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sexta-feira, 8 de agosto de 2014

Medição online da qualidade da agua e dos efluentes líquidos

Medição online da qualidade da água e dos efluentes líquidos.
Nesta publicação abordamos as tecnologias de medição online atualmente  em uso, utilizadas na monitoração das variáveis mais importantes das estações de tratamento de água e efluentes residuais. O enfoque principal é dado para analise de líquidos, especialmente água potável, água bruta e efluentes. 
Destacando a maneira como devemos nos preocupar com a fase de pré-condicionamento da amostra de modo a que os sensores possam nos fornecer informações “online” sobre o bio-processo em andamento nas estações de tratamento de água e efluentes líquidos de forma precisa.

Foi possivel classificar os analisadores de liquido em três tipos de aplicações;

 1) Monitoração (auxilio ao operador).

 2) Sistemas de controle automáticos.

 3) Ferramenta para auditoria / otimização / modelagem.

    Igualmente, podemos classificar os sensores de medição em dois tipos básicos:

a) Sensores de manutenção simples e de baixo custo para monitoramento e controle.

b) Sensores complexos de manutenção avançada e que exigem atenção especial e que são usados em auditoria , calibração, otimização e modelagem.

Quanto ao tipo de analisadores não abordamos neste artigo os analisadores mais usuais tais como; pH, Condutividade, ORP,Redox, que são analisadores de tecnologia conhecida e se surgir alguma dúvida, a respeito destes analisadores, favor consultar outros artigos publicados neste blog aonde os mesmos já foram analisados com bastante detalhe.

Ponto de amostragem/ coleta da amostra até o analisador

A implementação bem sucedida de analisadores de wet- químicos nas estratégias de controle de processo não pode ter obtida se não for projetado de forma apropriada o desenvolvimento de um sistema de automático integrado a sistemas de pré-condicionamento de amostras.

Sistemas de pré-tratamento de águas residuais mais difíceis como em córregos, matrizes complexas ou que tenham componentes químicos agressivos envolvem muita atenção e uma solução técnica diferenciada e que seja viável tanto do ponto ecomico como de pós-partida.. 

É preciso estudar uma solução para cada desafio durante a fase de pré-condicionamento. • Filtração : partículas em suspensão de 0,04 mm até 2 mm • Diluição : para g / l faixas de medição. • Deposição: para teor de sólidos muito altas ou líquidos saturadas, requer o estudo de uma lógica por trás do pré-condicionamento da amostra.

A composição das águas residuais depende muito do tipo de processo e as imagens mostradas na fig.1 são exemplos do que podemos nos deparar com a agua residual; Faça uma verificação visual da amostra, colete uma amostra da água a ser analisada porque pode nos dar informações importantes sobre o conteúdo de partículas sólidas em suspensão, turbidez , espuma, gás / ar, etc.

Além disso, a composição de águas residuais fornece informações sobre a presença de ácido, cáusticos, carbonatos , sais , polímeros , óleo mineral, óleo livre , metais etc.

Análise de laboratório, tais como TSS , DBO e DQO , se a relação DQO / DBO é muito elevado ( > 6 ), então sabemos que a amostra é muito difícil de oxidar.
Não deixe de ouvir a experiência das equipes de manutenção, operadores da planta, porque eles podem contribuir para a identificação de efeitos desagradáveis da águas residual a ser analisada.
Avalie quais os materiais que são atacados e qual o tipo de material das bombas e válvulas são capazes de suportar as características físico-química das águas residuais.
Deve ser evitado a presença de bolhas de ar no sistema de pré-tratamento da amostra porque pode afetar a medição dos analisadores, sejam com sensores elétricos ou óticos.
Normalmente, se instala um dispositivo para remoção online das bolhas de ar. Utilize sistemas de condicionamento de amostras o menos complexo possível . Projete com cuidado e atenção. Selecione, se possível, analisadores que podem operar sem - ou com menos componentes possíveis no pré- condicionamento de amostras.

Selecione e aplique materiais que não provoquem entupimento com facilidade. A primeira preferência sempre recai para os analisadores que não precisam de filtração da amostra ou pré-condicionamento da amostra .

Alguns analisadores podem processar partículas grandes, desde que sejam não abrasivas, por exemplo, TOC com oxidação de ozônio . Alguns usuários exigem resultados do analisador que sejam estáveis e não apresentem picos grandes devido a passagem de material particulado como por exemplo, uma grande partícula.

Muitos analisadores do tipo "online"  necessitam de dispositivos de filtração porque as partículas solidas podem obstruir as partes molhadas do analisador, causando intervenções frequentes causando uma série de problemas e aumentando o número de intervenções para realização das manutenções corretivas.

Portanto o sistema de filtração da amostra na fase de pré-tratamento da amostra deve ser projetado com muita atenção. É preferível usar técnicas de separação anti-isocinéticos ou gravimétrica para separar partículas com alta massa e tamanho, faça uso do fast loop com uma velocidade de pelo menos
1 m / s, em todas as partes molhadas!

A preferência deve recair para os analisadores online que possam manipular partículas; use uma amostra que possa ser constantemente atualizada via fast loop,  depois filtrar as partículas desse fluxo menor.

Se necessário, utilize sistemas de filtragem com “auto limpeza” ou limpeza “ultra-sônica” . Uma boa técnica de extração da amostra é importante para o sucesso da solução analítica. Dependendo da aplicação/ propósito da medição devemos observar com atenção o local de extração e a técnica a ser aplicada.

Os itens mais importantes que devemos considerar são;

a) Quais os tipos de componentes estão presentes na água? 
b) Partículas de não-orgânicos como sedimentos, partículas com um teor de matéria orgânica (POC) livre de oléo,  
espuma, ar / gases, hidrocarbonetos, carbonatos , sais, etc.

c) Qual a pressão e a temperatura do processo?
    Atenção especial deve ser adotada para aplicações de vapor e água quente para se certificar 
    de que a operação segura é garantida ;

d) O que nós pretendemos analisar de forma online?

e) Queremos analisar TOC ( incluindo o teor de matéria orgânica em partículas ) ou NPOC 
    (sem carbono orgânico particulado ) 

f) Pretendemos analisar óleo mineral solúvel excluindo / incluindo o óleo livre ?

g) Será que precisamos extrair a amostra sem a espuma e / ou ar / gases ?

Lembrando que faz uma grande diferença coletar a amostra de um fluxo turbulento ou a partir de um fluxo laminar. Às vezes, nós introduzimos uma grande bomba de extração da amostra com feedback para criar um fluxo turbulento.

Em outros casos, devemos extrair a amostra de um ponto abaixo da superfície da água para eliminar o óleo livre concentrado na superfície. Avalie se a posição da sonda de amostragem esta corretamente instalada? Por exemplo, não extrair amostras a partir de ponto da tubulação do processo que esteja montado na parte inferior mais baixa.

As partículas que se movem através da parte inferior do tubo vai se depositar na linha de amostra causando problemas de obstrução, entupimento e enviando interferentes para o sistema de condicionamento da amostra.

Destacando que em muitas aplicações o pré-condicionamento não se restringe simplesmente a fase de filtração da amostra, mas envolve várias técnicas para pré-condicionar uma amostra.

Ressaltando a importância na preparação adequada da amostra. Lembrando que as  melhores técnicas de medição não podem corrigir problemas que foram gerados durante a fase de  pré-tratamento da amostra.

Linha de Transporte da Amostra

As linhas de transporte da amostra  têm a desvantagem de sofrem o risco  de serem obstruídas  com o tempo de uso, resultando no bloqueio dos tubos.

As regras gerais para superar o problema descrito acima são:

    a) Quando possível tentar manter a distância entre analisador e o ponto de amostragem o mais curto possível ;

    b)  Considere que o tempo de resposta do sistema de aanalise online  fica mais longo quando as linhas de transporte são longas.

   c)   Crie  pressão e torne o fluxo da linha de amostragem  turbulento,  para que seja possível auxiliar a lavar as linhas de amostragem.  Se a pressão do processo não é alta o suficiente e / ou não pode ser garantida, faça uso de bombas de amostragem.

d)   Todas as peças molhadas devem ser polidas internamente e feitos de materiais que sejam  menos sensíveis a aderência de produto nas partes internas das paredes. O plástico do tipo  PVC e PE,  são por vezes mais preferível que o tubo de aço inoxidável.

e)    Projete a linha de transporte com menor quantidade possível de curvas que possam vir a  causar, bolsões, ponto morto e obstruções.

f)        Desenvolva um dispositivo para manter de forma continua a lavagem da linha.

g)     Calcular e utilizar um diâmetro interno mais correto possível.

h)     Se possível, use inclinação para baixo e auto-esvaziamento.

i)       Isole e ou instale traço de aquecimento elétrico, se existir a possibilidade de congelamento.

j)      Para aplicações aonde existe condensado de retorno de água de alimentação de caldeiras sempre fazer uso de tubos sem costura, de aço inox de 4 ou 6 mm de diâmetro e manter o comprimento mais curto possível. O comprimento e diâmetro do tubo podem afetar a velocidade do fluido na parte interna do tubo gerando  os fenômenos de adsorção e de memória .
Manutenção reduzida

Todos os sistemas de pré-condicionamento devem ser projetados para operarem de forma  totalmente automática  não requerendo a intervenção humana constante. Basicamente em  todos os sistemas devem ser incorporados uma ação de blow-back utilizando ar de instrumento ou água limpa sem resíduos em suspensão para executarem o "ciclo de limpeza". Não se esqueçam que neste tipo de aplicação se encontra fácilmente material sólido, graxa, oleo,etc. Este princípio fundamental de design do sistema de pré-tratamento da amostra não se limita a permitir amostragem sem problemas, deve contribuir para uma redução no nível de manutenção, envolvendo o projeto e a escolha dos materiais de modo a tornar o pré-tratamento da amostra o mais próximo do ideal e que possa ser utilizado em muitas aplicações.

Amostragem personalizada e painéis pré-condicionamento

É preciso conhecer como manusear não só o pré-tratamento de líquidos, mas também  a presença de pastas, pós, gases e areia. Portanto devemos ser capazes de reprojetar  os sistemas convencionais existentes, ou projetar um novo painel de pré-condicionamento único que atenda as especificações que o processo venha a exigir.

O projeto do sistema de pré-tratamento da amostra deve ser planejado de acordo com os processos típicos das unidades  de tratamento biológico;
     
     a)   anaeróbico digestão
     
     b)  lodo ativado    
     
     c)   remoção de nutrientes e sedimentação.

Chama-se atenção a uma série de problemas associados como deposito de incrustação (sujeira) devido a aplicação em processo de tratamento de águas residuais.
O uso de auto-calibração, sistemas de limpeza e o mais importante como coletar amostra confiável que possa ser analisada de forma online reduz dastricamente os problemas que podem surgir dependendo da aplicabilidade dos diferentes tipos de sensores.
Podemos de forma geral dividir as estratégias de monitoramento e controle de estações de tratamento de águas residuais em 4 (quatro blocos) principais, conforme descrito a seguir:      

      1)   Visão do processo, resumida em um modelo de processo adequado.     
     
      2)   Sensores que fornecem dados on-line
     
      3)    Estratégias de monitoramento e controle adequado
  
      4)   Atuadores (elementos finais de controle; válvulas de controle, inversores de frequência, que 
           implementam a saída do controlador.

Embora a própria cadeia tenha se fortalecido consideravelmente nas últimas décadas, com avanços significativos na teoria de controle e com a capacidade  de evolução do próprio sensor.

As exigências atuais sobre a qualidade da água tem evoluído e se tornado cada vez mais rigorosa, exigindo sistemas de tratamento mais avançados capazes de cumprir com as normas não somente para a redução do carbono orgânico, mas também para os níveis de nitrogênio e fósforo.

Sistemas de tratamento, cada vez mais complexo devem ser desenvolvidos para produção cada vez maior da qualidade da água e dos efluentes.

A seguir fazemos uma abordagem sobre os vários tipos analisadores e seus princípios de medição e também a fase do processo que os mesmos estão envolvidos;

a)     Analisador de TOC
b)     Analisador de Sulfeto – H2S
c)      Analisador por Titulação Online
d)     Analisador de Turbidez
e)     Analisador Cloro
f)      Analisador de Fluor
g)     Analisador de Cor da Agua
h)     Analisador de NH3

Analisador de TOC

O princípio central de uma medição de TOC é converter carbono orgânico em CO2 e medir este produto na fase de gás envolvente, tipicamente com um analisador de gás de saída de infra vermelho.  Existem dois princípios para que a conversão dióxido de carbono:

No primeiro , a temperatura é elevada (650-800 º C) e a conversão catalítica é aplicada, enquanto que no outro método, persulfato é adicionado à amostra, onde a luz ultra violeta promove a oxidação da matéria orgânica no moderada temperaturas . Ambos os métodos têm desvantagens. Para os ex- sais método pode produzir um derretimento no catalítica superfície inibindo seu funcionamento adequado. Para o método de persulfato, oxidação incompleta pode ocorrer quando o pH da amostra é demasiado baixo ou quando a turbidez da amostra diminui a penetração da luz UV. Cristais persulfato de potássio pode praga operação e cuidados devem ser tomados para remover umidade da corrente de gás antes da introdução no analisador de gás. Para ambos os tipos de matéria particulada é para ser evitado porque o tempo de retenção na câmara de reação é insuficiente para a combustão completa . Além disso, entupimento pode ser um problema. Pré-filtragem das amostras se torna  portanto, essencial para o funcionamento adequado.
Alguns inconvenientes inerentes ao método são que o carbono inorgânico presente na amostra tem de ser removido primeiro, potencialmente resultando na perda de voláteis orgânicos. Além disso, medir o carbono orgânico (um importante variável para caracterizar a carga), mas nenhuma informação é obtida com respeito ao estado de oxidação do de carbono  o que é importante para a demanda de oxigênio que representa. Além disso, não existem dados sobre a bio degradabilidade da água residual é dada , de igual modo para a medição COD.
No entanto , se a composição do esgoto é bastante constante , pode-se calibrar para estes efeitos. Uma vez que o método é rápido ( 5-10 min tempo de resposta) e de confiança se as amostras com pouco sal e livre de partículas são fornecidos, TOC pode ser defendida como um bom parâmetro de monitoramento, especialmente para a qualidade do efluente onde outros métodos não são suficientemente sensíveis .
A percepção comum é que os sensores representam o elo mais fraco para a implementação de controle de processo on-line de estações de tratamento de águas residuais, no entanto, o desempenho e a confiabilidade de muitos sensores on-line como por exemplo (sensores de nutrientes, respirômetros) evoluíram e melhoraram notavelmente durante a última década e podem ser  utilizados  em muitas estratégias.
Ao tentar classificar os vários tipos de sensores disponíveis na indústria, três sistemas de classificação são mencionados neste artigo. A primeira classificação baseia-se na aplicação funcional dos sensores como mencionado acima, os sensores são utilizados em sistemas de controle automático, mas, muitas vezes, eles são usados ​​(apenas) para fins de monitoração, ou seja, prestação de informações aos operadores sobre o estado geral da planta que possa lhes servir de suporte no dia-dia da operação e não fazem parte de estratégias de controle.

Analisador de Sulfeto – H2S

Dependendo da fonte (captação) da água, pode vir a ocorrer um aumento  significativo do nível  de “sulfureto total".  Lembando que o  H2S tem efeitos nocivos para a saúde quando esta presente a níveis acima de 20 mg/L,  exalando um odor desagradável, mesmo quando esta a níveis de ppb, se tornando altamente indesejável ​a sua presença ​na água potável. O pessoal responsável pelas estações de tratamento de água usam métodos, como injeção de ar e cloro para remover o H2S e assim atender aos padrões de qualidade, mas um método de monitoramento do sulfeto total na água limpa é necessário para otimizar o uso de cloro e verificar a segurança da água .
Em uma estação de tratamento de água e efluentes que seja parte de uma refinaria, o H2S deve ser removido da água ácida, o conteúdo de sulfureto, antes de ser reciclado ou lançado para o ambiente. Este processo de limpeza conhecido como "stripper" porque são injetados (vapor ou ar) através da água ácida para remover o H2S e o NH3  da água.
Para se verificar a eficiência deste processo de remoção se executa a análise on-line para monitorar se a água esta livre da presença do H2S .
Água ácida é frequentemente muito opaca para transmitir um sinal de luz, exigindo, portanto, o sistema de amostragem headspace para retirar o analito produto químico do líquido e para isto é feito uma amostra de fase gasosa. Na fig.5, podemos observar um sistema de pré-tratamento da amostra aplicado a analise de H2S. 

Analisador por Titulação

A titulação envolve a determinação do analito (s) de interesse pela adição de volumes conhecidos com precisão de titulação padronizado em uma  amostra.

Os analisadores disponíveis atualmente, são o verdadeiro estado dos sistemas de titulação e são equipados com um dispensador de precisão e outros componentes de qualidade. O funcionamento analisador deste tipo de analisador on-line,  fornece aos usuários as seguintes vantagens:

Programação da seqüência de análise de acordo com suas necessidades
Sequência de lavagem e limpeza automática após cada novo ciclo de análise
Limita a carga dos eléctrodos
Reduz o consumo de reagente

Ácido-base, redox ou precipitação titulação são normalmente utilizados na configuração potenciométrica, onde o ponto final é determinado pela utilização de um par de eléctrodos ou um eléctrodo de combinação, ou seja, o indicador e o eletrodo de referência. Os eléctrodos para este tipo de titulação são escolhidos que uma mudança no potencial da titulação solução é detectado de forma ótima. 

Na configuração do analisador colorimétrico a mudança de cor é utilizada para determinar o ponto final da titulação. A mudança de cor é medida com precisão por um fotômetro compacto.O filtro óptico de banda estreita elimina qualquer interferência de luz ambiente.

Este tipo de Titulador Online normalmente é suportado por um CLP (Controlador Lógico Programável) que opera de forma  automatizada. 
A validação automática pode ser realizada com uma solução padrão com uma concentração conhecida, a fim de verificar o programa de  análise e a propria funcionalidade do analisador, faz parte o ciclo de limpeza automática das linhas de amostra e do vaso, eliminando a possível contaminação na fase de análise.
A seqüência e o intervalo de validação e de limpeza, bem como o ciclo de análise são utilizados programável.

Analisador de Turbidez

Turbidimetro (sendo o nome derivado de turbidez) é o processo de medição da perda de intensidade de luz transmitida, devido ao efeito de dispersão de partículas em suspensão em uma amostra de água ou efluente liquido. A luz transmitida passa por meio de um filtro que cria  uma luz de comprimento de onda conhecido, que é então transmitido através de uma reservatório contendo uma solução. Uma célula foto eléctrica capta  a luz que passa através da cubeta. Como resultado temos uma medição é conhecida  pela quantidade de luz absorvida. A turbidez pode ser interpretada como uma medida da transparência relativa da água. A água turva não é uma medida direta de partículas em suspensão na água, mas, em vez disso, uma medida do efeito de dispersão dessas partículas tem na luz.
Hoje em dia, existem muitos métodos para a determinação de contaminantes da água, a turbidez ainda é importante uma vez que é um indicador simples e inegável de alteração da qualidade da água. A mudança brusca na turbidez pode indicar uma fonte de poluição adicional (biológica, orgânico ou inorgânico) ou pode sinalizar um problema no processo de tratamento de água.

O turbidimetro  é um analisador utilizado para se determinar  o número de células presentes em uma solução. O método utilizado é conhecido como Nefelométrico e a resolução é de 0,01mg/L em toda a faixa de medição que vai de 0,001 a 1000 NTU/FNU.
Os custos com o tratamento de águas residuais pode ser reduzido se a tubulação for protegida contra corrosão devido ao aumento de sulfeto de carga e se o injeção de cloro ( para quebrar H2S) for otimizada. Uma vez que o pH da água determina a quantidade presente de H2S dissociado em íons, a medida adicional dos íons vai proporcionar uma leitura muito mais precisa do sulfureto arrastado na água.
Na análise de águas residuais, a medição de H2S e seus íons fornecem uma imagem muito mais precisa do sulfeto.
É prática normal  instalar medição  de pH em uma estação de tratamento. A Imersão dessas sondas em lodo "pegajoso" tem incentivado o desenvolvimento de diferentes estratégias de limpeza : hidráulicas ( água spray) , mecânica ( escova ), químico ( lavagem com agente de limpeza ) ou limpeza ultra-sônica .
Com estas técnicas períodos mais longos sem manutenção podem ser alcançado. Existem evidencias que a limpeza automática pobre ou não pode causar problemas. Auto- diagnóstico é integrado aos sistemas mais  avançados. Nas mais simples implementações, sensores são duplicados e as suas leituras comparadas. Mais sofisticados set-up incluem controles automáticos da impedância do diafragma e do eletrodo de vidro , enquanto os testes realizados durante a calibração ( automático) podem apontar para outras deficiências do sensor .
Embora o pH seja uma variável importante em todos os processos biológicos, o seu valor é especialmente crítico no digestão anaeróbia e na nitrificação, onde importantes quantidades de prótons são liberados, o que leva à acidificação e falha no processo . Por isso, a sua medição e controlo são importantes. No entanto , no caso de efluentes com alta capacidade de tamponamento, medições de pH pode ser bastante insensível a processo indicam mudanças e não são, portanto, aconselhável para supervisão e controle de processos . Nesses casos, eles podem ser substituídos com os sistemas de medição de bicarbonato.

Biomassa / Sólidos Suspensos

Provavelmente, a variável mais importante nos processos de tratamento de águas residuais é a concentração de sólidos em suspensão (SS) . Três princípios de medição têm encontrado aplicação : medição óptica , ultra-som e dielétrico espectrometria .
Dispersão da luz incidente e absorção por partículas em suspensão tem sido uma biomassa off-line tradicional método de estimação. Com o advento de detectores fotos sensíveis , sensores foram desenvolvido capaz de automatizar a medição de efeitos ópticos em uma amostra iluminada. Embora seja impossível fazer uma ( a priori ) cálculo direto da concentração de peso seco de qualquer "densidade óptica" medição, os sistemas podem fornecer estimativas razoáveis ​​fornecidas calibração periódica é realizada. Diferentes princípios foram levados à prática. Fig . 1 ilustra os diferentes fenômenos que ocorrem quando uma amostra com (lodo ) partículas é iluminado . Parte da luz é absorvida , uma outra parte é deixada a passar a amostra ( transmissão ) , e , finalmente , de dispersão de luz em todas as direções ocorre . Dispersão não é homogênea com o Ângulo de visão: a frente de dispersão é a mais pronunciada , enquanto backscattering é o menos eficaz. O espalhamento sobre 90 º dá intensidades de luz entre os dois extremos , a sua medição é também conhecido como nefelo metria .
A maioria dos sensores disponíveis comercialmente usam uma fonte que emite luz no inferior visível ou near infrared, que tem a vantagem de que a maior parte dos meios de comunicação têm uma absorvência baixa nesta gama. Os erros de medição são normalmente 5-10 % , que é da mesma ordem de grandeza que o medição de peso seco padrão.
Problemas que precisam de atenção são os seguintes; bolhas de ar podem causar interferência com o sinal óptico e com isto resultar em erro. Interferências de bolha de ar e agitação pode ser reduzida fazendo passar  amostra fluir por meio de uma câmara de medição interna, onde a amostra é desgaseificada e pela filtragem dos dados espetado induzida por bolha,  o problema de incrustação , diferentes soluções estão disponíveis.
A localização dos monitores de turbidez em uma região altamente turbulento e sensores equipados com limpeza automática dispositivos , por exemplo, limpadores ou pistões, podem reduzir as intervenções para correção de problemas.
As concentrações de biomassa também pode ser determinada a partir da diferença entre a velocidade de ultra-sons soar na suspensão e na micro - organismo sem solução. No entanto, a necessidade de um livre-micro organismo referência requer ou a retirada da amostra ou medição in situ do sinal de fundo.
Devido à natureza vibratória o dispositivo , que é, em princípio, auto-limpeza . Os problemas com este método incluem a interferência das bolhas de ar e flutuações de temperatura .

Analisador de Gases  (H2 , CH4 , CO2 e H2S)

Embora uma medição do fluxo de biogás mostrará uma indicação da atividade global do reator e  frequentemente utilizado como tal , as técnicas mais específicos foram desenvolvidos para permitir a monitoração da composição do gás. Um método em escala laboratorial típico consiste de uma combinação de medições de fluxo em um set-up, onde um ou mais dos componentes está preso em uma garrafa de lavagem . A relação dos fluxos, antes e depois de a garrafa está representativa da composição do gás.
Analisadores de gases mais específicos monitoram o conteúdo de um componente diretamente. Tipicamente, uma absorção medição pela absorção do infra vermelho é usada para determinar o dióxido de carbono e metano , enquanto que os analisadores de hidrogênio específicas foram desenvolvido com base em células electro químicas armadilha H2S antes da entrada do biogás para o monitor de hidrogênio. Medição sulfureto de hidrogênio no gás fase pode ser realizada por monitoração da reação de sulfureto com uma fita de chumbo . Posteriormente, o PbS preto que é produzido é quantificada pelo método colorimétrico automático .

Alcalinidade / Titrimeter

O incentivo para medir o dióxido de carbono dissolvido e teor de bicarbonato  se origina o licor misto que é um desequilíbrio de digestores anaeróbios ( devido ao acúmulo de ácidos graxos voláteis ), não pode ser facilmente ser detectado com base em medições de pH , especialmente quando a alcalinidade do licor misto for  alta. Com efeito , em tais sistemas , a alcalinidade devem ser destruídos em grande medida antes pH cai significativamente . Uma vez que a alcalinidade é devido , principalmente, ao tampão de bicarbonato , tem sido proposto uma vez que o sessenta início que a sua medição podem ser utilizados em estratégias de controle de digestores anaeróbicos ( McCarty , 1964 ) .
No entanto, apenas na década anterior monitores bicarbonato automatizados foram desenvolvidos e aplicados em prática ( Di Pinto et al , 1990; . . Hawkes et al , 1993; . Guwy et al, 1994 , Bouvier et al , 2002. ) .
Dois princípios básicos foram utilizados para avaliar a alcalinidade de bicarbonato . Primeiro , titrimetria pode ser aplicado . consiste de titulação da amostra até um pH de 5,1 , em uma primeira etapa , seguida de uma nova titulação até um pH de 3,5 . este titulação de duas fases permite determinar o teor de bicarbonato com uma correção para os ácidos graxos voláteis presente ( Anderson e Yang , 1992a , Kapp , 1992). No entanto , as interferências com outros fraco ácido / base orgânica pares não podem ser excluídos . Como uma alternativa , titulação e métodos de titulação de retorno ter sido proposto ( Powell e Archer , 1989) . Tais set-ups são menos propensas a essas interferências desde a titulação de retorno fornece uma CO2-em branco livre . Um sensor avançado on-line de titulação foi desenvolvido para o monitoramento simultâneo de diferentes Os compostos de interesse - tal como amoníaco , e bicarbonato de AGV .
Em contraste com os métodos mencionados acima TITULAÇÃO , uma titulação é realizada ao longo de todo intervalo de pH. Em seguida , a capacidade de tampão , ou seja, a quantidade de ácido / base necessária por unidade de mudança do pH , é calculada ( Figura 2 ) . Estes dados são então sujeitos a interpretação com base num modelo , fornecendo estimativas de concentrações dos diferentes compostos de interesse . O tempo de resposta é de aproximadamente 30 minutos e sensibilidade atinge a gama do ppm .
Técnicas mais robustas são baseados em titrimetria . Para eliminar a interferência com o tampão de bicarbonato , tanto titulação de duas etapas ou titulação e titulação de retorno têm sido propostas ( Anderson e Yang , 1992a ) . Ambos os métodos podem fornecer informações acerca do bicarbonato e o conteúdo da amostra de VFA . A proporção destas variáveis ​​dá uma ideia da quantidade relativa da capacidade de memória intermédia , que ainda resta para neutralizar AGV e pode ser utilizado para o controle digestão do lodo anaeróbio ( Rozzi , 1991).Rozzi et al . ( 1997a) usa um biossensor para determinar as concentrações de AGV no licor anaeróbio digerido . Uma amostra de o efluente digerido é misturado com denitrifying microrganismos na presença de excesso de nitrato . A quantidade de AGV é indirectamente medido pelo equivalente de ácido que é necessário para neutralizar a reacção de desnitrificação .

Respirometria

É a medição e a interpretação da taxa de respiração do lodo ativado, e é definido como a quantidade de oxigênio por unidade de volume e tempo em que é consumido pelos microrganismos no lodo ativado . É uma ferramenta frequentemente utilizada para a caracterização de águas residuais e da cinética de lodo ativado. Vários princípios respirométricos  foram desenvolvidos no passado , e pode-se classificá-los em uma quantidade de base princípios de medição de acordo com dois critérios :

1 ) A fase em que o oxigénio é medido ( gás ou líquido )  

2 ) O regime de fluxo de gás e da fase líquida , que pode ser tanto de fluxo ou estático.

A maioria das variáveis ​​medidas não precisa de informações adicionais para ser interpretada , mas este não é o caso da respirometria . Um valor da taxa de respiração ou uma inibição percentual deduzida a partir das medições das taxas de respiração, não pode ser interpretada sem informações adicionais sobre alguns atributos de medição.

De  fato, um respirômetro é um reator em si, onde diferentes componentes são reunidos para realizar o que pode chamado de "In- Sensor - Experiment " e em que as condições experimentais têm, geralmente, uma influência muito grande sobre os resultados das medições . O Grupo de Trabalho IWA descobriu que pelo menos três atributos devem ser especificada para interpretar as medições das taxas de respiração:

( 1 ) origem da biomassa ,
( 2 ) do tipo de substrato 
( 3 ) Tempo

O resultado de uma medição da taxa de respiração é frequentemente convertidos para uma variável que é mais deduzida apropriar-se para interpretar os resultados em um contexto particular. Muitas variáveis ​​deduzidos têm sido propostos. 

Em  uma variedade de variáveis ​​deduzida é apresentada , em conjunto com a taxa ( s ) a partir da qual a respiração variável é deduzida , as outras variáveis ​​de medição utilizados nos cálculos, e os métodos de cálculo têm sido propostos. Nenhuma explicação detalhada dos matemática subjacente será dado aqui , no entanto.

Demanda Biológica de Oxigênio (DBO )

Tradicionalmente , o componente bio degradável de águas residuais é medido pela norma, off-line, o método de demanda bioquímica de oxigênio ( DBO5 ). O DBO 5 é uma medida da quantidade de oxigénio dissolvido necessária para a oxidação bioquímica dos solutos orgânicos em 5 dias a partir do momento em que a amostra de teste é semeado com um sistema microbiano . No entanto , o teste de DBO5 é insuficiente para o monitoramento e controle automatizado por causa da tempo necessário para completar o teste e a dificuldade na obtenção de medições precisas de forma consistente .
Portanto , a medição em linha da carga das águas residuais é baseado no curto prazo de BOD em linha ( BODst ) estimativa.

Dois tipos de métodos BODst on-line são usados ​​atualmente : métodos de respirometria e sondas microbianas .

O método respirométrico usa o lote ou respirômetros contínuas em que o BODst é calculado a partir um respirograma , resultante da adição de uma amostra de água residual ou através do equilíbrio de massa de oxigénio sobre a câmara de respiração . Opiniões sobre o estado da arte da estimativa BODst foram dadas por Spanjers et al. (1993 ) .

Um sensor respirométrica (RODTOX , um líquido de escoamento de gás respirómetro-estática ) é apresentada , que é capaz de monitorando a BODst e toxicidade potencial de águas residuais. 

O RODTOX consiste de, um reator de lote completamente misturado constantemente arejada contendo 10 litros de lamas . a partir de os respirograms obtidos após injeções de um pulso de substratos de calibração e de águas residuais a RODTOX .O Sensor calcula BODst . O sensor tem uma inerentemente grande alcance dinâmico para medições BODst ( 0,01 -500 g BODst/dm3 ) e BODst valores podem ser obtidos a cada 30 minutos. Como uma ilustração dos altamente variações da carga dinâmica que uma planta está sujeita a figura 6 apresenta a evolução BODst em um hospital de águas residuais estação de tratamento em Gent (Bélgica) , medida com tal dispositivo RODTOX .
Nos diferentes set-ups que evoluíram , várias modificações foram feitas para os métodos originais , tendo em vista de sua utilização on-line. A digestão é reduzido ( tipicamente de 0,5 h em vez de 2 h), para melhorar o rendimento da amostra e tempo de resposta . Mudanças mais importantes dizem respeito ao método de digestão aplicada, por exemplo, propõe que não se utilize como bicromato de um agente oxidante , mas usar peróxido de hidrogénio juntamente com luz UV para produzir ozono in situ . Após a oxidação do excedente de oxigênio é monitorizada por meio de uma sonda de DO, dando o COD - conteúdo da amostra.

Uma das principais limitações do teste de COD é a sua incapacidade para distinguir entre biodegradável e matéria biologicamente inerte orgânico por si próprio ) . A utilização de produtos químicos , tais como o crómio e ácido forte produzem resíduos perigosos líquido que requer disposição.

Experiência com um número desses sensores no laboratório dos autores demonstraram que os sensores através de oxidação química estão sujeitos a importantes entupimento problemas devido à formação de cristais de os produtos químicos de oxidação , por um lado , e a presençade material particulado na amostra , por outro lado . Problemas de obstrução também foram notados por isso, ele deve ser aconselhado a aplicar amostras só pré-filtrado.

Analisador por Ultra Violeta - Absorvância

Muitos componentes de águas residuais tem a propriedade de absorver a luz Ultra-Violeta. Já no início dos anos 50 a medição de absorção de UV foi introduzida para avaliar a qualidade de um efluente. 

Métodos ópticos têm a vantagem de ser bastante barato e não exigir reagentes ou preparação da amostra. Além disso, na última década fibras com tecnologia óptica tem feito progressos significativos permitindo remoto e medição multi- ponto.

Diferentes estudos têm ilustrado a alta correlação entre a absorção de UV e matéria orgânica em águas residuais  mostram claras relações entre a absorção a 254 nm, e o total de carbono orgânico presente em efluentes e águas superficiais. Eles afirmam, no entanto, que a turbidez não deve ultrapassar um certo limite , se o correlação é ser útil e propor a utilização de unidades de filtração   revelam a boa correlação de absorção de UV a 260 ou 254 nm com COD ou TOC . Podem reduzir a influência de material em partículas, com a ajuda da medição de um segundo comprimento de onda  por exemplo 380 nm.

O grande inconveniente da espectrometria UV reside na incrustação dos componentes da célula óptica, resultando numa perda da sensibilidade e da necessidade de freqüente recalibração. Além disso, nem todos os compostos (por exemplo, hidratos de carbono, hidrocarbonetos saturados ) absorvem o comprimento de onda especificado e, portanto, não pode ser considerada através de espectro fotometria de UV.

NUTRIENTES REMOÇÃO

Os sistemas de remoção de nutrientes tem como objetivo a eliminação de azoto e fósforo a partir de águas residuais, quer de forma biológica ou um tratamento químico ou a combinação das duas técnicas. Remoção de fósforo de forma química baseia-se na adição de precipitantes , enquanto a eliminação biológica é obtida por seleção de uma comunidade microbiana que armazena o excesso de fósforo . A seleção é baseada em submeter o lodo a uma seqüência de anaeróbio e aeróbio ( ou anóxica ) condições 

Processos de remoção de nitrogênio Mainstream biológicos são processos em duas etapas que consistem em nitrificação de azoto reduzido sob condições aeróbicas e de desnitrificação de nitratos para o gás de diazoto na ausência de oxigênio , ou seja condições anóxicas.

A complexidade destes processos e as interações entre as diferentes unidades de processamento resultaram em configurações de plantas bastante complexas com demandas bastante elevado de monitoramento e controle.

A tecnologia de sensores para esta aplicação tem evoluído extraordinariamente nos últimos anos e é em grande parte baseada na automação da análise de laboratório.

Embora os desenvolvimentos recentes têm sido importantes, a maioria dos sistemas de medição disponíveis no mercado ainda exigem amostras pré - tratadas para assegurar um funcionamento satisfatório . A transferência de bombas submersas lodo através da filtro de membrana
(tamanho de poro típica de 20 mm) e a amostra filtrada é então conduzido para o sensor de linha .

A ultra filtração (UF) membranas com um peso molecular de corte de 20.000 são tipicamente aplicados 

A vida útil de um filtro de fluxo cruzado é de aproximadamente um ano, mas a limpeza regular é necessário. Para manter o fluxo de amostra para os analisadores um set-up com duas unidades  é o preferido. 

Usando funções internas de medidores de fluxo de filtrado ou medições de queda de pressão , chaves de transferência automática da unidade ativa e ativação do programa de limpeza foi implementado. Tipicamente, as membranas devem ser limpos a cada 1 a 4 semanas . estratégias de limpeza consistir de um sopro de ar ou a um tratamento químico hipoclorito . A preparação da amostra provou ser confiável, mas ainda requer esforços de manutenção por parte dos operadores.
A tecnologia de membrana . Um veículo (água potável) é bombeado para o dispositivo de membrana e escoa numa faixa sobre um lado da membrana . O outro lado da membrana é exposta a água residual , e o portador é enriquecido  com os íons que passa através da membrana . O transportador enriquecido é enviado para o colector de análise . o princípio tem sido aplicada aos sensores de amônio , nitrato e de fósforo , respectivamente . Os sensores são todos baseados método colorimétrico e calibração é realizada automaticamente. Estes sensores foram testados para aplicação em plantas de tratamento de águas residuais e estão comercialmente disponíveis no mercado. Um inconveniente associado com este tipo de medidores é que não é possível multiplexar o sensor , ou seja, mais par de um ponto de medição de um dispositivo de medição. Unidades de UF , pelo contrário permitir usar um metro para várias unidades UF paralelos ligados a diferentes pontos de amostragem .

NH4

Para colorimétrico NH4 + Determinações, todos NH4 + é convertido em NH3 antes que ele seja transformado num azul (método de fenato) ou um corante azo amarelo  utilizam uma unidade de difusão de gás através do qual a amônia é transportada em um fraco pH -buffer com um indicador de pH . O gás amoníaco provoca um aumento do  pH que é acompanhada de uma alteração de cor . Descrevem o mais tradicional método que consiste em produzir um composto azul indofenol , cuja intensidade é proporcional à quantidade de NH4 + Presente na amostra . No entanto, a manutenção de alta necessidade (por exemplo, a membrana de difusão de gás tem de ser substituído uma vez por semana , a necessidade de um técnico bem treinado ) era um sério inconveniente para a linha aplicação. Melhorias tecnológicas contínuas têm no tempo médio resultou na difusão de gás membranas com uma vida útil de cerca de 6 meses . colorimétrico NH4

SEDIMENTAÇÃO

Em vista do fato de que um clarificador é o passo final em todas as plantas de tratamento de águas residuais, é claro que qualquer falha deste separador de lodo tem efeitos tremendos sobre a qualidade do efluente . É , portanto, surpreendente que relativamente pouco atenção é dada à instrumentação deste processo importante unidade . Provavelmente, isto é devido à falta de conhecimentos fundamentais nos fatores determinantes, por exemplo, Agrupamento de lodo. Alguns desenvolvimentos têm sido, porém, feito e alguns dos sensores resultantes são revistos .

Sludge Blanket

Três princípios de medição para a localização da manta de lodo foram levados à prática: ultra-som dispositivos de absorção e de turbidez (veja acima) detectar a interface de sólidos em suspensão , como resultado da súbita alteração na concentração de lodo como um penetra na manta de lodo . O terceiro método , a varredura ultra-sônica fornece um perfil de concentração e é considerado como o melhor princípio de medição .
Além disso , a medição é insensível ao lodo nuvens acima da manta . Os sensores de turbidez em um meio de rotação tambor é provavelmente a tecnologia mais aplicada.
A sonda de turbidez é reduzida precisamente até a manta de lodo é atingido ea distância percorrida dá a profundidade de manta de lodo . Estes sistemas de medição fornece resultados fiáveis ​​, desde a manutenção adequada do tambor e mecanismo de limpeza suficientes são tomadas precauções ( Aspegren et al . , 1993) . Note-se que este equipamento também pode ser utilizado para determinar um perfil de concentração em função da profundidade do clarificador  como ilustração fig . 14 mostra os resultados de uma campanha de medição detalhada de um mês em águas residuais em larga escala estação de tratamento , fornecendo medições horárias de perfis de concentração no colono.
O diferente set-up é composto por três turbidímetros localizados em profundidades fixas , mas diferentes no clarificador. A presença ou ausência da cobertura de lamas para estas posições pode então ser avaliada . Esta é uma mais confiável set-up desde problemas mecânicos com o tambor rotativo são eliminados. Uma estratégia de controlo é possível que mantém a cobertura de lamas em torno do nível indicado pela sonda situado na posição intermédia .
Os sinais dos dois outros medidores de turbidez pode ser usado para o alarme disparar .

Settlometer

As características de sedimentação de lodo são muitas vezes quantificada pelo índice de volume de lodo (SVI). Este parâmetro é obtido dividindo o volume de lama sedimentada, após 30 minutos de decantação por os sólidos suspensos concentração . No entanto, ficou provado que o SVI é fortemente influenciada pela concentração de lodo ( Dick e Vesilind , 1969).

Para minimizar os efeitos de concentração e de parede , modificação do procedimento foram propostas alternativas, tais como agitação suave do sedimento (lama), de modo a melhor simular as condições do clarificador. Os valores resultantes são apresentados como SVI agitada (SSVI).

Outra modificação proposta por Lee é para diluir a lama a uma determinada concentração de lamas , que conduz ao valor SVI diluída ( DSVI ).

Todos os métodos mencionados são trabalho intensivo e sua freqüência de medição é muito baixo (geralmente uma vez por dia) para acompanhar o lodo decantabilidade variável no tempo .

Recentes avanços tecnológicos resultaram no desenvolvimento de sensores para medir as lamas de decantação características . A principal característica dos sensores é geralmente um cilindro central de vidro trazendo uma amostra de licor misto em um experimento de sedimentação em batelada em condições que se aproximam os do clarificador secundário.

A descida da interface manta de lodo em lote experimentos de sedimentação é controlada usando a transmissão de luz, medida quer através de um conjunto fixo de diodos emissores de luz ( LED) , de um lado e do outro fotodiodos  ou por meio de um par de diodos LED em movimento.

Após a última abordagem, introduzir um sensor com um mecanismo agitador no liquidação cilindro. Neste Settlometer a evolução da altura cobertor é gravado com uma óptica movendo sistema de detecção . A partir da curva de lamas de sedimentação , resultante , a máxima velocidade de sedimentação e o índice de volume de lodo (SVI, SSVI ou DSVI ) pode ser facilmente obtida.. 

sexta-feira, 29 de novembro de 2013

SONDA DE AMOSTRAGEM, UM TIPO ESPECIFICO PARA CADA TIPO DE APLICAÇÃO.



SONDA DE AMOSTRAGEM, UM TIPO/MODELO ESPECIFICO PARA CADA APLICAÇÃO.

Nesta publicação abordamos a  “sonda” de amostragem, dispositivo importante que é  parte integrante de um sistema de amostragem.
Podemos dividir o sistema de analise online em cinco blocos principais, conforme descrito a seguir; a)sonda, b) linha de transporte da amostra, d)condicionamento amostra, e)analisador e retorno da amostra  ao processo.

A seguir destacamos os pontos principais que devem ser observados durante o projeto e seleção da sonda de amostragem;

a)     Analise as condições do processo (temperatura, pressão, nível de corrosão, material particulado)

b)     Procure ouvir e envolver as pessoas/setores relacionados com o projeto

c)     Faça a escolha correta dos componentes do sistema de amostragem e do próprio analisador





Figura 1 -  Sonda + Sistema Condicionamento+Analisadores                                                                         

A "sonda de amostragem" é um dos principais componentes de um sistema de analise online. A sua função é promover a retirada  de uma amostra da corrente de processo, sem que haja alteração na composição na composição da amostra removida do fluxo do processo, seja diretamente de uma tubulação, duto, fornalha, caldeira, chaminé, reator, e deve representar com precisão a corrente de processo, em todos os aspectos de composição química.

É muito importante conhecer com detalhes as condições físicas e químicas da amostra que será retirada do processo e essas informações ajudarão na especificação e no dimensionamento dos equipamentos que compõem o sistema analítico e que serão determinantes para a escolha da sonda, da sua configuração e modelo.

Procuramos nesta publicação fazer uma abordagem de  todos os detalhes construtivos como os cuidados em relação as condições de processo (temperatura, pressão, características do fluido, sólidos em suspensão), que orientam na escolha do tipo de material mais adequado a aplicação e que possa suportar as características do fluido que esta sendo amostrado. Ressaltando que existem uma gama muito variada de sondas, chegando até certo ponto causar algum tipo de confusão a medida em que os critérios de seleção, tipo de aplicação são abordados.

A temperatura,  afeta a sonda de amostragem de duas maneiras:

a) Mecanicamente: podendo comprometer sua resistência estrutural, ocasionando empenamento, rompimento ou mesmo fusão.

b) Quimicamente: podendo reagir com o gás a ser analisado ou provocar reações catalíticas entre os componentes da amostra ou mesmo o rompimento de moléculas.

Atenção, o aço-carbono comum pode ser usado até uma temperatura da ordem de 400ºC. Se houver,. possibilidade do material da sonda,  agir cataliticamente sobre os componentes da amostra, como nos gases queimados com oxigênio e combustíveis residuais, a temperatura máxima deverá ser limitada em 200ºC

Embora não seja uma tarefa nada fácil, devemos definir e estabelecer regras sobre de como e onde aplicar cada tipo de sonda, compatível com cada aplicação. O aspecto mais simples e útil que devemos aplicar é inicialmente selecionar a sonda de formato mais simples, e aquela que requer menos utilidades, como sendo a primeira e principal escolha.

O aço inoxidável do tipo 316 pode ser usado até uma temperatura da ordem de 750 ºC, a não ser que ocorram reações catalíticas na amostra.

Para temperaturas até 1800 ºC, são usados materiais do tipo cerâmico, como a alumina pura, AlSiO3, que não interfere quimicamente com os componentes da amostra mas apresenta uma resistência mecânica inferior a das sondas metálicas. O carbeto de silício é um material altamente resistente a temperatura, ressaltando que este material apesar de possuir caracteristicas que fazem este material suportar elevadas temperatura, mas por outo lado tem baixa resistência mecânica ao torque, deslocamento e a vibração..




Fig2 -  Diagrama Sistema Amostragem  
                                                                       
Quando o local de instalação da "sonda de amostragem"  for por exemplo uma chaminé a mesma  deve ter comprimento suficiente para estar inserida a 1/3 do diâmetro da chaminé para que se obtenha uma boa performance do gás amostrado.

Uma outra recomendação é que a sonda seja montada levemente inclinada para se evitar o acumulo de condensado no seu interior, quando existir a presença de concentração de vapores d´água. 

Se for aceitável, a instalação de uma sonda simples, conforme mostrado na figura 3, devemos nos certificar que não esta presente no material amostrado material particulado em suspensão e que pode vir a interferir na operação correta  da sonda. Ressaltando que os fornos que queimam óleo pesado e ou carvão, geralmente requerem "sondas de amostragem" mais elaboradas e que para este tipo de aplicação as sondas de concepção mais simples não devem ser utilizadas.


















Fig.3 – Sonda Simples

Sonda com  jato d`agua invertido só deve ser usada quando não for possível utilizar a sonda simples porque a presença da água ao entrar em contato com o fluido do processo pode ser indesejável ou prejudicial.

Sonda com jatos d´água podem ser necessárias, para auxiliar na limpeza e remoção de partículas solidas porque os gases neste tipo de aplicação estão muito sujos, como aqueles em que encontramos por exemplo em um forno de cimento. Quando se tem água disponível e o seu contato com a amostra não causar problemas, são muitas vezes a solução preferida. O ejetor a água não só pressuriza a amostra, mas também executa um processo de limpeza, eliminando todos os componentes corrosivos e fornecendo um fluxo constante de amostra.

Existe aplicação em que se deseja usar uma sonda onde a estratificação da amostra é prioritário. Neste caso, portanto, se utiliza um tubo com comprimento transversal ao duto, com pequenas aberturas (buracos e orifícios igualmente espaçados em todo o comprimento do tubo  equivalente à extensão aproximada ou o diâmetro do duto.

Pode ser utilizado uma sonda especialmente desenvolvida para dutos de grande diâmetro quando se deseja extrair uma amostra com a concentração média dos gases que estão sendo amostrados.

Existe aplicações em que se pretende utilizar o desenho da extremidade da sonda em formato de “bico” ou “pena” para tornar a amostragem mais adequada onde se deseja extratificar a amostra.  Neste caso se utiliza uma sonda que se estende ao longo do duto, com pequenas aberturas e orifícios e o tubo com comprimento  aproximado do  diâmetro do duto.

A metodologia da amostragem específica, conhecida como 'isocinética” é utilizada quando se deseja obter uma amostra “fisicamente consistente". Este método de amostragem é definida pela relação em que a velocidade da amostra extraída é igual à velocidade do fluxo de amostra, e se deseja um fluxo laminar (fluxo paralelo às paredes da linha de processo).

Este tipo de alternativa se aplica sempre que existe uma amostra de duas fases como por exemplo (gás e de partículas de líquido, líquido imiscível, líquidos em suspensão, gotas de líquido em fase gás) e o analista pretenda incluir a fase de espelho na amostra extraída para o sistema de amostragem e deste para o analisador. Um desenho da sonda especial foi desenvolvido para este tipo de aplicação  na norma ASTM D1066-6ST. 

Na tabela  acima podemos ter uma referência sobre o tipo de sonda a ser utilizada de acordo com as condições do processo, lembrando que este tipo de orientação é apenas indicativo e não pode ser considerado como uma regra rígida que não possa ser alterada.

Normalmente existe uma tendência de se relegar a sonda e o sistema de amostragem a um plano secundário de importância, quando esta envolvido certo custo de instalação ainda  durante o projeto. Este fato implica na existência de uma serie de problemas posteriores a implantação e que são atribuídos aos analisadores sendo, na verdade, a origem é proveniente da aplicação inadequada do sistema de amostragem como um todo, começando pela sonda de amostragem.

O sucesso da operação de um sistema de analise, composto de sonda da amostragem, transporte da amostra, sistema condicionamento da amostra, esta diretamente relacionado com a escolha correta destes três elementos.

A metodologia de amostragem específica, conhecida como amostragem isocinética é utilizado onde se deseja manter a amostra "fisicamente consistente". Este método de amostragem é definido pela relação em que a velocidade da amostra extraída é igual à velocidade do fluxo de amostra.

Em alguns casos, o desenho da sonda de amostragem é especialmente projetado para alterar a composição física do fluxo de amostra (amostra não isocinética). Há momentos em que se deseja usar o desenho do formato da extremidade do tubo da sonda ou a própria orientação da extremidade do tubo, para realizar a separação da inércia física inicial de algum componente do fluxo de amostra.

A sonda fornece uma resposta  mais rápido, reduzindo o volume do sistema de amostragem. O volume do bico pode ser significativo, aumentando o volume de purga requerida pelo sistema de toda a amostra.

Além disso, a sonda permite que a amostra a ser extraído a partir do centro do tubo de processo, o qual elimina a extração de material solido retido  ao longo das paredes do tubo.

Sondas com angulo de 45 ° reduzem grandemente a quantidade de partículas extraídas para dentro do sistema de amostragem. Ambos os recursos ajudam a garantir que a sonda possa extrair uma amostra representativa do processo.

Por este motivo, recomendamos o uso de uma sonda em tubulações maiores que 2 polegadas (50 mm), o que é especialmente crítico para tubos maiores do que 4 polegadas (100 mm).

Projetos de sonda podem variar em comprimento, diâmetro, espessura da parede e os parâmetros de construção que afetará a capacidade de suportar esforço mecânico da sonda,  velocidade e capacidade de filtragem. 

Quanto mais espessa, mais suportam impacto dos fluxos elevados de processo, mas oferecem velocidades de fluxo mais lento, através do diâmetro interno maior. No entanto, essa velocidade de fluxo mais lento permite que mais partículas possam ficar para fora da sonda, em vez de continuar para o sistema amostra analítica. Pequenas sondas retráteis não são tão fortes como sondas soldadas, mas o seu volume interno menor proporciona velocidades de fluxo mais rápidas para o analisador.

Exemplos deste tipo de aplicação, é a remoção de partículas sólidas por separação inercial em torno da sonda de amostragem, a partir de um fluxo gasoso ou líquido ou a  remoção de líquidos em uma amostra gasosa, através do posicionamento da sonda da amostra.

Uma parte importante nas transferências de petróleo bruto é ter um bom sistema de medição não apenas para determinar a quantidade, mas também a qualidade ou a composição da corrente do óleo. A figura abaixo mostra como exemplo um tipo de sonda especifica para este tipo de  aplicação.

A adição de um filtro de material particulado na extremidade da sonda é por vezes necessário,  para minimizar a entrada de partículas finas nas linhas de transporte da amostra ou n sistema de amostragem ou até do próprio analisor, mas não podemos esquecer que esta alternativa, impede a remoção da sonda de amostragem. Os filtros devem ser de material sinterizado fabricado em aço inoxidável, micro fibra de vidro boro silicato, ou cerâmica  e devem suportar sistemas com blowback aquecidos.

Um acessório que aumenta a complexidade da sonda é a instalação de um regulador/vaporizador na extremidade da sonda. A vaporização é tipicamente utilizada para manter uma amostra na fase gasosa ao se reduzir a pressão da amostra a partir de um ponto de amostragem no processo. Aquecedores que suportam alta pressão deve ser adicionado a sonda e com isto anular o efeito  do resfriamento (Joule Thompson) devido a redução de pressão. 

A fonte de calor é obtida  na maioria das vezes através de uma resistência de aquecimento no formato de um cartucho que fica alojado  dentro do corpo do regulador de redução de pressão, ou uma serpentina de vapor em torno do corpo do regulador de pressão.
A seguir abordamos as sondas utilizadas nos CEMS (Continuos Emission Monitoring Systems) e as suas variantes.
·    Aplicações  IN-SITU:                          As analises são feitas internamente na própria chaminé
duto sem a retirada da amostra para um sistema de condicionamento e  para o analisador online.

§ Aplicações EXTRACTIVAS:             Método característico que retira a amostra e  envia para os condicionadores de amostra e deste para os analisadores.

          •  Fria / Seca Extrativista direto
          •  Quente/ Úmida Extrativista direto
          •  Diluição Extrativista

Uma das primeiras e mais bem sucedidas sondas de diluição que faz uso de  um orifício para passagem sônica e acoplado a uma bomba instalada no corpo da sonda (Figura 8),  foi originalmente desenvolvida nos Países Baixos (Bergshoeff e van Ijssel 1978) e com várias aplicações bem sucedidas (por exemplo, Frank e Mullowney 1990; Maurice, Robertson, e Howder 1986).

A bomba ejetora opera com taxas de fluxo de 1-10 1/min. Um orifício de vidro conhecido como orifício sônico (consiste de um tubo de vidro esticado até um ponto, tal como mostrado na Fig. 8) é escolhido para limitar o fluxo do gás de amostra para as taxas de fluxo de 50 a 500 ml / min.

A condição para a obtenção de um fluxo crítico para o vidro sônica orifício é que a relação entre a pressão absoluta na garganta do Venturi para a pressão estática pilha deve ser inferior ou igual a 0,53 (Brouwers e Verdoon 1990). A diluição de razão R é determinado pelo cálculo seguinte:.

                                                            R = Q1 + Q2
                Q2

Onde    Q1 = razão do fluxo de ar diluído (litros por minuto)
            Q2 = razão do fluxo de gás amostra ( litros por minute)

Razões de diluição de 100 para 1 são típicas, embora proporções mais elevadas, são utilizados para correntes de gás saturadas quentes.

O que é Amostragem isocinética ?

Amostragem de correntes de fluido de ar, gases de combustão, vapor, ou qualquer mídia que contém partículas arrastadas é um assunto muito complicado.
Se o fluido é homogéneo, a amostra é relativamente simples, uma vez que o fluido tenha o mesmo consistência em toda a área de escoamento. Este não é o caso por exemplo componentes com partículas arrastadas . 

A variação da concentração das partículas , devido ao padrão de fluxo no interior do fluxo de fluido .

Vamos considerar o exemplo de medição de emissão de partículas a partir de uma usina de energia a carvão. A norma na maioria dos países ao redor do mundo é de cerca de 50 mg/Nm3
Os resultados, da não-conformidade gera sanções mais severas e até mesmo causa o fechamento da fábrica.
Para provar que a planta está operando neste nível, são analisadas amostras de partículas provenientes dos dutos de gases de combustão . O passo fundamental é obter a amostra correta. Existem dois grandes problemas na obtenção de uma amostra correta.
• A grande área de secção transversal dos resultados de combustão do duto de gás na segregação do fluxo devido a muitas razões . Tomando um grande número de amostras de pontos através da conduta evita o efeito desta segregação .

• A amostra é extraida para fora do meio que esta conduzindo o gás de combustão por meio da sucção de cada ponto atraves de um tubo de amostragem . Se a velocidade de amostragem neste ponto de for menor do que a velocidade do fluido, em seguida, todas as partículas, especialmente as partículas de dimensão mais pequena, não vai entrar no tubo de amostragem . Se a velocidade é maior , em seguida, mais partículas vai entrar no tubo, especialmente as partículas de menores dimensões. Ambas as condições produzem amostras com concentração errada. O ideal, e que o fluxo da amostra através do sistema de amostragem seja tal que a velocidade no ponto de entrada de amostragem, seja o mesmo que a velocidade do gás de combustão nesse ponto. Isso é chamado de amostragem isocinética .

Exemplo de Sistema de Condicionamento

O calor  mantido  pelo umbical (desde a sonda montada na chaminé até entrada do  analisador montado no rack ), facilita o transporte da amostra do gás retirado da chaminé  até o  sistema de condicionamento de amostra localizado no rack do CEMS.

A linha de amostragem é aquecida até a entrada do dispositivo de remoção de água (condensador termo-elétrico  de água ), proporcionando a integridade da temperatura e mantendo a amostra na fase gasosa  desde a sua retirada da chaminé . Também serve como meio de transporte  para o gás de calibração e a linha de blow-back , bem como AC e os fios de sinal deste para a sonda montada na chaminé.

O sistema de amostragem proporciona também várias outras funções , todas as quais estão contidas dentro de seu suporte de módulo montado . Uma bomba de diafragma de amostra é utilizado para proporcionar a força motriz para a extração inicial da amostra do gás da pilha. A amostra é retirada através da primeira fase do dispositivo de remoção de água ( separação inicial ) e, em seguida empurrado por meio da segunda fase ( separação final ) , condicionado (secagem ), a amostra a um ponto de orvalho de 41 ° C. Um regulador de pressão de retorno é então utilizado para manter a pressão da amostra positiva para o controlo do fluxo e do painel de distribuição. Pressão da amostra é indicado localmente e um contato seco é disponibilizado para indicação remota do estado da bomba. Transição água em estado líquido é indicado por um contato de alarme de intrusão de água que também controla a bomba de on / off status. Um filtro fino final é usado antes da distribuição da amostra para assegurar uma amostra limpa . O medidor de vazão indica o fluxo total disponível do sistema de condicionamento de amostras .

Controle de Fluxo / Painel de Distribuição

Este módulo montado na cremalheira é fornecida como uma interface entre o sistema de condicionamento de amostra e os analisadores individuais de cumprimento . O módulo aceita o fluxo total do sistema de condicionamento de amostras e através de uma configuração de válvulas original, fornece analisadores individuais com indicação de controlo de fluxo e em ambos os modos de amostra e de calibração. Seleção de funções de controlo de fluxo podem ser introduzidos localmente no painel ou por fecho do contacto remoto. Analisadores podem ser desafiados com padrões de calibração através da sonda da amostra , bem como diretamente no analisador. Sonda de blow back também pode ser iniciado manualmente. Um alarme de intrusão de água disponível no módulo como uma verificação final sobre a integridade da amostra .

Tecnologia de medição (base seca)

Estamos oferecendo , analisadores controlados micro processadores multi-componentes com base nos métodos espectroscópicos de ultra violeta não dispersivo ( NDUV ) e infra vermelho não dispersivo ( NDIR) .

Um instrumento mede SO2 , NO e NO2 ( NOx calculado) em uma ampla faixa dinâmica , com pouca ou nenhuma interferência cruzada entre as espécies . Ele incorpora a mais avançada tecnologia e prática disponível - uma única célula , arquitetura feixe de divisão usando duas fontes de radiação ultra violeta . Uma medida adicional , O2, pode ser fornecida pelo método electro catalítica . Um sensor de óxido de zircónio pode ser localizado no analisador SO2/NOx fornecendo apoio para o sensor de CO2 .

O outro instrumento analítico é um único feixe / NDIR duplo comprimento de onda de medição de CO/CO2 , utilizando um detector de transmissão de dupla camada , a interferência de outros gases é minimizado


ELEMENTOS PRINCIPAIS DE UM SISTEMA DE CEMS

ANALISADORES

Com base na seleção do sistema de amostragem , as seguintes técnicas são utilizadas por fabricantes de analisadores que podem lidar com uma amostra quente / úmido , amostra seca, ou a amostra diluída.

Sistema  CEM opcional (base úmida )

O elemento chave do sistema de amostragem está na sua capacidade para manter a amostra de gás  a uma temperatura acima do ponto de orvalho do ácido em todo o seu ciclo de transporte para os analisadores de conformidade. Como a oferta é uma medida base úmida direto extrativa , esta manutenção da temperatura é fundamental para assegurar os valores confiáveis ​​e precisos .

Sonda instalado na Chaminé :

A amostra de gás é obtido através da utilização de uma sonda de extração montada na chaminé . O sistema é concebido de tal forma que o comprimento da sonda penetra na parede da chaminé para uma posição dentro do chaminé (ver fig.7) e que permite que  uma amostra representativa possa ser continuamente retirada.












Fig.7 - Sonda de Amostragem para Chaminés da JCT Analysentechnik

Várias funções importantes são incorporadas no projeto da sonda. Os elementos de aquecimento para a própria sonda , o elemento de filtro cerâmico e o invólucro são incluídas para manter a temperatura do ponto de ajuste. Um elemento de grande porte, de cerâmica rígida, o filtro proporciona excelentes resultados com os gases ácidos e permite o ricochete de alta pressão do elemento e o comprimento da sonda. A extremidade  da sonda (tipo de fluxo de calibração), conforme exigido pela regulamentação, é facilmente acomodado.

Os materiais de construção são de aço inoxidável 316 para a resistir  à corrosão e alta temperatura . A sonda é facilmente conectada a chaminé  através de um flange de  4 ", 150 #  A tampa removível permite o acesso fácil a todas as conexões de cabos e tubulações , bem como a manutenção de componentes, quando necessário.


Analisadores de gases de topo no alto-fornos são utilizados para orientar a operação no equilíbrio entre as variáveis ​​do processo . No alto forno, o óxido de ferro é reduzido através de uma série de reações químicas que envolvem o coque , oxigênio e água. O carbono no coque reage com o oxigênio e água  introduzida no alto-forno gera  CO e H2 . O CO e H2 reduzem  gases ,para então, reagir com o óxido de ferro para produzir ferro , água e CO2



Fig.8 - Sonda Amostragem analise dos gases de topo do Alto Forno

Na fig.8., acima podemos observar uma sonda de amostragem que é instalada no topo do Alto Forno, cuja função é a extração continua dos gases, lembrando que este tipo de sonda não é estacionaria e utiliza sistema de refrigeração e materiais especiais aplicados na sua construção devido as altas temperaturas de exposição da sonda. A quantidade medida de H2 , H2O, O2 , CO e CO2 contido nos gases dos altos-fornos reflete com precisão os processos químicos no interior da fornalha , se tornando uma importante ferramenta de diagnóstico e controle.

Sondas de Amostragem para analise de gás natural


Uma outra aplicação para as sondas é a analise do gás natural contido em uma tubulação, a amostra do gás a ser analisado deve ser extraído a partir de um determinado ponto da tubulação e transportado para o analisador em questão. Este processo de extração da amostra  tem um certo número de dificuldades inerentes entre as quais relatamos alguns tais como; gás natural normalmente fluindo a uma velocidade considerável, através da tubulação e portanto a concepção da sonda é essencial. Também devemos levar em consideração dados como o volume interno do sistema de amostragem e as propriedades físicas do gás que esta sendo amostrado para ser analisado.

















Sonda sendo instalada por especialista da Genie Filter

O processo da inserção de uma sonda em um fluxo de gás que esteja e uma velocidade alta  não é tão simples como pode parecer no primeiro momento. A maior dificuldade  é que, da mesma forma que uma antena do veículo como exemplo pode oscilar em certas velocidades e as chaminés mais altas e estreitas podem oscilar em determinadas velocidades do vento, na sonda as oscilações podem ocorrer a uma determinada taxa de fluxo de gás, resultando em um eventual falha mecânica da sonda devido a sheering sob estresse.

Este é o resultado de um fenômeno conhecido como Vórtice de Karman , muitas vezes referenciado como desprendimento de vórtices. Sob certas condições, redemoinhos se formam a jusante da sonda, estas alterações locais na pressão ao redor da sonda  é o que faz com que a sonda comece a oscilar.

Os fabricantes de sonda para este tipo de aplicação tem uma solução para o problema da formação de vórtices  instalando uma aleta helicoidal tripla que muda drasticamente a dinâmica do escoamento do gás de todo o perfil da sonda,  eliminando os efeitos formação de vórtices e eliminando o risco potencial da sonda ser destruída.

Ressaltando que o ponto de amostragem deve estar localizado numa sessão da tubulação aonde não ocorra escoamento que oscile muito a vazão. Qualquer turbulência que possa vir  ocorrer causado por cotovelos, T, reduções, manifolds, válvulas, placa de orifício, são potenciais geradores de aerossóis.  Os efeitos dos aerosois são causados devido a  turbulências na velocidade de escoamento.

Sendo assim, o local preferido para a localização da sonda de amostragem deve ter no mínimo de  5 a 20 diâmetros a jusante, estar livre de todo potencial gerador de distúrbio no fluxo, a preferência deve recair sempre  por uma linha horizontal, eliminando assim qualquer potencial problema no manuseio de amostragem, devido a entrada de liquidos.