METODOLOGÍA CH3-A - dimec

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
HSN/vcp.
INGENIERIA DE EJECUCION MECANICA
PROGRAMA DE PROSECUCION DE
ESTUDIOS VESPERTINO
ASIGNATURA CONTAMINACION AMBIENTAL Y
DESARROLLO SUSTENTABLE
NIVEL 06
EXPERIENCIA E961
“METODOLOGIA CH3-A”
HORARIO: MARTES DE 19.00 A 21.30 HRS.
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METODOLOGÍA CH3-A
DETERMINACÓN DE CO; CO2 Y O2
D.S. N°58 DEL 2003
1.
¿Para que se usa la metodología CH3-A?
Para evaluar, por método instrumental, las emisiones de CO;
CO2 y O2 proveniente de fuentes fijas de combustión o de
proceso.
2.
¿Cuál es el procedimiento genera que utiliza la metodología?
Se extrae una muestra representativa del efluente (gases de
escape) y se analiza instrumentalmente el contenido de CO; CO2
y O2
3.
¿Cuándo se dice que una muestra es representativa?
Cuando esta se recoge una vez que la fuente ha termalizado, es
decir, ha alcanzado su equilibrio térmico y a su vez, cumple con
las condiciones establecidas por el Organismo Fiscalizador, que
es el de medir a plena carga. Entonces el consumo de
combustible será el necesario para alcanzar la potencia nominal.
4.
Si los parámetros que se miden son la Tge, CO, CO2 y O2
¿Qué significado se le atribuye
a cada uno de estos
parámetros?
Tge: Nos informa si la fuente alcanzó su equilibrio térmico o su
régimen de trabajo. Cuando esto ocurre,
la temperatura
prácticamente no cambia.
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CO2: Es un parámetro indicativo de una buena combustión. Es
decir, más completa será la combustión, mientras más nos
acerquemos al CO2 máximo teórico (es decir con un  1)
% CO2 máx.teórico =
2 xC
AT
Donde
C= corresponde al % de carbono que tiene el combustible, de acuerdo
con su composición centesimal
AT= 1,16 * (
C

H
12
4

N

14
S
32
O

32
3
)(
m NAire
)
kg cb
Ejemplo:
Si el combustible fuese GLP, de acuerdo con la composición
centesimal del GLP se tiene: C = 81 %; H =19% S = 0,01 % se tendría:
AT = 1,16 *(
81
12

19

4
%CO2 max.teór=
0 , 01
32
3
)  13 ,3 (
2 * 81
13 ,3
m NAire
)
kg cb
= 12,2 %
Por lo tanto, con este valor de %CO2máx.teor podemos dimensionar la
escala, que debería tener el instrumento de medición para estar dentro
de rango.
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De acuerdo con lo anterior podemos establecer:
Composición centesimal promedio (en peso) de los combustibles usados en Chile
GLP
%C
%H
%O
%N
%S
GC
Gas
P.#6
Natural
P.#5
Diesel
Parafina
Leña
Carbón
81,0
18,9
0,0
0,0
0,0
29,5
8,6
46,8
15,1
0,0
76,0
23,2
0,0
0,8
0,0
86,6
10,6
0,1
0,1
2,6
86,1
12,0
0,1
0,1
1,7
86,3
13,1
0,0
0,0
0,6
85,9
13,5
0,0
0,0
0,6
45,3
8,0
46,4
0,0
0,4
72,2
5,6
11,8
1,3
1,7
13,3
6,5
14,4
11,6
12,0
12,2
12,3
4,4
8,3
10
10
10
50
40
20
20
150
100
12,2
9,0
10,5
14,9
14,3
14,1
13,9
20,6
17,4
12,17
5,85
2473
8
12,86
AT
(m3N/kgcb)
% AExc
Máx perm.
%CO2
máx.teor.
GRS o
Vol.esp
(m3N/kgcb)
PCI
(KJ/Kg) 47720
47855
10,97 11,22 11,41
4120 4150
0
0
42960
1KJ = 0,24 Kcal
11,44
43392
4,4
1465
1
8,0
25953
El O2 es un parámetro indicativo de una mala combustión, ya que mientras mayor
sea su valor, significa que mayor ha sido la cantidad de aire que intervino. El
exceso de aire trae como consecuencia:

Diluye al resto de los componente de los gases de escape

Enfría el hogar de la fuente

Gran pérdida de calor a través del N2
El nivel máximo permitido, por esta nueva normativa, establecido en el D.S.Nº58,
art 31,
es de un 3% de O2 de referencia para determinar el factor de
corrección.
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La forma de evaluarlo es a través del O2 medido en el efluente, es decir, el que no
intervino en la reacción de combustión.
=
21
( 21  O 2 )
%AExc = 100 * (-1)
CO: Es el parámetro indicativo de una mala combustión, es decir, de una
combustión incompleta. La nueva normativa establece que la emisión máxima
será de 100 ppm-v, en base seca y corregida por aire en exceso. Además, esta
emisión deberá cumplirse en todas las etapas de operación de la fuente, excepto
en la partida durante los primeros 15 min.
5.
¿Cuál es la sensibilidad que debería tener el instrumento y cuales sus
escalas?
La sensibilidad corresponde a la división más pequeña de la escala del
instrumento. Según la Norma EPA-3, debe ser ≤ 2% de la escala total.
Rango Analítico: corresponde al sector de la escala del instrumento que debería
ser seleccionada, para hacer la medición. De acuerdo a la Norma EPA-3, este
debe estar comprendido entre  20% de la escala total
Escala virtual: El parámetro anterior, referido al Rango Analítico corresponde a
aquellos instrumentos analógicos, donde la escala total se tiene siempre a la vista,
pero en instrumentos digitales no se aprecia la escala total, el instrumento sólo
nos informa de un números o valor leído. En este caso, el Organismo Fiscalizador
fija una Escala virtual (Así para CO = 220 ppm y para O2 de 18%) y los gases
patrones preparados por AGA deberían tener un porcentaje comprendido entre el
80 y 100 % de la escala virtual. Particularmente, cada laboratorio de medición
escoge este porcentaje. Así, nosotros escogimos para CO el 90% y para O2 del
85%.
Por lo tanto los respectivos gases patrones o span serán de concentraciones:
Span = intervalo de trabajo
Conc. Gas patrón CO =
=
Escala Virtual * (% deseado)
100
220 * 90
100
 198 ppm
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Esto significa que debo mandar a hacer a la AGA
concentración 198 ppm
un gas patrón de CO de
Escala Virtual * (% deseado)
Conc. Gas patrón O2 =
100
=
18 * 85
 15 ,3 %
100
Esto significa que debo mandar a hacer a la AGA,
concentración 15,3 %
un gas patrón de O 2 de
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6.- ¿Cuál es el esquema general del equipo de medición?
El rotámetro: usado para el trasvasije de los gases patrones, las llaves regulan el
caudal de entrega a 1(L/s)
Filtro: del tipo Venturi, retiene material particulado y parte de la humedad.
Eliminador de humedad: puede ser sílica-gel con indicador de Molibdeno o un
acondicionador de muestra.
La humedad debe ser eliminada para no distorsionar la medición de CO de
acuerdo a la reacción redox que ocurre en la celda electrolítica de CO
0,5 O2 + 2e + 2 H+ = H2O
CO + H2O = CO2 + 2e + 2H+
Reacción catódica
Reacción anódica
CO + 0,5 O2 = CO2
Bomba Arrastre: de diafragma, del tipo aspirante - impelente; arrastra 1(L/min)
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7.- ¿Cómo se debe realizar la calibración del equipo?
El equipo debe ser calibrado antes y después de la medición. Ambas
calibraciones deben ser realizadas para el rango bajo y alto respectivamente.


Cuando inyectamos gas patrón de CO, por la sonda, equipo debería leer la
concentración que este tiene, es decir 198 ppm y debería entregar además,
0% de O2, sin embargo entrega un valor distinto de cero, puede ser 1 ó 2
%.Por lo tanto, esta determinación es de Rango Alto para el CO y Rango
bajo para O2
Cuando inyectamos por la sonda O2 el equipo debería leer la concentración
de 16% de O2 y 0 ppm de CO. Estos valores se identifican como Rango
Alto para O2 y Rango Bajo para CO. Sin embargo de CO se registra entre
2 y 3 ppm
Se habla de desviación del sistema de medición cuando se está evaluando todo el equipo,
es decir:
 sonda de aspiración
 filtro
 eliminador de humedad
 bomba de arrastre y
 analizador de gases

En cada una de las calibraciones se debería evaluar a partir de las respuesta inicial (Ri) y
final (Rf) al sistema de calibración las:



Desviación inicial del sistema de medición( rango bajo y alto)(DISM)
Desviación final del sistema de medición( rango bajo y alto)(DFSM)
Drift o corrimiento de la desviación ( rango bajo y alto)
Ejemplo: Calibración para CO
CO ppm
Rango Alto
Rango Bajo
Escala
Patrón
198
0
0  220 ppm
Ri
200
2
0220
Rf
199
1,5
0220
Promedio
199,5
1,75
0220
Para Rango Alto
DISM =
( lectura del equipo) - patrón
* 100 
escala
DFSM =
( lectura del equipo) - patrón
escala
200 - 198
* 100  0 ,9 % , debe ser ≤5%
220
* 100 
199 - 198
220
* 100  0 , 45 % , debe ser ≤5%
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Drift =
DRIFT (Rango alto)=
Ri - Rf

220
200 - 199
Ri - Rf
Escala virtual
* 100  0 , 45 %, debe ser < ± 3 %
220
Para Rango Bajo
DISM =
( lectura del equipo) - patrón
* 100 
escala
DFSM =
2-0
( lectura del equipo) - patrón
* 100 
1,5 - 0
escala
DRIFT (rango bajo)=
* 100  0 ,9 % , debe ser ≤5%
220
Ri - Rf
* 100  0 , 68 % , debe ser ≤5%
220

220
1,5 - 2
* 100   0 , 22 %, debe ser < ± 3 %
220
Ejemplo: Calibración para O2
O2 %
Rango Alto
Rango Bajo
Escala
Patrón
15,3
0
0  18%
Ri
15
0,3
018%
Rf
14,9
0,1
018%
Promedio
14,95
0,2
018%
Para Rango Alto
DISM =
( lectura del equipo) - patrón
* 100 
escala
DFSM =
* 100   1, 66 % , debe ser ≤5%
18
( lectura del equipo) - patrón
* 100 
escala
DRIFT (Rango alto)=
15 - 15,3
Ri - Rf
0,1 - 0
* 100  0 ,55 % , debe ser ≤5%
18

18
15 - 14,9
* 100  0 ,55 %, debe ser < ± 3 %
18
Para Rango Bajo
DISM =
( lectura del equipo) - patrón
* 100 
escala
DFSM =
* 100 
escala
Ri - Rf
18
* 100  1, 66 % , debe ser ≤5%
18
( lectura del equipo) - patrón
DRIFT (rango bajo)=
0,3 - 0
0,1 - 0
* 100  0 ,55 % , debe ser ≤5%
18

0,3 - 0,1
18
* 100  1,1 %, debe ser < ± 3 %
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En resumen:
CO(ppm)
Patrón
Ri
Rf
Promedio
( Rf  Ri )
P 
2
%DISM
%DFSM
R Alto
R Bajo
Escala
O2(%)
198
0
220
Patrón
200
2
220
Ri
199
1,5
220
Rf
PRA=199,5
PRB=1,75
220
0,9
0,9
220
%DISM
0,45
0,68
220
%DFSM
R Alto
R Bajo
Escala
15,3
0
18
15,0
0,3
18
14,9
0,1
18
PRA=14,95
PRB=0,2
18
-1,66
1,66
18
0,55
0,55
18
Promedio
( Rf  Ri )
2
8.
¿Dónde se debe ubicar el puerto de muestreo?
La Norma establece:
 A 2 diámetros aguas abajo desde salida hogar

A ½ diámetro aguas arriba desde la descarga ( cuando la 1ª no es posible)

En el sitio seleccionado se debe trazar una traversa y ubicar la sonda
en el centro  10% radio
Ejemplo:
Supongamos que la chimenea tenga 30 cm de diámetro y es posible realizar el
muestreo aguas abajo, entonces:


9.
A 60 cm después de la última inflección ( salida hogar)
Posición de la sonda : radio ± 10%radio = 15 ± 1,5 ; por lo tanto quedará comprendido
entre (16,5 y 13,5) cm. Se debe elegir una posición que no sea el centro y ahí fijar la
sonda. Podría ser a 14 cm por la entrada del puerto de muestreo.
PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN
1.- Realizar DISM para los dos rango.
2.- Se ubica la sonda de acuerdo a la metodología establecida, la que deberá
quedar fija y lo más horizontal posible.
3.- Se monitorea 10 min. Los valores se registran manualmente cada ½ min y se
imprime el minuto nº5
4.- Terminada la corrida y sin detener la bomba de aspiración se purga al aire 2
minutos
5.- Sin hacer limpiezas ni arreglos se procede hacer la DFSM para ambos rangos
6.- De los valores obtenidos se sacan los promedios.
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Ejemplo para un calefón (22 valores)
Tiempo/min
% O2
0
11,6
0,5
11,6
1
11,8
1,5
11,7
2
11,7
2,5
11,9
3
11,7
3,5
12,0
4
12,0
4,5
12,4
Imprimir
12,1
0
11,8
0,5
11,9
1
11,9
1,5
12,2
2
12,0
2,5
11,8
3
12,2
3,5
12,2
4
11,8
4,5
12,2
5
12,1
% O2
Promedios
Cev=11,9
CO ppm
26
28
29
30
30
28
31
30
27
27
26
26
29
28
26
28
29
28
26
28
26
27
% CO2
6,1
6,1
5,8
5,9
6
5,9
6
5,8
5,8
5,4
5,7
5,9
5,8
5,8
5,7
5,8
5,9
5,7
5,8
5,8
5,6
5,7
ppm CO
Cev=27,9
% CO2=5,8
¿Cómo se evalúa la concentración de CO y O2?
La ecuación propuesta por la metodología es:
PRB = promedio rango bajo
PRA = promedio rango alto
Cev= concentración promedio de la corrida
CO = CO Patrón *(
Cev - PRB
) ) = 198 * (
PRA - PRB
O2 = O2 Patrón *(
Cev - PRB
PRA - PRB
) ) = 15,3 * (
27 ,9  1, 75
199 ,5  1, 75
11 ,9  0 , 2
14 ,95  0 , 2
)  26 ,18 ppm
)  12 ,13 %
Tge ºC
182
183
194
184
172
195
196
187
187
191
193
196
182
184
197
196
185
194
194
193
188
191
Tge ºC =189,3
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La resolución exenta Nº 2.063 de 26 de Enero del 2005 y el D.S. Nº 58 del
2003, establecen que la corrección de las concentraciones se hacen por
Oxígeno de Referencia . Los valores reportados por los Organismos
Fiscalizadores son los entregados en la siguiente tabla:
Tipo Fuente
Sub-tipo
Oxígeno Refer.
(Combustible
Baja viscoidad)
Gases combustible
Diesel #2
Kerosene
Oxígeno Refer.
(Combustible
Alta
viscosidad)
Petróleo #5 y 6
Oxígeno Refer.
(Combustible
Sólido)
C bituminoso,
Leña, serrín ,
viruta,
Caldera
industrial
Calderas
Calefaccón
Horno
panificador
-----------------
3
7
11
----------------
3
7
11
Combutión
controlada
3
7
11
Horno
panificador
Controlada
parcialmete
3
7
11
De intercambio
directo de calor
---------------
3
7
11
(de ciclotérmico y
chileno)
Art 14.- Las fuentes de Combustión con Flujo de Aire Atmosférico, es
decir, (no controladas), son aquellas donde se inyecta o libera
combustible directamente al aire atmosférico, del tipo “Mechero Bunsen”
tendrán un Oxígeno de Referencia = 1.
Por lo tanto, el factor de corrección por Oxígeno de referencia será:
FO2 Referencia =
%O
%O
2 ambiental
2 ambiental
 % O 2 Referencia
 % O 2 de la medición
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Como la medición hecha anteriormente fue en un calefón, entonces el
O2 Referencia = 1 y el factor de corrección será:
FO2
Referencia
=
%O
%O
2 ambiental
2 ambiental
 % O 2 Referencia
 % O 2 de la medición
=
21  1
21  12 ,13
 2 , 25 y la concentración
de monóxido será:
CC de CO = FO2 Referencia * Cm CO = 2,25 *26,18 = 59 ppm
El nivel máximo permitido por la Normativa es de 100 ppm para CO
(Art.N°32 del D.S.58 del 2003)
La norma de emisión de las 100 ppm de CO, deberá cumplirse en todas
las condiciones de operación de la fuente, excepto en las modulantes las
cuales deberán esperar un período de 15 min para entrar en régimen. Si
en quemador es de modulación continua deberá realizar 3 mediciones:
 Entre un 30 a 50 % de la plena carga
 Entre 50 y 70 % de la plena carga
 Entre 70 y 100% de la plena carga