Instrumentação Analitica, Sistemas de Amostragem: A ciência por trás do Condicionamento da Amostra

"A CIÊNCIA POR TRÁS DO CONDICIONAMENTO DA AMOSTRA"

Antonio Carlos Alves (ac@delmarcbr,com.br)

Nesta postagem, o autor aborda as técnicas que devem ser utilizadas no desenvolvimento de sistemas de condicionamento da amostra de gases e os componentes utilizados na remoção de condensado.

Qual a importância do Sistema de Condicionamento da Amostra?

Antonio Carlos Alves - Delmar Control do Brasil

Função principal:
1) Entregar uma amostra representativa do componente atual a ser medido na corrente de gás para o analisador.

2) Proteção do Analisador

O projeto do Sistema de Condicionamento da Amostra, deve ser um projeto adequado a aplicação que esta sendo desenvolvida, o qual é a chave para a analise correta do componente a ser medido e com desempenho preciso.

Atenção: Projeto incorreto é a principal causa de distorção da amostra e em consequência erros de leitura, acarretando incluive problemas de funcionalidade do analisador.
Representa o maior desafio para todos os envolvidos no projeto!
Na maioria das vezes é um projeto personalizado e os produtos recomendados para uma aplicação, podem não ser apropriados para uma outra aplicação.

Considerações sobre o projeto

Dados que devem ser considerados durante a fase de desenvolvimento do projeto;

1-Tipo de análise
2-Composição do gás (rico vs pobre)
3-Variedade e concentração de contaminantes
4-Condensados, aminas, glicol, etc….
5-Valores de pressão e temperatura
6-Vazão precisa requerida pelo analisador
7-Condições de temperatura ambiente

Quimica & Física Básica

Aplicação básica de Química e Física é fundamental quando se lida com todos os aspectos do sistema de condicionamento de amostras.

O liquido que existe na linha é dinâmico e em constante mutação de formas

Liquidos DEVEM SER separados!!!!

Não existe tecnologia disponível comercialmente para extração de amostra de gás contendo uma quantidade conhecida de líquido arrastado".

Equilibrio Vapor/Liquido;

Um estado dinâmico de equilíbrio, onde o número de moléculas de vapor que condensa é estatiscamente igual ao número de moléculas do líquido que vaporiza.

Gás/Vapor

Liquido

Temperatura sobe, pressão baixa, resulta em vaporização

Temperatura baixa, pressão sobe, resulta em condensação

Equilibrio Vapor/Liquido de uma amostra

A pressão de vapor de cada componente varia com a temperatura.

Concentração de vapor de cada componente (fase de composição de gás) depende da pressão e temperatura do sistema.

Existem partes iguais na fase Gás/Vapor? De forma alguma, se há partes iguais na fase liquida.

Exemplo 1: Pressão Diminui, temperatura aumenta!

O que acontece?

Alteração da composição da fase gás!

Exemplo II - Pressão Aumenta, temperatura diminui!

O que acontece?

Alteração da composição da fase do gás!

Conclusão;

Quando o liquido está presente em uma amostra de gás, mudanças, tanto na pressão quanto na temperatura irão alterar a composição da fase gasosa.

Erros de composição são caros!

Se valor em BTU e o cálculo da vazão é impreciso, o valor monetário atribuído ao gás também será impreciso!

Na industria de Gás Natural as normas relativas à amostragem são as seguintes;

American Petroleum Institute (API)

14.1 - Medição de gás natural líquefeito (coleta e manuseio de amostras de gás natural para transferência de custódia)

Gas Processors Association (GPA)

2166-05—Obtenção de amostras de gás natural para análise por cromatografia gasosa.

ISO 10715
Diretrizes da Amostragem de Gás Natural

Quando os líquidos estão presentes, NÃO podemos:

a) O ambiente mais quente que o gás que esta sendo amostrado;

Não se deve simplesmente aquecer o gás que esta sendo amostrado

b) Gás mais quente que ambiente;

Não se deve utilizar como alternativa, resfriar o gás que esta sendo amostrado.

ATENÇÃO, NÃO PODEMOS IGNORAR A PRESENÇA DE LÍQUIDOS!

1) Não se pode reduzir a pressão internamente

2) Não se pode reduzir a pressão externamente

Já que não podemos ignorar o líquido, o que podemos fazer?

a) Separar o líquido da fase de gás nas condições de pressão e temperatura de operação em
linha.

b) Utilizar sondas com filtro de membrana na extremidade da sonda.

c) Tomar medidas para "des-saturar" a amostra

d) Queda de pressão

e) Aumento de temperatura

DIAGRAMA DE FASE DO GÁS NATURAL

Ferramenta visual muito útil para a tomada de decisões na concepção, exploração e resolução de problemas de um sistema de condicionamento da amostra.

Ajuda a determinar;

a) Ponto de orvalho dos hidrocarbonetos

b) Presença de liquido (fonte e amostra)

c) Requisitos do Equipamento

d) Necessidades de aquecimento

Atenção existe diferenças entre os diagramas de fase;

DE SATURAÇÃO

Fase Gasosa Saturada e em Pto.Orvalho

Fase liquida

a) Se baixarmos a Temperatura ou Aumentarmos a Pressão – O que acontece ?

Resposta, condensação, portanto composição alterada!

b) Aumentar a Temperatura e Baixar a pressão – O que acontece ?

Nada…Não há líquido para vaporizar, a composição se conserva.

Conclusão: O gás é De-saturado (afastamos o gás do Ponto de Orvalho)

Ajuda a prevenir a condensação.

          Repressão do Pto.Orvalho      Superaquecimento
                  De-Saturação

Atenção: A sequência correta dos eventos é necessária para evitar distorções da amostra.

A amostra dessaturando ANTES da filtragem do liquido, causa:

1-O liquido se evapora enriquecendo composição.
2-O valor BTU é aumentado.
3-As constantes fisicas calculadas a partir da composição estão incorretas.
4-O valor monetário atribuido ao gás natural está incorreto (energia)

R E S U M O

O desenho e operação apropriados dos sistemas condicionamento de amostra são a chave para um bom desempenho dos analisadores e uma medida precisa.

Quando o líquido é arrastado no gás que esta sendo amostrado, devemos:

1.      Separar o líquido da fase gasosa a condições de pressão e temperatura de linha.

          Usar sondas com ponto de membrana inseridas verticalmente na fonte.

2.      Seguir os passos para des-saturar a amostra para transporte.

Baixar a pressão

Logo, aumentar a temperatura

Atenção: Obedecer a sequência de eventos é crucial !!