero y último punto según este
criterio.
Ilustración 7. Sección transversal de una chimenea rectangular dividida en 12 áreas iguales con puntos de muestreo centrado en
cada área.
1.6.2.1 PRINCIPIO
La velocidad y el caudal del gas en la chimenea se determinan a través de la densidad del gas
y de la medición de la presión de velocidad promedio (presión dinámica) con un tubo pitot
tipo “S”.
El tubo pitot estándar puede usarse en lugar de uno tipo “S”, sin embargo, como los orificios
de presión estática y absoluta del tubo pitot estándar son susceptibles a obstruirse por las
partículas presentes en la corriente gaseosa; siempre que se utilice un tubo pitot estándar para
realizar una travesía, se debe inspeccionar el tubo pitot para asegurarse que los orificios no
se han tapado durante la medición de la siguiente manera:
Figura 6. . Diagrama de flujo de limpieza de orificios de presión estática y absoluta del tubo pitot estándar.
En la Ilustración 8, muestra dos tipos de tubo pitot: (a) tubo pitot en “S” y (b) tubo pitot
estándar. El primero se utiliza generalmente para las mediciones de campo en chimeneas con
diámetro mayor de 0.3 m, mientras el segundo se utiliza para la calibración de los tubo pitot
en “S” o para las mediciones de campo en chimeneas con diámetro menor de 0.3 m.
1.6.2.2 APLICABILIDAD
Este método es aplicable para medir la velocidad promedio de una corriente de gas y para
cuantificar el caudal de gas. La Ilustración 9 muestra en forma esquemática como se miden
las presiones estática, absoluta y de velocidad (dinámica). Las presiones deben permanecer
estables por lo menos 15 segundos antes de registrarlas.
Ilustración 9. Medición de las presiones absoluta (Ps), estática (Pe) y la de velocidad (ΔP).
Fuente: (Londoño, 2006)
∆𝑃 𝑇𝑠
𝑉𝑠 = 𝐾𝑝𝐶𝑝√
𝑃𝑠 𝑀𝑠
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.
∆𝑃 = 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.
Para determinar la masa molar del gas en la chimenea se requiere de los métodos 3 y 4
(Londoño, 2006).
1.6.3.1 PRINCIPIO
Una muestra de gas se extrae de la chimenea. Se analiza en la muestra de gas los porcentajes
de dióxido de carbono (CO2), oxígeno (O2) y monóxido de carbono (CO). Si se requiere la
determinación de la masa molar seca y el aire en exceso se debe usar para el análisis un
analizador Orsat o un analizador específico (IDEAM, 2011).
1.6.3.2 APLICABILIDAD
Este método es aplicable para determinar las concentraciones de CO, CO2 y O2, aire en
exceso y la masa molar seca de la muestra de una corriente de gas de un proceso de
combustión de un combustible fósil. El método puede también aplicarse a otros procesos en
los cuales se ha determinado que otros compuestos diferentes a CO2, O2, CO, y nitrógeno
(N2) no están presentes en concentraciones suficientes para afectar los resultados.
La Ilustración 10 muestra un aparato Orsat para el análisis de los gases de combustión. Las
partes esenciales son una bureta para medir el volumen de los gases y varios burbujeadores
conectados entre sí a través de una tubería común. Cada burbujeador contiene una solución
absorbente y puede aislarse para que el gas, con un volumen determinado, pase a través de
ellos. Cada solución absorbe un determinado componente, de manera que, si se mide el
volumen antes y después de pasar por cada solución, la diferencia representará el volumen
absorbido por ella, que corresponde al componente que la solución en cuestión es capaz de
absorber (Londoño, 2006).
Ilustración 10. Aparato Orsat para analizar gases de combustión.
El gas se introduce o se extrae del aparato, subiendo o bajando la botella niveladora, que
contiene agua. La bureta se llena con los gases de combustión y su volumen se determina
cuidadosamente. Luego, se pasa el gas al recipiente que contiene una solución concentrada
de hidróxido de potasio que absorbe el dióxido de carbono (CO2); el gas remanente se regresa
a la bureta medidora y se determina el volumen; la diferencia con el volumen original
representa el dióxido de carbono absorbido.
Ecuación 10. Porcentaje de CO2 absorbido.
(𝑉1 − 𝑉2)
%𝐶𝑂2 = 100
𝑉1
De modo similar, se va haciendo pasar el resto por el burbujeador que contiene una solución
alcalina de pirogalol que absorbe oxígeno (O2).
Ecuación 11. Porcentaje de O2 absorbido.
(𝑉2 − 𝑉3)
%𝑂2 = 100
𝑉1
Después se hace pasar por el burbujeador que contiene una solución ácida de cloruro cuproso
para absorber el monóxido de carbono (CO).
Ecuación 12. Porcentaje de CO absorbido.
(𝑉3 − 𝑉4)
%𝐶𝑂 = 100
𝑉1
El análisis Orsat es en base seca; esto quiere decir que no se tiene en cuenta el vapor de agua
presente en los gases de combustión. Si los gases de combustión contienen dióxido de azufre,
hidrocarburos u otros gases diferentes a CO2, CO, O2 y N2, el análisis Orsat normal no los
determina, y los adiciona al valor del dióxido de nitrógeno (N2). Una vez realizado el análisis
Orsat (análisis de los gases de combustión) se determina la masa molar del gas seco en la
chimenea a partir del porcentaje molar de los gases de combustión.
1.6.4.1 PRINCIPIO
Una muestra de gas es extraída de la fuente a una velocidad constante, la humedad es
removida de la muestra de la corriente y determinada volumétrica o gravimétricamente.
1.6.4.2 APLICABILIDAD
Este método es aplicable para determinar el contenido de humedad del gas de chimenea a
partir de dos métodos (método de referencia y método aproximado).
Tabla 6. Métodos para determinar el contenido de humedad del gas de chimenea.
Tomar una muestra de los gases que circulan en Se utilizan solo dos burbujeadores cada uno con
la chimenea, succionándola con una bomba que 5 mL de agua
los hace pasara través de un filtro y por unos
burbujeadores que están en un baño de hielo,
para condensar la humedad.
Contenido de humedad dado por la ecuación: Contenido de humedad dado por la ecuación:
𝑽𝒘𝒓𝒆𝒇 𝑉𝑤𝑟𝑒𝑓
𝑩𝒘𝒔 = 𝐵𝑤𝑠 = + 𝐵𝑤𝑚
𝑽𝒘𝒓𝒆𝒇 + 𝑽𝒎𝒓𝒆𝒇 𝑉𝑤𝑟𝑒𝑓 + 𝑉𝑚𝑟𝑒𝑓
Para poder dar solución a la ecuación del contenido de humedad se deben tener en cuenta las
siguientes variables:
Para determinar la masa molar del gas en la chimenea es necesario primero determinar la
masa molar del gas seco en la chimenea:
1.6.5.1 PRINCIPIO
El material particulado es succionado isocinéticamente de la fuente y colectado sobre un
filtro de fibra de vidrio que se mantiene a una temperatura de 120 ± 14 °C. El material
particulado, que incluye cualquier material que se condensa a la temperatura de filtración, es
determinada gravimétricamente después de la remoción del agua no combinada.
1.6.5.2 APLICABILIDAD
Este método es aplicable para la determinación de las emisiones de material particulado de
fuentes fijas o estacionarias.
Ilustración 11). De este set, la mejor boquilla es aquella que permite el isocinetismo
(velocidad del gas en la boquilla de muestreo igual a la velocidad del gas en la chimenea) a
un caudal de muestreo aproximadamente igual al caudal de diseño óptimo (0.0212 m3/min).
607.1 𝑄𝑚 𝑃𝑚 𝑇𝑠 𝑀𝑠
𝐷𝑛 = √ √
𝑇𝑚 𝐶𝑝 (1 − 𝐵𝑤𝑠) 𝑃𝑠 ∆𝑃
En la cual:
Dn = Diámetro de la boquilla, mm.
Qm = Caudal a través del medidor de gas seco, normalmente 0.0212 m3/min.
Pm = Presión absoluta en el medidor de gas seco, mm Hg.
Tm = Temperatura promedio en el medidor de gas seco, K.
Cp = Coeficiente del tubo pitot.
Bws = Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa.
Ts = Temperatura promedio del gas en la chimenea, K.
Ms = Masa molar del gas en la chimenea, g/mol.
Ps = Presión absoluta en la chimenea, mm Hg.
ΔP= Presión de velocidad promedio del gas en la chimenea, mm H2O.
2. BIBLIOGRAFIA
Alcaldia Mayor de Bogotá. (2003). PROTOCOLO PARA EL MONITOREO DE
EMISIONES ATMOSFERICAS, 1–22.
Daphia LTDA. (2011). GUÍA AUDITORIAS EN CAMPO Y ESTUDIOS DE
EVALUACIÓN DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS EN FUENTES FIJAS, 1–24.
IDEAM. (2011). MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN DE EMISIONES
CONTAMINANTES EN FUENTES FIJAS, (1).
Londoño, C. A. E. (2006). DETERMINACIÓN DE LA EMISIÓN DE MATERIAL
PARTICULADO EN FUENTES FIJAS.
Morales, W. D. (2010). Muestreo de Material Particulado Total – USEPA 5.