CEMS- Continuos Emission Monitoring System;
Introdução; CEMS é definido como um sistema de analise continua aplicado na medição de
gases do tipo NOx, CO e O2, com o objetivo de atender leis federais relacionadas com o
meio ambiente (CONAMA), para a prevenção de chuva acida.
meio ambiente (CONAMA), para a prevenção de chuva acida.
Dependendo do tipo de combustível que esta sendo utilizado para queima, poderão ser associados
aos analisadores de gases outros tipos tais como, analisador de material particulado
(Dust Monitor), SO2, CO2, medidores de vazão, temperatura e pressão.
Todo este conjunto envia dados para uma estação formada por um PLC ou uma
aos analisadores de gases outros tipos tais como, analisador de material particulado
(Dust Monitor), SO2, CO2, medidores de vazão, temperatura e pressão.
Todo este conjunto envia dados para uma estação formada por um PLC ou uma
remota, (Controlador do Sistema) que faz a acquisão dos dados de forma “on line” dos
analisadores e instrumentos de processo( pressão, temperatura e vazão) e envia via rede
comunicação para um PC com Windows NT e com um software especifico que compila os
dados e mostra de forma gráfica o percentual de poluente, em função da quantidade de gases
que esta sendo expelido pela chaminé de caldeiras, fornos, incineradores, fornalhas
de craqueamento.
analisadores e instrumentos de processo( pressão, temperatura e vazão) e envia via rede
comunicação para um PC com Windows NT e com um software especifico que compila os
dados e mostra de forma gráfica o percentual de poluente, em função da quantidade de gases
que esta sendo expelido pela chaminé de caldeiras, fornos, incineradores, fornalhas
de craqueamento.
Normalmente antes de ser desenvolvido o projeto do CEMS, é preciso conhecer as
concentrações típicas e máximas e o range do NOx, CO, e O2, assim como a concentração
típica e a máxima concentração de H2O, CO2 e SO2, além da condição física dos
gases (temperatura e pressão).
concentrações típicas e máximas e o range do NOx, CO, e O2, assim como a concentração
típica e a máxima concentração de H2O, CO2 e SO2, além da condição física dos
gases (temperatura e pressão).
Neste tipo de aplicação se utiliza um sistema de amostragem do tipo extração continua, que é composto por uma sonda + filtro, transporte da amostra do tipo “steam ou eletrical trace”, refrigerador da amostra / secador, bomba de amostragem, os analisadores de gases e tambem os transmissores de vazao, temperatura, pressao e opacidade.Os analisadores de NOx, CO e O2, são controlados por um (Controlador-Master) que possui um programa para calibração periódica dos analisadores, executa o controle e correção da temperatura e pressão, faz o calculo da relação entre os gases emitidos e quantide da vazão que é expelido para atmosfera através da chaminé, detecta os níveis emissão (alarme) emitido pelo analisadores e também monitora as possíveis falhas que os analisadores possam estar apresentando.
Antes de iniciar um projeto envolvendo CEMS, a pessoa interessada deve conhecer as normas
e regulamentos, para que o projeto esteja conforme e contemple todos os requisitos do
CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) e da Companhia Estadual do Meio
Ambiente aonde fica localizado a planta industrial.
A partir do tipo de combustivel que é utilizado na camara de combustão do equipamento
(caldeiras, fornalhas, incineradores, ou outros equipamentos) que emitem gases de
pós-combustão para a atmosfera é que vamos poder determinar qual o tipo de analisador,
sonda, transporte da amostra e sistema de amostragem que vamos desenvolver, além dos
medidores de material particulado, vazão e temperatura que a especificação possa requerer
para estar conforme com a legislação ambiental.
A seguir o projetista deve levar em consideração alguns pontos importantes que servem de
guia para uma especificação correta;
- Parametros de Amostragem
- Amostragem
- Pressão no ponto de amostragem
- Temperatura
- Condensaveis
- Substancias Corrosivas contidas na amostra
- Teor de material particulado
- Aerosol
- Condições Ambientais
Além dos pontos ressaltados acima, o projetista vai necessitar definir o que segue abaixo;
- Definição do ponto de amostragem
- Composição do Gás de Processo
- Definição da Sonda, especificação e desenho do tipo de sonda apropriado a aplicação
- Definição dos componentes do sistema de amostragem
- Definição do metodo aplicado na medição dos gases.
O sucesso do projeto será medido de acordo com as informações que forem obtidas durante a fase de desenvolvimento do projeto de modo a facilitar o trabalho do engenheiro envolvido na aplicação.
O CEMS (Continuos Emission Monitoring System), deve estar de acôrdo com o CONAMA em relação a medição de O2/CO2, especificação 3 para Nox e a especificação para
a medição de CO.
O projeto deve reunir os requistos de QA/QC referente a norma
40 CFR60, apendix F.
40 CFR60, apendix F.
O calculo de emissão dos gases em lbs/mbtu deve estar em acôrdo com a deve seguir a norma 40CFR60, apendix A, metodo de r
referência 19.
referência 19.
ESPECIFICAÇÃO GERAL
1. O Sistema CEMS (Continuos Emission Monitoring System) deverá ser projetado para operar na amostragem por extração continua, o
qual deve ser constituido dos seguintes componentes; sonda de
amostragem, filtro, linha de amostragem aquecida e sistema para refrigeração e secagem do gas amostrado.
qual deve ser constituido dos seguintes componentes; sonda de
amostragem, filtro, linha de amostragem aquecida e sistema para refrigeração e secagem do gas amostrado.
A amostra deverá ser aspirada via bomba.
Os analisadores deverão ser controlados por um (DAS- Data Acquisition System),que será utilizado para fazer o controle
dos analisadores, assim como executar o comando para a
fazer calibração automática dos analisadores e tambem a
dos analisadores, assim como executar o comando para a
fazer calibração automática dos analisadores e tambem a
verificação periodica da calibração do sistema, o controle e
as devidas correções utilizando como referencia os dados
da temperatura e a pressão.
as devidas correções utilizando como referencia os dados
da temperatura e a pressão.
Executar o calculo da composição e do volume os gases emitidos para atmosfera, assim como os alarme de processo
e funcionamento dos analisadores.
DAS-Data Acquisition System), deve transmitir continuamente dados para um sistema de processamento de informações, instalado na Sala de Controle que processa as informações e e funcionamento dos analisadores.
emite automaticamente relatórios de acordo com os requisitos das agencias estaduais de meio ambiente da região aonde a planta
estiver localizada.
pela linha de transporte da amostra até entrada dos
analisadores.
analisadores.
Técnicas de analise da composição dos gases que fazem uso da Transformada de Fourier em Espectroscopia por Infra-Vermelho (FTIR), analise por metodo de Celula Eletroquimica, tecnicas de diluição ou sistemas de transporte e medição dos gases em estado quente/umido estão excluidos e não são abordados
nesta postagem.
nesta postagem.
4. O resfriador do gas amostrado (Gas cooler) deve ser do
tipo termo-eletrico.
tipo termo-eletrico.
O CEMS deve ser projetado para ser instalado e operar de forma
continua com o minimo de interferência para execução da manutenção. O sistema deve prover 95% dos dados avaliados
quando mantido de acordo com as recomendações do fabricante, com pessoal do cliente treinado e com acesso ao estoque de partes e peças.
continua com o minimo de interferência para execução da manutenção. O sistema deve prover 95% dos dados avaliados
quando mantido de acordo com as recomendações do fabricante, com pessoal do cliente treinado e com acesso ao estoque de partes e peças.
Todos os componentes do sistema devem reunir qualidade e performance para aplicação na area industrial e especificado para suportar as condições do processo.
7. Os cabos de sinal que necessitarem de conectores especiais devem ser fornecidos junto com o sistema.
8. A documentação de projeto deve ser consistente e de acordo com o
sistema fornecido, lembrando que no futuro vai servir de base para a elaboração do Plano de Manutenção do CEMS.
Além da documentação de projeto, o fabricante deverá fornecer
os procedimentos relativos a manutenção, assim como a lista
de partes/peças.
os procedimentos relativos a manutenção, assim como a lista
de partes/peças.
O CEMS deve ser fornecido com isolador de sinal 4 a 20 mA do tipo linear para
cada parametro analisado e cada valor calculado conforme lista de valores
descrita a seguir. A saída do sinal 4 mA, deve representar o valor “0” .
b. Monoxido de Carbono (CO) em ppmdb, v/v (partes por milhão/volume na base sêca.
c. Oxigênio (O2) em porcentagem da base sêca.
d. Oxido de Nitrogênio (NOx) razão da emissão em libras por milhão BTU.
CARACTERISTICAS DOS ANALISADORES DE GÁS
a. Os analisadores de gás, devem possuir componentes comuns, incluindo porém
não limitado a fonte de alimentação, microprocessador, interface do usuário,
software e o chassis.
para o sistema de controle. Não pode ter conversor analogico/digital.
c. Os analisadores devem ter capacidade para seleção de auto-range, para que seja
possivel obter a melhor indicação digital, assim como para impressão e a saída
em RS-232.
e capacidade para diagnostico caso um dos parametros analisados estiver fora do
limite. Uma mensagem deve aparecer no display assim como o envio da mesma, para
as saídas serial e paralela. Os parametros de operação devem ter capacidade de s
serem salvos por mais de 100 dias, com isto tornando possivel a investigações
de possiveis falhas.
Os analisadores devem possuir filtro na entrada de amostra dos analisadores
e que possam ser acessados frontalmente. Os analisadores devem possuir uma
maneira para salvamento dos dados.
Os analisadores devem estar equipados com uma saida de comunicação via RS232, além de qualquer “saida”, para uso do sistema. Esta porta adicional deve estar
disponivel para operação e diagnostico do analisador ad ser capaz de suportar padrão
de comunicação do tipo multi-drop.
2. Analisador de Oxido Nitroso (NOx)
a. O principio de medição deve reunir todas as exigências contidas na norma
americana 40CFR60, apendice A, metodo 7E. Para a analise de NOx o metodo de
analise aceitável é por quimioluminescência.
b. Performance requerida:
2. 2. Ruído: menor do que .25ppb ou 1% da menor leitura.
3. 3. Menor valor detectavel: 0.5 ppb
4. Desvio de ”Zero” após: 12 horas de operação, 7 dias e 30 dias deve ser menor
do que 0.5 ppb.
5. Desvio de “Span” após: 24 horas de operação, deve ser menor do que 0.5%6. Temperatura de Operação: 41ºF a 104ºF.
a. O principio de medição deve ser de acôrdo com os requisitos da Lei Federal
americana 40CFR60, Apendice B especificação da performance 4/4a.
O metodo aceitável é por infra-vermelho não dispersivo.
Performance requerida:
1. Range: conforme a necessidade do projeto.
2. Desvio de zero : 24 horas - menor do que 2% do final da escala.
3. Desvio de span: 24 horas – menor do que 2.5% do final de escala.
4. Erro de calibração: 5%
5. Precisão relativa: 20%
2. Analisador de Oxigênio (O2)
a. O principio de medição deve ser do tipo paramagnético.
1.Range: 0-25% de O2 (final da escala)
2.Desvio de zero: 24 horas, menor do que 0.5% O2.
3.Desvio de span: 24 horas, menor do que 0.5% O2.
4.Erro do zero: 0.5% O2.
5.Precisão relativa: 20%
E. UND.CONTROLE DOS ANALISADORES:
1. O Controlador dos Analisadores deve ser microprocessado e incorporar
as seguintes facilidades:
a. Possibilidade de seleção da calibração em manual ou automática com tempo
programavel.
b. Calibração com ou sem correção automática de zero e span.
c. Correção da pressão e temperatura do gás, conforme a necessidade da aplicação.
d. Sistema de detecção de falha no sistema (falhas devem inibir a emissão dos resultados
medidos.
e. Detecção de alarmes (alarmes não necessariamente devem inibir a emissão
dos resultados analisados).
f. Detecção de alarme referente ao nivel dos poluentes.
g. Processar self diagnoticos e a indicação de alarmes/falhas.
Configuração dos analisadores.
k. Indicar a concentração de cada poluente.
Indicar alarmes e falhas.
(Data Acquisition System).
Comentários Gerais:
A seguir é feito uma analise básica, visão geral dos principais acessórios que são utilizadosem um CEMS;
Linha de Transporte da Amostra:
A pessoa que estiver projetando e especificando a linha de transporte da amostra da saida da
sonda até o sistema de amostragem e deve reunir todas as informações possiveis tais como;
condições quimicas e fisicas, temperatura, condensação da amostra de modo a escolher
a configuração correta do tubo que será aplicado no transporte da amostra.
Sistema de Blow Back;
Dispositivo de purga que atua no contra-fluxo da amostra. O ar de instrumento fica
armazenado em um pulmão que em intervalos
pré-programado sopra o ar de instrumento no sentido do processo em alta
velocidade produzindo um sopro.
A sonda utilizada é aquecida com temperatura controlada.
A função do dispositivo de Blow Back é evitar o acumulo de condensado, entupimento e obstrução
causada por material particulado.
Filtros
Neste tipo de aplicação e dependendo do tipo de combustivel que é queimado, o sistema
é composto por filtros para manter a amostra limpa.
Os tipos de filtros aplicados são os seguintes;
Membrana
Coalescente
Cerâmica
Sinterizado
Foto_Filtro de Membrana
Cada tipo de filtro tem uma função especifica, no sistema de amostragem, na sonda e na filtragem
do ar de instrumento.
Foto_Filtro Coalescente
A capacidade de filtragem em microns, deve ser estabelecida de acordo
com a folha de dados que contém as informações sobre o material que esta sendo amostrado.
Desumidificador
A função do desumidificador montado no sistema de tratamento da amostra é retirar
a umidade da amostra e reduzir o ponto de orvalho. O desumidificador é composto por
termopares que são montados em um configuração que resfria a amostra.
O Ponto de Orvalho da amostra deve ficar situado entre 1 a 6 graus Celsius. A temperatura da
amostra é medida através de um sensor tipo Termistor e controlada em 10 graus Celsius.
Efeito Peltier - Refrigerador sem partes móveis
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Diagrama esquemático - Efeito Peltier
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de dois metais diferentes, resultando em aquecimento de uma e resfriamento de outra.
Ao circular corrente pelas junções calor é transferido de uma para outra e o dispositivo
funciona como um refrigerador sem partes móveis.
Este é o principio que é utilizado nos desumidificadores.
R o t â m e t r o s
O rotâmetro é um dispositivo de area variavel para medição da vazão do gás amostrado e a
nossa sugestão é que medidor ao medidor esteja incorporado um alarme para detecção de
baixa vazão.
Além do rotâmetro para medição da vazão do gás da amostra que é enviada ao analisador(es), é
necessário a instalação dos rotâmetros que medem a vazão dos gases utilizados na calibração
do(s) analisador(es).
(Nereu Guimarães - ng1949@uol.com.br)
Justo o que eu procurava sobre calibração
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