Sistemas de Condicionamento da Amostra
Introdução: O sucesso de um projeto de instrumentação
analitica esta diretamente relacionado com a forma que
será desenvolvido o transporte e condicionamento da amostra,
além claro da escolha do analisador compativel com as
caracteristicas da amostra que esta sendo medida.
1 -
Condicionamento da Amostra
1.1
- Visão Geral
sistema de condicionamento da
amostra por extração continua deve reunir, para que seja
possível obter do analisador uma medição precisa da amostra que esta sendo analisada.
possível obter do analisador uma medição precisa da amostra que esta sendo analisada.
Normalmente, o projeto do Sistema
de Condicionamento da Amostra, exige uma maior
atenção para se especificar, fabricar e instalar se compararmos com o esforço distendido
no projeto de instalação da instrumentação convencional, utilizada na monitoração e no
controle do processo.
atenção para se especificar, fabricar e instalar se compararmos com o esforço distendido
no projeto de instalação da instrumentação convencional, utilizada na monitoração e no
controle do processo.
Isto ocorre devido ao fato de que
um Sistema de Condicionamento da amostra
é altamente dependente do tipo de produto que esta sendo amostrado e do próprio analisador
que irá fazer a medição.
é altamente dependente do tipo de produto que esta sendo amostrado e do próprio analisador
que irá fazer a medição.
Basicamente o
sistema de condicionamento da amostra é a “interface”
entre a Planta
e o analisador e devem ser concebido para operar de forma continua por longos períodos
com baixo nível de manutenção.
e o analisador e devem ser concebido para operar de forma continua por longos períodos
com baixo nível de manutenção.
As amostras
coletadas de um determinado ponto do processo, precisam ser condicionadas
antes de serem introduzidas no analisador continuo do processo de deve ser evitado que
a amostra apresente mais do que uma fase.
antes de serem introduzidas no analisador continuo do processo de deve ser evitado que
a amostra apresente mais do que uma fase.
Em linhas
gerais, o sistema de condicionamento da amostra é composto sistemas
de filtragem, dispositivo para o controle da pressão, do fluxo, da temperatura, controle
da fase ou mudança da fase, dispositivo de seleção da linha de amostragem e
calibração e a indicação/alarme de todos os dispositivos aplicados.
de filtragem, dispositivo para o controle da pressão, do fluxo, da temperatura, controle
da fase ou mudança da fase, dispositivo de seleção da linha de amostragem e
calibração e a indicação/alarme de todos os dispositivos aplicados.
Podemos resumir
que o Sistema de Condicionamento da Amostra é a aplicação
de vários dispositivos associados, responsáveis pela extração de uma amostra representativa
do processo, condicionando a amostra e enviando ao analisador, aonde é feito a
medição do componente ou componentes da amostra.
de vários dispositivos associados, responsáveis pela extração de uma amostra representativa
do processo, condicionando a amostra e enviando ao analisador, aonde é feito a
medição do componente ou componentes da amostra.
No
desenvolvimento de um Sistema de Condicionamento da Amostra deve ser levado
em consideração as características do fluido a ser amostrado e o tipo de analisador
utilizado para fazer a medição da concentração dos componentes.
em consideração as características do fluido a ser amostrado e o tipo de analisador
utilizado para fazer a medição da concentração dos componentes.
2.0 - Funções do Sistema de Condicionamento da Amostra
As principais funções do Sistema
de Condicionamento da Amostra, são as seguintes;
a)
Coletar e enviar uma amostra representativa do
processo.
b)
Fazer o transporte da amostra retirada da tomada do
processo para o analisador e deste para um vaso coletor ou outro ponto de
retorno no processo.
c)
Condicionar a amostra, ajustando a pressão, temperatura,
fluxo, filtragem e manter a fase da amostra fazendo com que a amostra seja
compatível com as características do analisador continuo do processo.
d)
Seleção e chaveamento do ponto de amostragem e
calibração na entrada do analisador.
e)
O sistema de
condicionamento da amostra deve ser projetado para reunir alternativas técnicas
que possibilitem uma fácil manutenção do condicionador da amostra, incorporando
quando necessário um sistema de limpeza automática, por exemplo da sonda dos filtros, drenagem do coletor de
condensado, etc.
No desenvolvimento de um Sistema de Condicionamento da Amostra,
devemos sempre levar
em consideração a
composição da corrente que pretendemos analisar, incluindo os contaminantes.
Alguns contaminantes tais como
sólidos ou líquidos, por exemplo em uma fase gasosa
devem ser removidos através
do sistema de amostragem. Além disto é preciso conhecer
o range dos componentes durante a operação normal da planta e também em condições
o range dos componentes durante a operação normal da planta e também em condições
anormais do processo (partida,
shutdown, alteração de carga), para podermos ter certeza
que o sistema de
condicionamento e o analisador continuo do processo operam de forma
satisfatória.
2.1.2 Localização do ponto de amostragem
a) O ponto de amostragem deve estar localizado em um local do processo aonde a amostra
seja a mais representativa possível.
b)
O local escolhido para instalar o ponto de
amostragem precisa estar localizado em
um
ponto do processo no qual o valor medido possa trazer benificios na correção do produto.
ponto do processo no qual o valor medido possa trazer benificios na correção do produto.
c) Equipamentos de processo tais como tanques ou
acumuladores, devem ser
evitados devido capacitancia destes equipamentos, produzindo atraso na leitura do valor
real da amostra.
evitados devido capacitancia destes equipamentos, produzindo atraso na leitura do valor
real da amostra.
d)
Sempre que for possível procure aproximar o analisador
do ponto de amostragem, pois
isto reduz o tempo de transporte da amostra e também o custo da instalação.
isto reduz o tempo de transporte da amostra e também o custo da instalação.
e) O local escolhido deve oferecer quando possível um diferencial de pressão
significativo para facilitar o retorno da amostra ao
processo. Evite instalar o
ponto de amostragem assim como o retorno da amostra ao processo, próximo de
válvulas decontrole do processo, porque o movimento da válvula de controle acaba
interferindo no fluxo da amostra.
ponto de amostragem assim como o retorno da amostra ao processo, próximo de
válvulas decontrole do processo, porque o movimento da válvula de controle acaba
interferindo no fluxo da amostra.
f) Além dos
requisitos mencioandos acima, o ponto de amostragem escolhido deve
facilitar
o acesso para a realização de serviços de limpeza e manutenção.
o acesso para a realização de serviços de limpeza e manutenção.
g) Procure escolher um local do processo aonde a reação ou
mistura, seja a mais estável
possível, evitando locais aonde pode ocorrer mistura de fases.
possível, evitando locais aonde pode ocorrer mistura de fases.
deve estar
localizada no topo da tubulação, isto reduz a entrada de partículas solidas na
linha
de amostragem. Caso a tubulação esteja montada na vertical a tomada deve estar montada
na horizontal, formando um angulo de 50˚ (positivo), isto evita que ocorra redução do fluxo,
para o sistema de condicionamento.
de amostragem. Caso a tubulação esteja montada na vertical a tomada deve estar montada
na horizontal, formando um angulo de 50˚ (positivo), isto evita que ocorra redução do fluxo,
para o sistema de condicionamento.
Sempre que possível deve ser utilizado “sonda de amostragem”, porque a sonda fornece
uma amostra mais representativa aumentando a relação de fluxo para o ponto de
amostragem.
Atenção: Quando a tubulação de processo for de diâmetro menor do que 2”, não existe a
necessidade de se instalar sonda de amostragem. Caso seja necessário instalar a sonda de
amostragem, no trecho da tomada de amostra a linha de ser aumentada para 3” ou maior.
As sondas de amostragem ajudam significativamente na redução dos contaminantes e material
particulado, agindo como um primeiro estágio do sistema de condicionamento da amostra
fazendo a filtragem e o condicionamento.
O
desenho da sonda pode variar em função da aplicação, como exemplo podemos citar a velocidade excessiva do processo no ponto de
amostragem, alta temperatura da amostra, presença de material particulado.
a) Sonda aberta, são construídas a partir de trecho curto em tubo de aço de aço inox com diâmetros externos variando de ¼” a ¾” , com limite de temperatura de aproximadamente
540 ˚C. A sua aplicação se restringe a fluidos limpos sem a presença de material particulado.
a) Sonda aberta, são construídas a partir de trecho curto em tubo de aço de aço inox com diâmetros externos variando de ¼” a ¾” , com limite de temperatura de aproximadamente
540 ˚C. A sua aplicação se restringe a fluidos limpos sem a presença de material particulado.
Fig. 1– Sonda de aberta.
b)
Sonda de
amostragem c/ múltiplos pontos, são utilizadas quando se deseja obter
uma amostra que componha a média do fluxo através da tubulação ou duto. Este
tipo de sonda normalmente se aplica em incineradores, caldeiras, fornos e
aquecedores à gás no qual a estratificação pode ser um problema ou quando é
necessário cumprir a legislação local. A figura 2, mostra a sonda e uma tabela
de correlação entre o diâmetro da tubulação ou duto e o número de furos.
Fig. 2 – Sonda de amostragem c/ múltiplos pontos
Área do duto
(ft2)
|
Quantidade
de Furos
|
Distância dos furos
|
<2
|
2
|
.146 .854
|
2-8
|
4
|
.062 .250,.750,.938
|
8-12
|
6
|
.044.147,.294,.706,.853,.956
|
12-16
|
8
|
.033.105,.195,.321,.679,.805,.895,.967
|
16-24
|
10
|
.019.076,.153,.217,.361,.639,.783,.847,.924,.981
|
Tabela 1 -
Correlação (diâmetro do tubo x número de furos)
a)
Sonda com
dispositivo de filtragem , este
tipo de sonda, mostrado na fig.3,
se
aplica em locais aonde se deseja medir os gases pós-combustão e
existe
quantidade significante de material particulado. O material do
filtro
dependendo das condições do local da amostra (temperatura) e
podem
ser de material sinterizado em aço inox, cerâmica ou tecido.
ser de material sinterizado em aço inox, cerâmica ou tecido.
Fig. 3 – Sonda com
dispositivo de filtragem
Este tipo de
filtro de ser instalado em um ponto do duto que colabore
na redução das
intervenções para manutenção.
Uma alternativa é
a instalação de um anteparo na sonda para evitar a entrada de
material
particulado.
A Sonda pode
receber outros dispositivos tais como controlador de temperatura,
controlador
de ponto de orvalho e também um dispositivo de “blow-black”
para fazer a limpeza automática do
dispositivo de filtragem, introduzindo N2, Ar
ou
Vapor, na linha de amostragem, de forma manual ou automática em
intervalos
pré-programados, sempre que a vazão no sistema de amostragem, cair
para o nível
abaixo do projetado.
Nota: O gás utilizado para fazer o “Blowback” deve estar acima do ponto
de
orvalho para evitar condensação na linha de amostragem ou no filtro da
sonda
e também deve ser compatível com o corrente que esta sendo analisada.
O condicionamento primário da amostra, se aplica somente nos casos em que as
condições da coletada da amostra são extremamente difíceis e não podem ser
facilmente transportadas para o sistema remoto de condicionamento da amostra.
Como exemplo
podemos citar a coleta de amostra em fornos de pirolise
regeneradores de gases
ou outras correntes de gases quentes com
material condensável, particulado ou
finos provenientes de catalisadores,
são as aplicações mais típicas para o
condicionamento primário da amostra.
Um filtro com
coluna de refluxo é montado diretamente na válvula de bloqueio
da tomada do
processo. A seguir a amostra é resfriada e o refluxo do
material condensado
auxilia na lavagem retorno com o material para a tubulação
do processo.
Conforme a
quantidade de material condensado na amostra, pode ser adicionado
vapor na
parte de baixo da coluna refluxo e auxiliar na diluição do acido formado pelo
processo.
2.1.5 - Tempo morto no transporte da amostra.
Nos projetos em que o analisador e o sistema de condicionamento estiverem afastados
do ponto de amostragem e não for possivel reduzir a distância devido a outros aspectos
técnicos, deve ser levado em consideração o tempo de atraso provocado pela linha de
amostragem.
O tempo necessário para o transporte da amostra até o analisador pode em alguns
casos contribuir para o aumento no tempo morto total que compreende as fases da coleta
da amostra, do transporte, do condicionamento e o tempo de resposta do proprio .
O tempo necessário para o transporte da amostra até o analisador pode em alguns
casos contribuir para o aumento no tempo morto total que compreende as fases da coleta
da amostra, do transporte, do condicionamento e o tempo de resposta do proprio .
Uma alternativa para reduzir o tempo de transporte da amostra é utilizar um "fast loop"
instalado entre o equipamento do processo e um ponto intermediário com retorno
para um ponto de pressão baixa do processo aonde a amostra possa retornar, sem
interferir na funcionalidade do analisador.
O tempo de transporte da amostra ou tempo morto, se relaciona com o diâmetro
e comprimento da linha de amostragem a pressão absoluta na linha e vazão.
isto determinar a volume total da amostra, dividido
pelo valor da taxa de
fluxo, aplicando as seguintes equações em função da fase
da amostra;
1) Equação
para amostras na fase liquida:
tm
= (V) (L)
Fr
2) Equação para amostras na fase vapor :
tm = (V)
(L) (P +14.7) (530)
Fs 14.7 460 +T
Onde;
Tm = Tempo de transporte da amostra
(minutos)
P
= pressão na linha de amostragem
(psig)
V
= Volume do tubo de amostragem
(cc/ft)
L
= Comprimento da linha em (ft)
Fr
= Taxa de fluxo
Fs
= Taxa de fluxo em cc/min, na
condições padrão (14.7 psia, 70˚ F)
T
= Temperatura em ˚F
No caso de amostras na fase gás,
para uma quantidade fixa o volume
varia diretamente com a temperatura absoluta
e inversamente com a pressão absoluta.
Como o gás opera normalmente na pressão atmosférica para
estabilização,
o método mais simples para determinar o tempo de atraso na linha
de transporte
é relacionar o volume total do gás no sistema
em condições padrão de pressão
e
temperatura (STP).
Uma alternativa para reduzir o tempo morto da amostra é desenvolver um "fast loop"
antes da amostra ser enviada para o analisador, conforme é mostrado no diagrama
da fig.4.
Fig.4 - Diagrama esquemático do “Fast loop”, fabricado pela Swagelock para
Sistema de Amostragem
2.1.6 - Vaporização de Amostras liquidas e o tempo
morto.
A vaporização de amostras
liquidas, são complicadas de serem executadas,
contribuindo
com um atraso na analise por causa do efeito da expansão
por exemplo de um
hidrocarboneto na fase liquida que é alterado para a fase
vapor.
Tipicamente hidrocarbonetos leves
podem ter uma expansão que varia de 600 para 1,
resultando em 1 centímetro
cubico (cc) de liquido, formando aproximadamente 600cc de
vapor. Sendo que a
velocidade do vapor varia 2000 cc/min, uma amostra representativa do
processo
não é purgada adequadamente na linha de transporte da amostra e uma
vaporização
parcial pode vir a ocorrer se a vazão do volume liquido, não for ajustada de
forma correta para se transformar em vazão de vapor.
Nos casos em que existe alta pressão associada a alta
temperatura o ideal é que o seja
construído um orifício de restrição no flange
de acoplamento com o processo com um
diâmetro de 1/8” com o objetivo de se
evitar um volume morto de amostra e também para
minimizar o volume morto entre
a sonda de amostragem e o regulador-
vaporizador, figura 8.
vaporizador, figura 8.
Fig.8 – Diagrama esquemático de um vaporizador da amostra
2.1.7 – Dimensionamento da
linha de transporte da amostra
vários fatores tais como;
a) Estado
da amostra, fase gás ou liquida
b) Ponto
de Orvalho
c) Ponto
de Borbulhamento
d) Densidade
e) Viscosidade
pressão, não é um fator
significante, porem para os casos em que existir alta vazão
e linha de
amostragem longas, a queda da pressão pode se tornar um fator importante
no
projeto do sistema de amostragem.
Normalmente a densidade relativa do
gás ou liquido, não afetam o calculo do tempo morto.
A densidade relativa deve ser
considerada quando for necessário especificar os
indicadores e controladores da
vazão.
A tabela 2, a seguir deve ser utilizada para os casos em
que a amostra esteja na fase gás;
Tabela 2 – Perda de pressão x diâmetro da linha para cada 100 ft linha
de amostragem
(Amostra na fase gás)
Diâmetro
da linha
|
Factor
Fricção
|
Espes.
Parede
Tubo
|
Diâmetro
interno
|
Darcy
Head Loss
|
Metano
densidade
(lb/ft3)
|
Metano
d/p
(psi)
|
C02
Densidade
(lb/ft3)
|
C02
d/p
(psi)
|
Butano
Densidade
(lb/ft3)
|
Butano
Densidade
(psi)
|
1/8”
|
0.035
|
0.028
|
0.069
|
9.417
|
0.042
|
0.0027
|
0.116
|
0.0076
|
0.153
|
0.0100
|
0.035
|
0.035
|
0.055
|
11.815
|
0.0034
|
0.0095
|
0.0126
|
||||
¼
“
|
0.028
|
0.028
|
0.194
|
2.680
|
0.0008
|
0.0022
|
0.0028
|
|||
0.028
|
0.035
|
0.180
|
2.888
|
0.0008
|
0.0023
|
0.0031
|
||||
0.028
|
0.049
|
0.152
|
3.420
|
0.0010
|
0.0028
|
0.0036
|
||||
0.028
|
0.065
|
0.120
|
4.332
|
0.0013
|
0.0035
|
0.0046
|
||||
3/8”
|
0.025
|
0.035
|
0.305
|
1.522
|
0.0004
|
0.0012
|
0.0016
|
|||
0.025
|
0.049
|
0.377
|
1.676
|
0.0005
|
0.0013
|
0.0018
|
||||
0.025
|
0.065
|
0.245
|
1.894
|
0.0006
|
0.0015
|
0.0020
|
||||
½”
|
0.022
|
0.035
|
0.430
|
0.950
|
0.0003
|
0.0008
|
0.0010
|
|||
0.022
|
0.049
|
0.402
|
1.016
|
0.0003
|
0.0008
|
0.0011
|
||||
0.022
|
0.065
|
0.370
|
1.104
|
0.0003
|
0.0009
|
0.0012
|
||||
0.022
|
0.083
|
0.334
|
1.223
|
0.0004
|
0.0010
|
0.0013
|
||||
1/8”
|
0.027
|
0.088
|
0.364
|
1.377
|
0.0004
|
0.0011
|
0.0015
|
|||
Sch.80
|
0.025
|
0.119
|
0.302
|
1.660
|
0.0005
|
0.0013
|
0.0018
|
|||
¾”
|
0.025
|
0.113
|
0.824
|
0.563
|
0.0002
|
0.0005
|
0.0006
|
|||
Sch.80
|
0.025
|
0.154
|
0.742
|
0.626
|
0.0002
|
0.0005
|
0.0007
|
|||
1”
|
0.023
|
0.133
|
1.049
|
0.407
|
0.0001
|
0.0003
|
0.0004
|
|||
Sch.80
|
0.025
|
0.179
|
0.957
|
0.485
|
0.0001
|
0.0004
|
0.0005
|
Perda de pressão por atrito= (Frict.Factor)(Line lenght)(Square of Line Velocity
(2)
(Gravity Constant) (Line ID)
Units= (ft)(ft2)/sec.2) = ft
(ft/sec.2)(ft)
Pressure
Drop = (Friction Head Loss) (Density)
Units=
(lb/ft2) (ft2/144in2) = psi
Gravity
Constant= 32.1725 ft/sec2
Flow
Velocity= 1 ft/sec
Fonte: API - American Petroleum Institute
Linhas aquecidas: A linha de impulso pode ser aquecida ou não
aquecida. As linhas
não aquecidas são utilizadas nos casos em que as condições climáticas são favoráveis ou
seja, serão utilizadas em regiões onde a temperatura ambiente média ao longo do
ano, nunca será menor do que 20˚C (O ponto de Orvalho do gás amostrado, ou ponto
de dimerização no caso de polímeros), assim como a fase do gás amostrado não se altera
até chegar ao condicionador da amostra e deste para o analisador.
não aquecidas são utilizadas nos casos em que as condições climáticas são favoráveis ou
seja, serão utilizadas em regiões onde a temperatura ambiente média ao longo do
ano, nunca será menor do que 20˚C (O ponto de Orvalho do gás amostrado, ou ponto
de dimerização no caso de polímeros), assim como a fase do gás amostrado não se altera
até chegar ao condicionador da amostra e deste para o analisador.
No passado devido a não
disponibilidade de tecnologia apropriada era comum, ser
montado paralelamente a
linha de amostragem, uma tubulação de cobre (diâmetro ¼”
ou 3/8” OD) com vapor,
para aquecimento durante todo o trajeto desde a tomada
de processo até o
Sistema de Condicionamento da amostra.
O inconveniente é que este tipo
de adaptação, acaba deixando de cumprir a finalidade
para a qual foi projetado
devido a problema tais como: falha no sistema de drenagem
do condensado (trap),
baixa proteção mecânica do tubo de aquecimento, dificuldade
na instalação,
isolação inadequada e dificuldades para manutenção e o principal dos
erros que
é o erro introduzido no dimensionamento térmico no calor necessário
para a
manutenção da temperatura desejada do gás no circuito da amostra.
A vazão do fluido através da linha
de amostragem e das conexões do sistema de
amostragem tem sido exaustivamente
analisado e existem várias documentos
técnicos a respeito deste tema.
O calculo para seleção do
diâmetro correto da linha, escoamento e perda de carga,
exigem dados precisos para
se obter o diâmetro correto da linha de amostragem.
A velocidade do fluxo na linha de
amostragem esta relacionada com a queda da pressãona linha conforme mostra a equação de Darcy;
hL= (fLV2)/(2Dg)=0.1863 (flV2)/(d)
onde;
hL = perda por fricção nas
paredes do tubo
f= factor de fricção em função do material do
tubo.
L= comprimento da linha de
amostragem
V= velocidade linear do fluido
g= aceleração em função da
gravidade
d= diâmetro interno da linha em
polegadas
D= diâmetro interno da linha em pés
Sendo que DP = phL então a queda na linha de amostragem pode ser calculada
conforme equação mostrada a seguir;
DP = 0.001294 fLpV2
d
O fator de fricção, é diferente
em função do diâmetro da linha
Tipo de linha Diametro da linha Factor de Fricção
Tubing ¾” 0.018
Tubing ½” 0.022
Tubing ¼” 0.028
Tubing 1/8” 0.035
Schedulle 80 1” 0.0225
Schedulle 80 ¾” 0.0245
Schedulle 80 ½” 0.026
Schedulle 80 ¼” 0.032
que a amostra fique bem misturada
e representativa em relação as condições do processo.
No caso de amostras na fase
gás a questão da mistura geralmente não pode ser
garantida, porém amostras com
fluxo laminar ou misturadas com liquido pode
resultar em dados não
representativo das condições do processo.
Pode ser obtido uma estimativa de
que irá ocorrer uma mistura da amostra
calculando o Número de Reynolds do fluxo
de amostra.
O número de Reynolds é um número
que é baseado no diâmetro interno
da linha, navelocidade linear do fluido,
densidade e viscosidade dinâmica
do gás ou liquido através da utilização da
equação mostrada a seguir;
Re 123,9 (DP) / (µ)
Onde;
Re= Número de Reynolds
d= diâmetro interno da linha (polegadas)
V= velocidade do fluido (ft/sec)
p= densidade em lb/ft3
µ= viscosidade dinâmica (centipoise)
Como referência, velocidades na
linha de amostragem maiores do que 4000, são
considerada turbulentas.
Velocidades menores do que 2000 são consideradas como
laminares (baixa
mistura).
Amostras na faixa entre 2000 e 4000 são consideradas
em transição ou parcial agitadas.
E x e m p l o:
Qual é o número de Reynolds para
uma tubulação de ¼” com parede de 0.035”, com
o fluido nas seguintes condições;
Água na viscosidade de 0.692 CP a
100ºF e na densidade de 62.43 lb/ft3, com o
comprimento da linha de 300 ft e o
tempo morto de 2 minutos (120 segundos)
Re=123.9 (0.18” x 2.5 x 62.43)/(0.692)=5030 (fluxo turbulento)
Em razão do exposto no parágrafo acima, são necessários dados precisos que nos
auxiliem no trabalho de especificação das linhas de amostragem e os seguintes dados
são essenciais, conforme mostrado na tabela 3;
Tabela 3 – Dados técnicos
Item
|
D e
s c r
i ç ã
o
|
O b s e r v a ç õ e s
|
1
|
Tempo aceitável de atraso na
linha de amostragem
|
|
2
|
Pressão e Temperatura de
operação no ponto de amostragem.
|
Considerar as condições normais
e anormais da pressão e sempre utilizar o pior caso.
|
3
|
Pressão e Temperatura de
operação no retorno da amostra.
|
|
4
|
Limite da pressão, na entrada
do analisador.
|
Verifique os dados técnicos do
fabricante do analisador
|
5
|
Distância entre o ponto de
amostragem e o analisador.
|
A mais curta que for possível.
|
6
|
Distância entre o analisador e
o ponto de retorno da amostra.
|
Não deve ser longa.
|
7
|
Especificação da linha de
amostragem (diâmetro, material da tubulação)
|
Especifique um diâmetro que não
deixe um volume morto de amostra.
|
8
|
Estado do fluido de processo
(vapor ou liquido, composição, ponto
de ebulição, ponto de orvalho, densidade, viscosidade.
|
A amostra deve sempre estar em
uma única fase.
|
9
|
Dados técnicos do analisador
(pressão, temperatura, vazão, etc.)
|
Deve ser lido com atenção, para
servir de referência durante o projeto do condionador da amostra.
|
10
|
Emitir um diagrama esquemático,
mostrando os detalhes da linha de transporte da amostra, válvula, uniões,
filtros, vasos, etc.
|
Não esquecer de especificar
materiais compatíveis com o fluido de processo.
|
2.1.8 – Como
selecionar as linhas de transporte da amostra
A premissa nesta seleção é que
durante o transporte da amostra, o gás nunca deve atingir a temperatura do
ponto de Orvalho ou do ponto de dimerização, no caso de polímeros. Assim como a
fase do gás amostrado não deve se alterar até chegar ao condicionador da
amostra e deste para o analisador. Outro ponto ser observado é a necessidade de
proteção do operador contra queimaduras que podem ser provocadas por altas
temperaturas do gás amostrado. Caso estas premissas acima ocorram isto ocorra
deve se recorrer a dispositivos de:
Ø
Isolação da temperatura do gás amostrado. Neste
caso é puramente questão de segurança, ou ainda podendo retardar a troca
térmica direta do fluído do processo para o ambiente, ao longo da linha caso
esta troca, possa resultar em temperaturas abaixo da temperatura do ponto de
Orvalho ou do ponto de dimerização.
Ø Manutenção da temperatura do fluído de processo através de traço elétrico ou à vapor. Neste caso, deve-se executar o cálculo térmico para definição da potência necessária para a reposição da perda de calor para o ambiente ao longo da linha, evitando-se que a temperatura atinja abaixo do ponto de Orvalho ou do ponto de dimerização.
Havendo a necessidade do Traço, os dados essenciais ao cálculo térmico , são:
- TEMPERATURA DESEJADA( ACIMA DA TEMP. DE
ORVALHO)
- TEMPERATURA MÁXIMA E MÍNIMA AMBIENTE(VER
ESTATISTICA LOCAL)
- SE O TRAÇO PERCORRERÁ AMBIENTE ABERTO(VENTOS)
OU FECHADO.
- COMPRIMENTO DA LINHA
- DIÂMETRO OD
DO TUBING DE PROCESSO
- MATERIAL PARA O TUBING DE PROCESSO
(NORMALMENTE AÇO INOX, EM CASO DE PLÁSTICOS, VERIFICAR POSSÍVEIS PROBLEMAS
COM A POROSIDADE)
- DEFINIR SE O TUBING PODE SER SOLDADO OU SEM
COSTURA( NA MAIORIA DOS GASES, PRINCIPALMENTE HIDROGÊNIO E HIDROCARBONETOS
RECOMENDA-SE SEM COSTURA)
- CLASSIFICAÇÀO DA AREA, CASO A OPÇAO SEJA TRAÇO
ELÉTRICO
- PRESSÀO DO VAPOR DISPONÍVEL, CASO A OPÇAO SEJA
TRAÇO À VAPOR.
Calculada a necessidade de Calor para atendimento da premissa básica, deve-se definir
qual será a fonte de calor para o Traço. Vamos expor abaixo um roteiro com perguntas
de modo que possa ser avaliada a melhor alternativa do tipo de traço.
2.
A Temperatura necessária pode ser suprida pela pressão
de vapor existente? Ver tabela da Entalpia do Vapor.
3.
Sendo vapor, o calculo térmico irá definir qual o
comprimento máximo para 10% de perda de pressão do vapor.
4.
A partir deste ponto acima deve ser utilizado um
purgador e nova injeção de vapor vivo a partir do Header existente, exceto onde
o cálculo térmico definir que a temperatura de saída do vapor, na menor
temperatura ambiente possível, seja maior que a temperatura desejada.
5.
Sendo Elétrico, a primeira questão é definir um
fabricante que possa atender a classificação de explosividade da área.
6.
Sendo elétrico, pode ser com traço auto-regulável?
Traço Auto-regulável só pode manter temperaturas até 121º C. A temperatura
máxima da linha, em condições de extraordinárias (blow-down, limpeza , etc) não
deve ultrapassar a 216º C. Acima deste valor deve ser usada resistência
elétrica de potência constante.
7.
Em caso de uso de traço elétrico Auto-regulável, deve ser
observada a temperatura máxima que o fluído de processo pode chegar(evitar o
coke nas linhas ou até polimerização do gás), quando a temp. ambiente for
máxima. Caso a possibilidade exista, deve ser utilizado um controlador ou
termostato para limitar a potência de chegar neste ponto
8.
Traço Elétrico pode manter temperaturas até 349º C,
utilizando-se resistência Elétrica de potência constante. Deve-se utilizar um
controlador de temperatura para manter-se a temperatura em um ponto desejado.
Neste traço a temperatura máxima da linha, em condições de extraordinárias
(blow-down, limpeza , etc) não deve ultrapassar a 538º C
2.1.8.1 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE SISTEMAS
MULTITUBINGS COM TRAÇOS
TIPO
|
TEMPERATURA
|
CUSTO INICIAL
|
MANUTENÇÃO
|
PESO/DIAM.
|
VAPOR
|
ALTA
|
BAIXO
|
MAIOR
|
MAIOR
|
ELÉTRICO
|
BAIXA ( <
349º C)
|
ALTO
|
ZERO
|
MENOR
|
Existem alguns fabricantes que
ofertam um produto pronto para ser instalado, sendo
um conjunto ou feixe de
tubos, conhecidos como multi-tubing, podendo ter seus
materiais em aço inox e
metais nobres com ou sem costura, e ainda plásticos de
Engenharia, pré-isolados
térmicamente e traceados com cinta elétrica
ou à vapor,
protegidos mecanicamente por uma jaqueta de Plástico, onde
recomenda-se para
aplicação em área externa, o uso de Poliuretano, que não é
sensível a raios UV, como
o PVC. Este conjunto proporcionará um
rendimento térmico previsível e confiável
nas linhas de processo.
Estando
disponível em rolos de grande comprimento(até 630 metros contínuos), o que
reduz
o número conexões e vazamentos nas mesmas, sendo por isto mesmo de fácil
instalação, reduzindo bastante o custo da mão de obra instaladora.
Na escolha do fabricante, o ponto mais importante
tecnicamente é a garantia, precisão
e repetibilidade para os cálculos térmicos,
os quais podem ser feito pelo fabricante ou
empresa contratada para a
engenharia.cm
Recomenda-se também a escolha dos feixes
multi-tubings com construção em paralelo, ao
invés dos trançados, pois os Tubings podem ter até 20 cm de curvatura mínima, conservam a
invés dos trançados, pois os Tubings podem ter até 20 cm de curvatura mínima, conservam a
forma desejada,
dobram-se mais facilmente, e podem ter Trecho Contínuo de até 630 metros
e
muitas vezes nenhuma união é feita no campo.
2.1.8 – Como
selecionar as linhas de transporte da amostra
A premissa nesta seleção é que
durante o transporte da amostra, o gás nunca deve
atingir a temperatura do
ponto de Orvalho ou do ponto de dimerização, no caso de
polímeros. Assim como a
fase do gás amostrado não deve se alterar até chegar
ao condicionador da
amostra e deste para o analisador. Outro ponto a ser observado
é a necessidade de
proteção do operador contra queimaduras que podem ser provocadas
por altas
temperaturas do gás amostrado. Caso estas premissas acima ocorram deve
se recorrer a dispositivos de:
segurança, ou ainda podendo retardar a troca
térmica direta do fluído do processo
para o ambiente, ao longo da linha caso
esta troca, possa resultar em temperaturas
abaixo da temperatura do ponto de
Orvalho ou do ponto de dimerização.
Manutenção da temperatura do fluído de processo através de traço elétrico ou à vapor.
Neste caso, deve-se executar o cálculo térmico para definição da potência necessária
para a reposição da perda de calor para o ambiente ao longo da linha, evitando-se
que a temperatura atinja abaixo do ponto de Orvalho ou do ponto de dimerização.
Havendo
a necessidade do Traço, os dados essenciais ao cálculo térmico , são:
- TEMPERATURA DESEJADA( ACIMA DA TEMP. DE
ORVALHO)
- TEMPERATURA MÁXIMA E MÍNIMA AMBIENTE(VER
ESTATISTICA LOCAL)
- SE O TRAÇO PERCORRERÁ AMBIENTE ABERTO(VENTOS)
OU FECHADO.
- COMPRIMENTO DA LINHA
- DIÂMETRO OD
DO TUBING DE PROCESSO
- MATERIAL PARA O TUBING DE PROCESSO
(NORMALMENTE AÇO INOX, EM CASO DE PLÁSTICOS, VERIFICAR POSSÍVEIS PROBLEMAS
COM A POROSIDADE)
- DEFINIR SE O TUBING PODE SER SOLDADO OU SEM
COSTURA( NA MAIORIA DOS GASES, PRINCIPALMENTE HIDROGÊNIO E HIDROCARBONETOS
RECOMENDA-SE SEM COSTURA)
- CLASSIFICAÇÀO DA AREA, CASO A OPÇAO SEJA TRAÇO ELÉTRICO
- PRESSÀO DO VAPOR DISPONÍVEL, CASO A OPÇAO SEJA
TRAÇO À VAPOR.
Calculada
a necessidade de Calor para atendimento da premissa básica, deve-se definir qual será a fonte de calor para o
Traço. Vamos expor abaixo um roteiro com perguntas de modo que possa ser
avaliada a melhor alternativa do tipo de traço.
1.
O que existe disponível localmente: Vapor ou
Eletricidade?
2.
A Temperatura necessária pode ser suprida pela pressão
de vapor existente? Ver tabela da Entalpia do Vapor.
3.
Sendo vapor, o calculo térmico irá definir qual o
comprimento máximo para 10% de perda de pressão do vapor.
4.
A partir deste ponto acima deve ser utilizado um
purgador e nova injeção de vapor vivo a partir do Header existente, exceto onde
o cálculo térmico definir que a temperatura de saída do vapor, na menor
temperatura ambiente possível, seja maior que a temperatura desejada.
5.
Sendo Elétrico, a primeira questão é definir um
fabricante que possa atender a classificação de explosividade da área.
6.
Sendo elétrico, pode ser com traço auto-regulável?
Traço Auto-regulável só pode manter temperaturas até 121º C. A temperatura
máxima da linha, em condições de extraordinárias (blow-down, limpeza , etc) não
deve ultrapassar a 216º C. Acima deste valor deve ser usada resistência
elétrica de potência constante.
7.
Em caso de uso de traço elétrico Auto-regulável, deve ser
observada a temperatura máxima que o fluído de processo pode chegar(evitar o
coke nas linhas ou até polimerização do gás), quando a temp. ambiente for
máxima. Caso a possibilidade exista, deve ser utilizado um controlador ou
termostato para limitar a potência de chegar neste ponto
8.
Traço Elétrico pode manter temperaturas até 349º C,
utilizando-se resistência Elétrica de potência constante. Deve-se utilizar um
controlador de temperatura para manter-se a temperatura em um ponto desejado.
Neste traço a temperatura máxima da linha, em condições de extraordinárias
(blow-down, limpeza , etc) não deve ultrapassar a 538º C
2.1.9 – Descarte da amostra
amostra. Como a
amostra após ter sido medida esta na condição de baixa pressão,
devemos
utilizar um ponto de retorno que facilite a retorno da amostra.
Quando não existir um ponto de
retorno no processo e a amostra precisa ser descartada
o melhor é interligar o
retorno a linha de “flare” ou a um outro ponto aonde possa
ser incinerada.
Descarte de amostra de hidrocarbonetos diretamente para a atmosfera
deve ser
proibido devido a motivos ambientais. Caso a amostra esteja na fase
liquida,
podemos utilizar um dispositivo que faça a coleta do material para um vaso e
através de uma bomba a amostra possa ser reaproveitada no processo.
2.1.10 – Ponto de coleta da
amostra para o Laboratório
Sempre que possível o ponto de
coleta da amostra a ser enviada para o Laboratório,
deve ser instalado no mesmo
local aonde se retira a amostra que o analisador
continuo utiliza para fazer a
medição. Isto garante que ambas as amostras foram
retiradas de um mesmo ponto
do processo, assegurando que os valores medidos
em ambos sistemas de analise,
recebam a mesma amostra representativa do processo.
A seguir esta descrito os
diversos componentes que poderão ser selecionados, em função
do estado que se
apresenta a amostra e aplicados no projeto do condicionador da
amostra.
A partir deste ponto surge um
novo desafio que será interligar os diversos componentes
de tal modo que seja
possível obter uma perfeita funcionalidade, envolvendo
também aspectos
relacionados com o local de instalação e a manutenção do
condicionador da
amostra.
Para facilitar o entendimento, na
tabela 2, foi selecionado de modo genérico os
principais componentes do
condicionador em função do estado em que se encontra
a amostra;
Tabela 2 – Componentes do condicionador da amostra;
Item
|
Fase da Amostra
|
Relação
dos principais componentes
|
1
|
Fase vapor/gás com
retenção de condensado |
a) Filtro aquecido
b) Reguladora de pressão aquecida,
c) Sistema de refrigeração
d) Lavador,
e) Filtro
f)Aquecedor.
|
2
|
Fase vapor/gás sem
retenção de condensado
|
a) Filtro aquecido
b) Sistema de refrigeração
b) Separador de liquidos
c) Filtro
d) Aquecedor
e) Reguladora de pressão
|
4.0 - Projeto de um Sistema de
Condicionamento da Amostra
Como exercício para fixar os conceitos indicados nos itens descriminados acima, o treinando deverá executar um projeto de um Sistema de Condicionamento da Amostra por extração continua, para atender as necessidades de um analisador de gases tipo IR (infravermelho+paramagnético) conforme as especificações indicadas a seguir;
HF1 e controle de abertura do “damper” do ventilador de tiragem forçada da caldeira.
b) Condições do processo: Pressão: 100 mm Col.H2O / Temperatura: 200 ºC
c) Composição da Amostra: CO , CO2, O2, SO2.
d) Localização da tomada: Parte superior
da Saída dos gases para chaminé.
e) Distância entre a tomada da amostra e o
sistema de amostragem + analisador: 50 metros
f) Tipo de Analisador:CO (infravermelho)
(range= 0-500ppm)/ O2
( paramagnético) (range=0-25%)
g) Classificação da área: Uso Geral
h) Amostra c/teor de úmidade e corrosão
i) Observação: Acrescentar sistema para
calibração (Zero e Span) do analisador
e partida.
Um conjunto apropriado de
registros e documentos, é de extrema importância para o pessoal que planeja
e executa a manutenção do Sistema de
Amostragem e do próprio Analisador, com o objetivo de facilitar o planejamento da manutenção preventiva e a
localização de qualquer problema que esteja ou possa a vir a afetar a funcionalidade do conjunto.
A seguir esta relacionado os
registros e documentos que o arquivo dos analisadores deve possuir;
a) Diagrama
do sistema de amostragem ( incluindo “fast loop e ponto de retorno da amostra)
b) Diagrama
de malhas, diagrama de interligação elétrica, tubulação
c) P&D
simplificado
d) Especificação
do(s) analisador(es)
e) Manual
de Instrução do Sistema de Amostragem e do Analisador, tais como (procedimento
de partida, set-point da vazão, pressão e temperatura, etc.)
f) Certificados
de calibração dos analisador(es) e gases de calibração.
g) Procedimentos
para calibração do analisador e dispositivos de saída para registradores,
PLC’s, DCS.
único, que pode ser utilizado em todas as aplicações. Para cada tipo de fluido e
principio de medição do analisador deve ser elaborado um projeto especifico.
Nereu Guimarães (ng1949@uol.com.br)
Fantástico!!!
ResponderExcluirE sobre análise de H2S, gostaria de algumas dicas de como deve ser um bom sistema de amostragem nessa análise..