°C

O2

CO

NOx

�

qA

Eta

CO2

∆P

m/s

m3/h

SO2

t/a

2. Edición

Guía práctica para

Medir Emisiones

y Procesos

Análisis de gases de

combustión en la Industria

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3

1. Prólogo 52. El proceso de combustión 6

2.1 Energía y combustión 62.2 Plantas de combustión 82.3 Combustibles 92.4 Aire de combustión, exceso de aire 10

2.4.1 Combustión estequiométrica y excesco de aire 102.4.2 Determinar el volumen de exceso de aire 122.4.3 Volumen de aire de combustión necesario 142.4.4 Volumen de gas, efecto de dilución, valores de referencia 14

2.5 Gases de combustión 162.6 Poder calorífico; rendimiento; pérdida 192.7 Punto de rocío; condensados 22

3. Análisis de combustión de procesos de gases en la industria 253.1 Optimización de combustión 273.2 Análisis de combustión para el control de procesos 30

3.2.1 Plantas incineradoras 303.2.2 Hornos industriales 313.2.3 Tratamiento termoquímico de superficies 313.2.4 Mediciones de seguridad 32

3.3 Análisis de gas para el control de emisiones 333.3.1 Bases legales en Alemania 333.3.2 Especificaciones de BlmSchG para Alemania 353.3.3 Control de emisiones en EUA 413.3.4 Limpiezaa de gases de combustión 44

4. Técnica de anánlisis de gas 474.1 Términos de la técnica de Análisis de Gases 47

4.1.1 Concentraciones 474.1.2 Extracción y acondicionamiento de gas de muestreo 524.1.3 Sensibilidad Cruzada 544.1.4 Calibración 55

4.2 Anánlisis de gases 564.2.1 Términos y áreas de aplicación 564.2.2 Principios de medición (utilizados por Testo) 61

5. Aplicación de los analizadores de gas Testo 705.1 Generación de energía 71

5.1.1 Hornos de combustible sólido 715.1.2 Hornos de combustible gaseoso 735.1.3 Plantas de turbinas de gas 745.1.4 Hornos de combustible líquido 76

Índice

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54

5.1.5 Centrales eléctricas de carbón 775.1.6 Centrales combinadas de calefacción y electricidad 795.1.7 Centrale eléctrica combinada de gas y vapor 81

5.2 Eliminación de residuos 825.2.1 Incineración de desechos 825.2.2 Pirolisis del agua 855.2.3 Incineración térmica de gas 86

5.3 Industria de piedra y arcilla 885.3.1 Producción de cemento 885.3.2 Producción de cerámica/ porcelana 905.3.3 Producción de ladrillos 925.3.4 Producción de cal viva 935.3.5 Planta de piedra caliza 96

5.4 Industria del metal 985.4.1 Procesamiento de minerales (Sinterización) 985.4.2 Producción de hierro 995.4.3 Producción de acero crudo 1015.4.4 Planta de horno de coque 1025.4.5 Producción de aluminio 1045.4.6 Tratamiento térmico de superficies 105

5.5 Industria química/petroquímica 1075.5.1 Proceso de calentamiento 1075.5.2 Refinerías 1085.5.3 Sistema de reactor 1105.5.4 Incineración de residuos 111

5.6 Otros 1135.6.1 Crematorios 1135.6.2 Bancos de pruebas de motores 113

6. Testo y el analizador de gas Testo 1156.1 La empresa 1156.2 Características distintivas del analizador 1176.3 Los analizadores industriales Testo de un vistazo 1206.4 Los accesorios de los analizadores de gas de un vistazo 1236.5 Datos y descripcíon técnica (Selección) 126

Índice 134Lista de direcciones 137

1. Prólogo

Este manual es un valioso trabajo de referencia para la aplicación de los analizadores portátiles de gases de combustión en la industria. Aquí se respondenlas preguntas más frecuentes en el uso práctico, basadas en la experiencia demiles de usuarios de analizadores de todo el mundo.

El manual le ahorrará tiempo y dificultades en la búsqueda de información a partirde distintas fuentes.

¿Qué no aparece? ¿Qué no se describe con el detalle deseado?Agradeceríamos mucho sus comentarios, aportaciones y sugerencias! Las incorporaremos en una nueva edición. Simplemente escríbanos; consulte el formu-lario de la página 142.

Queremos agradecer al Dr. Ulrich Jecht, Diplomado en Ingeniería (FH) por su dedicación al escribir este manual.

La dirección

Burkart KnospeLothar Walleser

Índice Foreword

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Portador de energía, 1 kg de... Contenido de energía [MJ]Carbón marrón 9,0Madera 14,7Carbón duro 29,3Gas natural (1 m3) 31,7Petróleo 42,6Gasoil 42,7Gasolina 43,5Por comparación: 1 kWh 3,6

76

2. El proceso de combustión2.1 Energía y combustión

EnergíaSe define como la capacidad que tiene un material o un sistema para realizar untrabajo. La energía se puede manifestar en las 6 formas siguientes:• Energía mecánica (agua corriente, tracción de coche)• Energía térmica (vapor, llama de gas)• Energía química (reacción química, proceso de quemado, explosión)• Energía eléctrica (batería, pila, dinamo, alternador)• Energía electromagnética (radiación de luz, radiación de microondas)• Energía nuclear (fisión/fusión nuclear)

En un sistema ideal cerrado, las diferentes manifestaciones de energía puedentransformarse de unas a otras, con la suma constante (principio de la conservación de energía). Sin embargo, en la práctica, la pérdida de energía ocurre durante el proceso de conversión y por tanto se reduce el rendimiento.Los “portadores de energía” naturales (carbón, gas natural, petróleo, radiaciónsolar, energía del agua etc.) se describen como energías primarias, mientras que el término energías secundarias se utiliza para lo que se recibe de las conversiones de energía (electricidad, calor, etc.). Los portadores de energía sediferencian por el contenido de energía. Por razones de comparación el contenido de energía se describe como la cantidad de energía que puede liberarse a partir de una cierta cantidad de un portador de energía en el caso de su combustión total. La unidad de energía es 1 Joule [JI. En la tabla 1 se muestran algunos valores de contenido de energía.

Tabla 1: Contenido de energía de los combustibles

Combustiónes la conversión de energía química primaria contenida en combustibles talescomo carbón, petróleo o madera en calor (energía secundaria) a través de un proceso de oxidación. Por tanto la combustión es el término técnico para lareacción química del oxígeno con los componentes combustibles de loscombustibles incluyendo la emisión de energía.Los procesos de combustión se realizan a temperaturas elevadas (hasta 1000°C o superior). El oxígeno necesario para la combustión se suministra como parte del aire de combustión suministrado para el proceso. Junto al volumen considerado de gases de salida (gases de combustión), dependiendo del tipo decombustible, se produce una cierta cantidad de residuos (ceniza, escombros).

OxidaciónTérmino usado para todas las reacciones químicas con oxígeno y otras sustancias. Los procesos de oxidación liberan energía y son de una gran importancia en muchas áreas, tanto técnicas (combustión) como biológicas(respiración).

Efecto invernaderoEl efecto invernadero es un proceso natural y uno de los motivos de la vidahumana en la tierra. Sin este efecto, el promedio global de la temperatura próxima a la superficie de la tierra seria de 18°C en lugar de +15°C; ¡la tierra no seria habitable para los seres humanos! La causa de este efecto natural esque la radiación de la luz solar pasa a través del aire y es absorbida por la tierra. La tierra, a su vez, irradia esta energía como ondas de calor que son absorbidas por el aire, concretamente por el dióxido de carbono. Así el aire se comporta como el vidrio de un invernadero, permitiendo el paso de laluz, pero no del calor.Por un exceso de cremación de combustibles fósiles (emisiones de dióxido decarbono) y la liberación de ciertas sustancias de la industria química yagricultura (hidrocarburos halógenos, metano) se amplifica el efecto naturalcausando un ligero aumento de la temperatura de la superficie que influye en las condiciones climáticas.

Más detalles sobre el objetivo de la combustión en el apartado 2.4

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2.2 Plantas de combustión

Las plantas de combustión son generadoras de calor a partir del quemado decombustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Se utilizan para diferentes tareas, porej.• calefacción (plantas de calefacción, calefacción general)• generación de energía eléctrica• generación de vapor y agua caliente para uso en industrias de proceso• fabricación de ciertos materiales (cemento, vidrio, cerámica)• tratamiento térmico de superficie de partes metálicas• incineración de desperdicios y residuos

¡Ver ejemplos de aplicación detaIadoejp1 apartado 5!

La combustión se produce en una cámara de combustión; se necesitan otras unidades de control para suministrar y distribuir combustible, suministrar aire decombustión, transferir calor, limpiar y descargar los gases de escape y los residuos de combustión (ceniza, escombros).Los combustibles sólidos se queman en una base fija o lecho fluidizado o en unamezcla de aire/polvo de combustión. Los combustibles líquidos se suministran a la cámara de combustión junto con el aire de combustión (formando una neblina). Los combustibles gaseosos se mezclan con aire de combustión ya en el quemador.

Los gases de escape en plantas de combustión contienen los productos de reacción del combustible y el aire de combustión y sustancias residuales talescomo partículas (polvo), óxidos de azufre, óxidos nitrogenados y monóxido de carbono. Cuando se quema carbón, pueden estar presentes en los gases de combustión hidrocarburos y metales pesados además de HCL y HF en la incineración de materiales residuales.En muchos países, como parte de un programa nacional de protección medioambiental, los gases de escape deben cumplir regulaciones gubernamentales estrictas con relación a los valores límite de los agentes contaminantes tales como el polvo, óxidos de azufre y nitrogenados y monóxidode carbono. Para cumplir estos valores límite las plantas de combustión estánequipadas con sistemas de limpieza de gases de combustión tales como scrubbers y filtros de polvo.Para más información sobre regulaciones gubernamentales ver apartado 3.

2.3 Combustiblesestán disponibles en diferentes formas y composiciones:• Los combustibles sólidos (carbón duro, carbón bituminoso, turba, madera,

paja) contienen carbono (C), hidrógeno (H2), oxígeno (O2), y pequeñas cantidades de azufre (S), nitrógeno (N2), y agua (H2O). El mayor problema cuando se manejan estos combustibles es la formación de grandes cantidades de ceniza, partículas y hollín.

• Los combustibles líquidos principalmente derivan del petróleo y pueden clasificarse en combustibles ligeros, medianos y pesados. El gasoil (es decir,combustible diesel) es ampliamente utilizado en plantas de combustiónpequeñas.

• Los combustibles gaseosos son una mezcla de gases combustibles (CO, H2

e hidrocarburos) y gases no combustibles. En la actualidad se utiliza muy amenudo el gas natural, que contiene metano (CH4) como componente principal.

Es importante conocer la composición del combustible para un proceso de combustión óptimo y económico. Aumentar el porcentaje de componentes decombustible no combustibles (inactivos) reduce tanto el valor calorífico neto comobruto y aumenta la contaminación de las paredes del horno. Incrementar el contenido de agua es aumentar el punto de rocío y consumir parte de la energíagenerada para evaporar el agua de los gases de combustión. El azufre contenidoen el combustible se quema/oxida a SO2, y SO3, el cual, a temperaturas inferioresal punto de rocío, puede provocar la formación de ácidos sulfúricos y sulfurososagresivos. Ver también el apartado 2.7.

En la siguiente tabla se muestra la composición de algunos combustibles sólidos:

Tabla 2: Composición de combustibles sólidos

Para detalles del valor calorífico neto y bruto ver el apartado 2.6

CombustibleContenido de masa en %

Carbón en materil seco

Azufre Ceniza Agua

Carbón duro 80-90 1 5 3-10

Carbón bituminoso 60-70 2 5 30-60

Madera (seca) 50 1 1 15

Turba 50-60 1 5 15-30

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Fig. 1: Modelo de combustión este quiométrica

En un proceso real este volumen ideal de oxígeno no es suficiente para un quemado completo ya que hay una mezcla insuficiente de combustible y oxígeno.Por tanto al proceso de combustión debe suministrarse más volumen de oxígenodel estequiométrico. Esta cantidad adicional de aire de combustión se conocecomo valor de exceso de aire ex. aire; otra expresión para esto es, � (lambda). La Fig. 2 muestra esquemáticamente el modelo de combustión conexceso de aire (ex. aire>1).

Fig. 2: Modelo de combustión con exceso de aire

Por consiguiente el rendimiento más elevado de combustión se consigue con unexceso (limitado) de volumen de oxígeno, es decir, ex. aire >1 (atmósfera oxidante).El exceso de aire es de gran importancia para un proceso de combustión óptimoy para un funcionamiento económico de la planta:• Elevados volúmenes de exceso de aire reducen las temperaturas de

combustión y aumentan la pérdida de energía no usada a la que se añade laliberada a la atmósfera a partir de los gases de combustión calientes.

• Con un pequeño exceso de aire algunos componentes del combustible no sequeman. Esto significa un rendimiento de combustión reducido y un aumentode la polución al emitir los componentes inquemados a la atmósfera. 1110

2.4 Valor del aire de combustión, exceso de aire

El oxígeno necesario para un proceso de combustión se suministra como partedel aire de combustión que consta de (ver tabla 3) nitrógeno (N2), oxígeno (O2), una pequeña cantidad de dióxido de carbono y otros gases minoritarios (H2, Ne, Ar, He), junto con un contenido variable de vapor de agua. En algunos procesos se utiliza oxígeno puro o una mezcla de aire/oxígeno para la combustión.Los componentes del aire de combustión, excepto el oxígeno, los contiene el gasde combustión crudo resultante.

Tabla 3: Composición de aire limpio y seco

2.4.1 Combustión estequiométrica y exceso de aire; balance de materiaLa cantidad mínima de oxígeno necesario para quemar completamente todos loscomponentes combustibles depende de la composición del combustible. Porejemplo 1 kg de carbón necesita 2,67 kg de oxígeno para quemarse completamente, 1 kg de hidrógeno necesita 8 kg de oxígeno, no obstante 1 kg deazufre sólo necesita 1 kg de oxígeno. La combustión producida con las proporciones exactas de gases se conoce como Combustión ideal o combustiónestequiométrica.

Las ecuaciones mas importantes son

Carbón: C + O2 � CO2

Hidrógeno: H2 + 1/2O2 � 2H2OAzufre: S + O2 � SO2

En la figura 1 se muestra esquemáticamente el proceso de combustión ideal. Lacantidad de oxígeno suministrado a la combustión es suficiente para quemar completamente los combustibles. Ni oxígeno ni combustibles se liberan. En estecaso el valor del exceso de aire (ex. aire) es 1.

Componente Contenido [%]Nitrógeno 78,07Oxígeno 20,95Dióxido de carbono 0,03Hidrógeno 0,01Argón 0,93Neón 0,0018

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Para calcular el valor del exceso de aire de los valores medidos de CO2 u O2

pueden utilizarse las dos fórmulas siguientes:

CO2 max : valor específico combustible máximo CO2 (ver tabla 7, pág. 21)CO y O2: valores de concentración medidos o calculados en los gases de

combustión

Fig. 3: Diagrama de combustión

Para más información ver el diagrama de combustión del apartado 3.1.

13

Planta de combustión Rango de ex. aire Exceso O2

Motores de combustión 0,8-1,2 8 ... 20 %Quemador de gas 1,1-1,3 10 ... 30 %Quemador de petróleo 1,2-1,5 20 ... 50 %Quemador de carbón en polvo 1,1-1,3 10 ... 30 %Tostador de carbón marrón 1,3-1,7 30 ... 70 %

� =CO 2,max

CO2

� = 1 + O 2

21 – O2

12

La tabla 4 muestra varios rangos de valores de exceso de aire de tipos específicos de procesos de combustión. En general: a menor relación de volumen masa/superficie de las partículas del combustible mayor volumen deexceso de aire se necesita para una combustión óptima. Consecuentemente ypor tanto los combustibles sólidos son atomizados y los combustibles líquidos son rociados para obtener una mayor superficie especifica/reactiva. Sólo escasosprocesos funcionan en condiciones de defecto de aire (ex. aire<1) gracias a susrequisitos especiales de proceso (ej. procesos de tratamiento de calor).

Tabla 4 Rangos típicos del valor de exceso de aire

Atmósfera oxidanteEn una atmósfera oxidante hay más oxígeno disponible que el necesario parauna combustión completa de todos los componentes combustibles existentesen el volumen de gas. La combustión (oxidación) será completa. Resumen Oxidación = Adición de oxígeno (ej. CO se oxida a CO2)

Atmósfera reductoraEn una atmósfera reductora hay menos oxígeno disponible que el necesariopara quemar (oxidar) todos los combustibles. Resumen Reducción = Eliminar el oxígeno (ej. SO2 se reduce a S)

2.4.2 Determinar el volumen de exceso de aireEl volumen de exceso de aire puede determinarse a partir de las concentracionesde CO, CO2 y O2 en los gases de combustión. Estas relaciones se muestran en eldiagrama de combustión, fig. 3. En condiciones ideales de mezcla aire/combustible cada valor de CO2 está relacionado con un cierto valor de CO(área con ex. aire<1) o un cierto valor de O2 (área con ex. aire>1). El valor de CO2

por si mismo no es definitivo porque la curva muestra un máximo. Por tanto debecomprobarse adicionalmente si, aparte del CO2 CO o O2, también están presentes en los gases. Cuando la combustión se realiza con exceso de aire (esdecir, la situación normal) se prefiere la determinación definitiva con O2 sólo. Lascurvas son específicas del combustible lo que significa un diagrama separado para cada combustible con valor específico de combustible de CO2max se utiliza para calcular el rendimiento, ver tabla 7, página 21.

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Fig. 4: Efecto dilución de gases de combustión a través de humedad y exceso de aire

Valores de referenciaLos valores de concentración normalmente se documentan con relación a un valor de referencia respecto a un específico conocido. Sólo entonces el valor medido se puede comparar con otros valores, ej. límites de contaminantes específicos.En la práctica se utilizan tres definiciones de ajuste de una referencia:• Con relación a un cierto valor de dilución a través del exceso de aire. Por

esto la concentración de oxígeno se utiliza como medida de referencia con laexpresión ej. Valor de referencia 8% de oxígeno.Esta referencia se aplica generalmente para un informe reglamentario. A veces también se utiliza para aplicaciones específicas ya que el valor del oxígeno es característico para condiciones de funcionamiento estándares dela planta.

• Con relación a un cierto valor de dilución a través del contenido dehumedad del gas. Normalmente la temperatura de gas se expresa por ejemplo como 'a un punto de rocío de 4°C'; pero también se utilizan expresiones como "relacionado con gas seco'.

• Con relación a las condiciones estándar de un gas. Se refiere a la influencia de presión y temperatura en el volumen del gas. Ver el apartado4.1.1.

1514

2.4.3 Volumen de aire de combustión necesario

El volumen de aire de combustión que se necesita puede calcularse• a partir del volumen de aire que se necesita para la combustión ideal

(dependiendo del tipo de combustible),• el valor de exceso de oxígeno deseado y• el contenido relativo de oxígeno del aire utilizado o de la mezcla de

aire/oxígeno

El contenido de oxígeno de aire seco a 1 bar de presión es 20,95%. No obstante, en la práctica, el aire ambiente no es seco, por tanto el contenido deagua también debe considerarse para el cálculo del volumen de aire correcto.

2.4.4 Volumen de gas; efecto de dilución; valores de referencia

El aire de combustión y la humedad (vapor de agua) aumentan el volumen absoluto de gas. La fig. 4 muestra este efecto para la combustión de 1 kg de combustible. En condiciones estequiométricas (es decir sin exceso de aire) segeneran aprox. 10 m3 de gas de escape seco o a 11,2 m3 de gas de escape húmedo, mientras que a partir de la misma cantidad de combustible, quemado con el 25% de exceso de aire en condiciones húmedas, se generan 13,9m3 de gas de escape. Este efecto de dilución reduce la concentración relativa de loscomponentes particulares de gases de combustión. Por ejemplo la concentraciónde SO2 se reduce relativamente de 0,2% (seco estequiométrico) a 0,18% (húmedo estequiométrico) a 0,14% (exceso de aire 25%, humedad) y el contenido de oxígeno se reduce del 4,4% al 4%.Ver tabla 5 y fig. 4.

Tabla 5: Composición en % de gases relativos de salida en % bajo condiciones de gas diferentesEA = Excess air

Nitrógeno CO2 SO2 Water Oxígeno

Estequio./seco 82,6 16 0,20 0 0

Hum./estequio. 74,7 14,4 0,18 10,7 0

25% EA/seco 82,8 12,7 0,16 0 4,4

25%EA/hum. 75,6 11,6 0,14 8,7 4

3

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2.5 Gases de escape (humos) y composición de los gases de escapeLos gases de escape generados en los procesos de combustión se denominangases de combustión o gases de chimenea. Su composición depende del tipo decombustible y de las condiciones de combustión, ej. el valor de la proporción deaire. Muchos de los componentes de los gases de combustión son aires contaminantes y por tanto, debido a las regulaciones gubernamentales (ver elapartado 3.3) deben eliminarse o reducirse al mínimo con procedimientos especiales de limpieza antes de liberar el gas a la atmósfera. El gas de escape en su estado original se conoce como gas crudo, después de una limpieza seconoce como gas limpio.A continuación se tratan los principales componentes de los gases de combustión.

Nitrógeno (N2)El nitrógeno es el principal componente (79 Vol. %) del aire. Este gas incoloro,inodoro y sin sabor alimenta a la combustión como parte del aire de combustiónpero no interviene directamente en el proceso de combustión. Actúa como unmaterial de lastre y como transporte del calor de los residuos y se libera otra vez a la atmósfera. No obstante, cantidades pequeñas de este aire de combustión relacionado con el nitrógeno son, junto con el nitrógeno liberado del combustible,responsables de la formación de óxidos nitrógenos peligrosos. (ver abajo).

Dióxido de carbono (CO2)El dióxido de carbono es un gas incoloro, inodoro con un ligero sabor agrio. Seproduce en todos los procesos de combustión incluyendo la respiración.Contribuye considerablemente al efecto invernadero gracias a su capacidad de filtrar la radiación de calor (ver página 7). En el ambiente la concentración de CO2

es 0,03%; a concentraciones superiores a 15% se produce una pérdida inmediata de conciencia.

Vapor de agua (humedad)El hidrógeno contenido en el combustible reaccionará con el oxígeno y formaráagua (H20). Esta, junto con el contenido de agua del combustible y el aire de combustión, se convierte tanto en humedad de los gases de combustión (a elevadas temperaturas) como en condensados (a bajas temperaturas).

Oxígeno (O2)La parte de oxígeno que no se ha consumido en el proceso de combustión permanece como parte de los gases de combustión y es una medida para el rendimiento de la combustión. Se utiliza para determinar los parámetros de combustión y también actúa como valor de referencia.

Monóxido de carbono (CO)El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro y tóxico. En la mayoría deocasiones se forma durante una combustión incompleta de hidrocarburos y otrosmateriales que contienen carbón. Al aire libre el CO no es muy peligroso para laspersonas ya que reacciona rápidamente y pasa a CO2 con el oxígeno. No obstante, en espacios cerrados o interiores debe considerarse como muy peligroso, ya que en concentraciones de tan sólo 700 ppm en el aire que respira-mos puede conducir a la muerte en pocas horas! El valor límite en lugares de tra-bajo es de 50 ppm.

Óxidos de nitrógeno (NO y NO2, suman NOx)A altas temperaturas en procesos de combustión el nitrógeno del combustible ytambién del aire de combustión reacciona con el oxígeno del aire de combustión y forma primero monóxido de nitrógeno (combustible-NO y NO-térmico). Este NOreaccionará con el oxígeno acumulado y/o más tarde en la atmósfera y forma elpeligroso dióxido de nitrógeno (NO2). ¡Los dos óxidos son tóxicos! Especialmenteel NO2 es muy peligroso para el pulmón y contribuye, junto con la luz solar, a la formación de ozono. Se utilizan diferentes tecnologías para limpiar los gases decombustión de NOx, ej el proceso de la Reacción Selectiva Catalítica (SelectiveCatalytic Reaction (SOR)). Además, se han desarrollado medidas especiales (suministro de aire por estadios) para reducir la formación de óxidos nitrógenosdurante el proceso de combustión. Ver capítulo 3.3.4.

Dióxido de azufre (SO2)El dióxido de azufre es un gas tóxico, incoloro y con un olor muy fuerte. Se formaa partir de la oxidación del azufre que está presente en el combustible.El valor límite en el lugar de trabajo es de 5 ppm. Junto con agua o condensadosforma el ácido sulfuroso (H2SO3 ) y el ácido sulfúrico (H2S04), ambos son muy dañinos por ej. en la naturaleza y en edificios (lluvia ácida). Se utilizan filtros/depuradoras para limpiar los gases de combustión de óxidos de azufre.

Sulfuro de hidrógeno (H2S)El sulfuro de hidrógeno es un gas tóxico, incluso en concentraciones muy bajas(aprox. 2,5 lg/m3) tiene un olor muy fuerte y característico. Es un componente delcrudo de petróleo y del gas natural y por tanto está presente en refinerías y plantas de Gas natural pero también se genera durante otros procesos industriales y, como producto de una combustión incompleta, en el catalizador devehículos de motor. El H2S se elimina de los gases de escape por conversión a SO2 a través de procesos de absorción o, en grandes cantidades, con una reacción de sulfuro elemental (proceso Claus).

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Hidrocarburos (CxHy o HC) Los hidrocarburos son un amplio grupo de compuestos químicos compuestos apartir de enlaces de hidrógeno y carbono. Los CH son la base de la química orgánica; en la naturaleza se encuentran en el crudo de petróleo, gas natural y carbón. Las emisiones tienen lugar durante la producción de productos hidrocarbonados (ej. en refinerías) así como durante su uso y quemado. Otrosejemplos son disolventes, plásticos, barnices, combustibles de vehículos etc. Lasfuentes de emisión de CH también se forman debido a un proceso de combustión incompleta ej. incendios forestales y cigarrillos. Las emisiones dehidrocarburos también contribuyen al efecto invernadero.Los hidrocarburos incluyen miles de componentes, metano (CH4), butano (C4H10),benzeno (C6H6), y también componentes cancerígenos como el benzopireno. Lacantidad total de hidrocarburos volátiles en un gas de combustión normalmente se describe como 'hidrocarburo total". Normalmente en el control de emisiones se especifica y mide el valor del "hidrocarburo total".

Ácido cianhídrico (HCN)El ácido cianhídrico (también conocido como ácido prúsico) es un líquido muytóxico con un punto de ebullición de sólo 25,6 °C; puede existir en los gases decombustión de las plantas de incineración.

Amoníaco (NH3)El amoníaco es importante en los gases de combustión relacionados con plantasde desnitrificación que utilizan el proceso SCR. Este se introduce a los gases decombustión en cantidades exactas y provoca una reacción que divide los óxidosnitrógenos en nitrógeno y agua. La porción no consumida de amoníaco se reducemás tarde; su concentración en el gas limpio normalmente es inferior a 2 mg/m3

Hydrogen halidesCompuestos halogenados halidesLa formación de compuestos halogenados HCI y HF puede ser resultante de lacombustión de carbón y/o material residual, y forma ácidos agresivos en atmósferas húmedas. Estos componentes se eliminan casi en su totalidad de losgases de combustión a través de filtros/depuradoras.

Sólidos (polvo, hollín)Los contaminantes sólidos en los gases de combustión se originan a partir decomponentes incombustibles de los combustibles sólidos o líquidos. Estos incluyen óxidos de sílice, aluminio, calcio en el caso de carbón, o sulfatos de diferentes elementos en el caso de fuel pesado. El polvo es peligroso para los seres vivos ya que las partículas de polvo pueden estar recubiertas por sustancias tóxicas y/o cancerígenas.

2.6 Poder calorífico; rendimiento de combustión; pérdida degases de combustión

Poder calorífico neto y superiorEl poder calorífico superiores un parámetro característico de un combustible quedescribe la cantidad de energía liberada de un combustible durante la combustión completa en relación con la cantidad de combustible involucrado. Elpoder calorífico neto es la energía liberada menos el calor de evaporación delvapor de agua a una temperatura de 25 oc generada durante la combustión, otravez relacionado con la cantidad de combustible involucrado. El poder caloríficosuperior es superior al valor neto.

Valor de calderas de condensaciónLas calderas de condensación son calderas que utilizan el calor de condensaciónde los gases de combustión junto al calor de combustión mediante el intercambiode calor, con referencia al poder calorífico neto estas calderas pueden alcanzar un rendimiento del 107%. No obstante se forman condensados; este procesopuede transmitir contaminantes de los gases al agua que puede necesitar escapes especiales.

Rendimiento de combustiónEl rendimiento de combustión es un valor determinado por la entrada y salida dedatos de un proceso de combustión en condiciones de funcionamiento constantes. El rendimiento total (siempre inferior al 100%) es la relación entre la energía total suministrada en la cámara de combustión y la cantidad de energía disponible para el proceso actual (calefacción, fundir, de sinterización etc.). El valor de rendimiento total está compuesto de:• El término rendimiento de combustión describe la parte de la energía total

(alimentar la cámara de combustión) que está disponible en la cámara de combustión después de la combustión.

• El término rendimiento de horno depende del diseño del horno y el funcionamiento y describe la parte de la energía de combustión que finalmente puede aplicarse a los procesos de interés.

El rendimiento total es la combinación de rendimiento de combustión y rendimiento de horno.

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TH Temperatura gases de combustiónTA: Temperatura ambienteKgr, Knet, K1 contenido de hidrógeno en el combustible H, contenido de

humedad en el combustible MH2O, Qgr, Qnet, referente a todos losfactores especificos de combustible.

2120

Balance energético de un proceso de combustión; pérdida de calor de gases de combustiónCon un funcionamiento constante la suma de todas las energías que alimentan un proceso de combustión es igual a la suma de todas las energías distribuidas por el proceso, ver tabla 6.

Tabla 6: Contribuciones al balance energético de una planta de combustión

La pérdida de gases por combustión es la contribución negativa más importante al rendimiento. Depende de la diferencia de temperatura entre los gases de combustión (a) y del aire de combustión de las concentraciones de O2 oCO2 en los gases de combustión (b) y de los parámetros específicos del combustible (c), ver tabla 7. Con calderas de condensación se reduce considera-blemente la pérdida por gases de combustión utilizando el calor de conden-sación y por ello reduciendo la temperatura de los gases de combustión al mismotiempo.

La pérdida de calor de gases de combustión puede calcularse con las siguientesfórmulas (Alemania):

TH: Temperatura de gases de combustiónTA: Temperatura ambienteA2, B: Factores específicos del combustible

(ver tabla 7)21: Nivel de oxígeno en el aireO2: Nivel de oxígeno medido

Para combustibles sólidos los factores A2 y B son cero. Con esto y el factor f y el valor de CO2 (ver tabla 7) la fórmula anterior puede simplificarse a la fórmula Siegert

Energías que alimentan un proceso Energías distribuidas por el procesoPoder calorifico neto del combustible y la energía del combustible

Calor sensible y energía química de loscomponentes del gas de combustión (pér-dida de gases de combustión)

Calor del aire de combustión Poderes caloríficos y calor de residuos enescombros y ceniza

Calor equivalente a la energía mecánica producida en la planta

Pérdida de energía mediante la conducci-ón térmica

Contenido de calor de hornos con alimentación de combustible

Contenido de calor del combustible libera-do del hornoPérdida de calor mediante fugas del horno

qA = (TH-TA) x +BA2

(2-O2)

qA = f xTH - TA

CO2

[ ]

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2.7 Punto de rocío; condensados

Punto de rocíoEl punto de rocío o la temperatura de punto del rocío de un gas es la temperaturaa la que el vapor de agua contenido en los gases pasa a estado líquido. Esta tran-sición se denomina condensación, el líquido formado se denomina condensado.Por debajo de la temperatura del punto de rocío la humedad existe como líquido,y por encima del punto de rocío como componente gaseoso de los gases. Unejemplo de esto es la formación y disolución de la niebla o el rocío en función dela temperatura.La temperatura del punto de rocío es función del contenido de humedad en losgases: El punto de rocío del aire con el 30% de humedad es aprox. 70°C, mientrasque el gas seco con el 5% de humedad tiene un punto de rocío de aprox. 35 °C,ver fig. 5.

Fig. 5: Contenido de humedad en el aire en función de la temperatura del puntode rocío (1013 mbar)

Para un analizador que funciona sin acondicionamiento de gases la temperaturadel punto de rocío de los gases corresponde aproximadamente con la temperatura ambiente, ej. 25 °C. Al comparar los valores medidos obtenidos a par-tir de estos gases con los de un analizador con acondicionamiento de gases a, por.ej., 5 °C de temperatura de punto de rocío, aparecerá una diferencia de aprox. 3%debido al efecto del contenido de humedad. Ver también el apartado 4.1.2

Líneas de muestreo calentables; preparadora de gasesLos gases de combustión con un contenido de humedad de por ej. 8% tienen unpunto de rocío de aprox. 40 °C. Por debajo de esta temperatura la humedad exi-ste como líquido condensado dando como resultado dos consecuencias importan-tes para la planta de combustión así como para el equipo de medición:

• En el caso de que los gases de combustión contengan óxidos de azufre, a temperaturas inferiores a 40 °C se formarán óxidos sulfurosos y/o ácido sulfúrico corrosivo (ej. en la misma línea de muestreo no calentable o en partes del analizador) por tanto los componentes dañinos entraran en contacto con los condensados. Por esta razón, todos los componentes de losprocesos de combustión de limpieza de gases deben mantenerse a temperaturas superiores al punto de rocío.Ocurre lo mismo para los componentes de los equipos de medición junto consondas de muestreo y líneas de muestreo que están en contacto con los gases de combustión. Por consiguiente las sondas de muestreo y las líneas de muestreo calentables se utilizan antes del preparadora de gases. Si no esasí, se dañará el equipo y los valores medidos serán incorrectos.

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Otra alternativa para reducir o eliminar la formación de condensados es utilizar una velocidad de gas muy alta en las líneas de muestreo, como ha desarrollado y patentado Testo. Este principio utiliza el caudal turbulento y el mínimo tiempo como el mecanismo para mantener la humedad en los gases de combustión. Este método sustituye la línea de muestreo calentable, lo que es una ventaja muy importante para los analizadores portátiles debido a las necesidades de consumo de energía reducida.

• Dependiendo de la temperatura en la preparadora de gases, se condensa y elimina una cierta cantidad de vapor de agua de los gases de combustión refrigerados y como resultado las otras especies de los gases de combustión(ej. CO) muestran (sin ningún cambio en su cantidad absoluta) un valor de concentración relativamente elevado. Por tanto, para comparar los resultadosde dos métodos de medición diferentes los gases de muestreo deben tener lamisma temperatura y humedad.

Por consiguiente una preparadora de gases o secador de gases se utilizan paraobtener gases de muestreo a una temperatura y nivel de humedad constante ydeterminada. Este procedimiento se conoce como acondicionamiento de muestra.

Nota: • Refrigerar un gas significa secar el gas

y• En gases secos los valores de concentración medidos (relativo) son

más elevados que el mismo gas con elevado nivel de humedad

Los analizadores testo están equipados con preparadoras de gases de muestreo segúnEl principio Peltier:La superficie de unión entre dos metales diferentes, mediante una corriente eléctrica, se calienta o se enfría dependiendo de la dirección del caudal de corriente. La preparadora de gases del testo 350 y testo 360 está diseñado paraenfriar los gases de muestreo por debajo de +3 °C y mantener esta temperaturaconstante. Por tanto la temperatura y la humedad obtenida es constante.

Otro método para eliminar agua funciona de acuerdo con elEl principio Permeación:No obstante, estos refrigeradores tienen algunas desventajas:(a) No pueden mantener un punto de rocío específico a un nivel constante y(b) Pueden bloquearse con partículas de polvo y orgánicas teniendo como

resultado un mantenimiento y costes de repuestos altos.

3. Análisis de combustión de procesos de gases en la industria

El análisis de combustión (es decir, la tecnología de medición para analizar la com-posición de los gases de combustión) es una herramienta indispensable para uncontrol fiable y económico del proceso en casi todas las industrias. Todos los pro-cesos de combustión tienen relación con procesos de producción y tratamiento demateriales. La fig. 6 muestra varias etapas de un proceso de combustión desde laentrada del combustible y el aire de combustión al horno, la propia combustión conlos diversos procesos conectados, hasta la limpieza de los gases de combustión yel control de emisiones.

Fig. 6: Etapas y diversos procesos de combustión

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3.1 Análisis de gas para la optimización de la combustión

Los principales componentes para la optimización de la combustión son• Composición del combustible y el aire de combustión• Procedimiento de encendido y la temperatura de combustión• Características del quemador y diseño de la cámara de combustión• Relación combustible/aire

Para una planta y un combustible determinado la relación óptima combustible/airede combustión (valor exceso de aire) puede determinarse a partir de los resultadosde análisis de gases con el diagrama de combustión, ver fig. 7. En este diagramala concentración de los componentes de los gases CO, CO2 y O2 se visualizan enfunción del valor de exceso de aire. La línea que representa la combustión ideal sinexceso de aire (ex. aire=1) se encuentra en el centro del diagrama; en el lado dere-cho aumenta el valor de exceso de aire; en el lado izquierdo existe un defecto deaire (ex. aire<1). El defecto de aire también significa un defecto de oxígeno.

Fig. 7: Diagrama de combustión

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En todas las etapas de un proceso de combustión, el análisis de combustión proporciona información importante de los detalles de la combustión y la composición de los gases de combustión. De este modo los analizadores degases son equipos de proceso indispensables para un funcionamiento fiable yeconómico de la planta, para garantizar la calidad del producto y cumplir lasregulaciones sobre emisiones.

Existe gran variedad de analizadores de gases. Los analizadores se basan en diferentes principios de medición, en su mayor parte optimizados para el análisisde ciertos componentes. (Para más detalles ver la tabla 4).

Los analizadores de gases Testo se utilizan ampliamente en la industria para elanálisis de gases de combustión en el área de control de emisiones siendo sólouno de sus campos de aplicación. Las siguientes aplicaciones están muy especi-ficadas:

1. Mediciones de ajuste y mantenimiento en la modernización de plantas, para la localización de procesos inestables, para comprobaciones después de reparaciones o para adelantar la preparación de mediciones reguladas.

2. Mediciones de procesos para la optimización de la combustiónanalizando combustible, aire de combustión y gases de combustión para ej.reducir el consumo de combustible, para mejorar el rendimiento de la planta o ampliar el tiempo de vida de la planta. Estas aplicaciones también están relacionadas con el control de emisiones (ver más abajo) ya que una planta optimizada tiene niveles de emisiones más reducidos.

3. Mediciones de procesos para controlar atmósferas de gas definido enhornos especiales u hornos para procesos como cocción (ej. cemento), sinterización o tratamiento de superficies.

4. Mediciones de procesos y emisiones para el control de funcionamiento deinstalaciones de limpieza de gases de combustión.

5. Mediciones de emisiones en chimeneas para controlar los valores de contaminantes y para asegurar su conformidad con las regulaciones oficiales.

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El rango óptimo de exceso de aire para una planta de combustión concreta puede determinarse a partir de los valores de concentración de CO2 y CO (el CO2

solo no es definitivo debido a que tiene un máximo). Actualmente el método del O2 es el que más se utiliza.Las situaciones del punto de muestreo pueden ser diferentes entre plantas dependiendo del diseño de la planta y el funcionamiento de la misma.

Las funciones que se muestran en el diagrama de combustión están comprobadas en la tabla 8 para la combustión de carbón:

Tabla 8: Valor de aire, exceso de aire y contenido de oxígeno para el proceso de combustión del carbón

Relación económicaLa optimización de un proceso de combustión a través del funcionamiento de unaplanta al mejor nivel efectivo de exceso de aire tiene, junto con la reducción deniveles de emisiones, el objetivo de ahorrar en costes de combustibles. Basada en la experiencia y documentada en la literatura es un hecho que la reducción delnivel de oxígeno en un punto 1%, ej. de 4,5% a 3,5%, mejorará el rendimiento dela planta de combustión en un 1%. Con costes por combustible de 15 millones dedólares por mes, para una central térmica de tamaño mediano, supone un ahorrode costes mensual de 30.000 dólares. Si, mediante un análisis de gas fiable, laplanta puede funcionar a sólo un 0,2%. Cerca del valor óptimo de exceso de aire! Si se reconocen y eliminan con prontitud pequeñas desviaciones de las condiciones óptimas de funcionamiento son posibles ahorros similares.

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Valor aire � Exceso aire [%] Contenido de oxígeno [%](gases comb. secos)

0,9 Defecto de aire Defecto de oxígeno1,0 0 01,1 10% 21,2 20% 3,51,3 30% 4,81,4 40% 6,2

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El diagrama de combustión proporciona la siguiente información:

Lado izquierdo con ex. aire<1 (defecto de aire)• Existe CO porque no hay suficiente oxígeno para oxidar todo el CO a CO2.

Nota: El CO puede ser peligroso para las personas cuando hay fugas.• Con el aumento del contenido de oxígeno, la concentración de CO disminuye

por la oxidación a CO2; la concentración de CO2 aumenta de manera acorde.Esta reacción se parará con un valor igual o superior de ex. aire=1, el CO será cero y el CO2 alcanzará su valor máximo.

• El oxígeno no está o casi no está presente en esta área ya que todo el oxígeno suministrado al sistema se consume inmediatamente para oxidar CO a CO2

Lado derecho con ex. aire>1 (exceso de aire)• Aquí el O2 aumenta porque la cantidad de oxígeno suministrado como parte

del volumen de aumento del aire de combustión no es consumido por la oxidación (CO es casi cero). No obstante, se necesita alguna cantidad de exceso de aire (oxígeno) para una combustión completa debido a la distribución no homogénea del aire (oxígeno) en la cámara de combustión.Además el tamaño de las partículas del combustible influye en la combustión:a menor tamaño de partículas, más contacto entre el combustible y el oxígeno y se necesitará menos exceso de aire (oxígeno).

• El CO2 puede disminuir relativamente otra vez a un valor máximo de ex. aire=1 debido al efecto de dilución causado por el aumento del volumen de aire de combustión que casi no transporta CO2

ConclusiónLa combustión óptima se alcanza si• El volumen de exceso de aire y por tanto el de oxígeno es lo suficiente

elevado para quemar completamente todo el COY al mismo tiempo• El volumen de exceso de aire está limitado para minimizar la pérdida

de energía a través de la emisión de los gases de combustión calientes a la atmósfera.

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3.2 Análisis de combustión para el control de procesos

3.2.1 Planta de combustión para procesos de incineraciónUn proceso de planta de incineración, a diferencia de las más conocidas plantasquemadoras, se caracteriza por un contacto directo entre la Ilama, los gasescalientes y materiales o piezas de trabajo que deberían tratarse térmicamente. Elcalor así como la atmósfera a la que se expone el material provoca ciertas etapasen su proceso de producción.La producción de clinker de cemento es un buen ejemplo de tales procesos deincineración (ver también los ejemplos de aplicación en el apartado 5.3): • El material crudo húmedo es prensado y secado con gases residuales

calientes• Los alimentos crudos precipitados se calientan hasta 800 °C con gases

calientes a contra corriente• El CO2 se extrae de los alimentos crudos a aprox. 950 °C en el calcinador

mediante un proceso de múltiples etapas (de-acidificación)• Los alimentos crudos junto con aditivos finalmente se sintetizan en el horno a

aprox. 1400 °C.

El análisis de la combustión de estas situaciones proporciona información críticacon respecto a los valores de exceso de aire, que permite detectar y calcular falsos caudales de aire y para realizar balances de cada etapa por separado. Esto es crítico para la realización de calcinador (medición de CO2 y O2) porque unnivel deficiente de calcinación puede provocar un funcionamiento defectuoso delhorno.

En procesos de incineración pueden liberarse sustancias de material tratado en el gas de “incineración” aumentando la proporción de emisiones de los gases decombustión. No obstante, en algunos casos, los componentes que contienen contaminantes pueden pasar del gas a cualquier material de producción o en sustancias (ej. escombros) especialmente suministradas para este fin. Un ejemplo es la industria del cemento o cal donde el sulfuro del combustible pasacomo SO2 al producto en lugar de ser liberado a la atmósfera. A la inversa, durante la producción de vidrio o ladrillos el SO2 se escapará del material y aumentará considerablemente el nivel de emisión. Otro ejemplo en un aumento del contenido de CO en procesos donde el material y los gases calientes están en contacto a contra corriente, ej. en hornos de rotación. Los metales pesadospueden integrarse en el material quemado (cemento, cal) o liberarse del material a los gases de combustión (industria del vidrio o metal).

Para la medición de combustión pueden eliminarse los parámetros del diseño delhorno, orientación de la llama, temperatura del horno, suministro del aire de combustión y emisiones provocadas por el proceso. Por esto, los analizadores degases portátiles proporcionan la información apropiada.

3.2.2 Hornos industrialesLos hornos industriales se utilizan para producir vapor y agua caliente o para calentar otros materiales transportadores de calor. Dentro de los hornos industriales también se incluyen aquellos que convierten los materiales ej. en refinerías o plantas de horno de coque. La salida del calor de los hornos industriales normalmente es en el rango MW.El análisis de la combustión para esta aplicación tiene la finalidad de optimizar lacombustión, controlar instalaciones de limpieza de gases de combustión y controlar las emisiones de contaminantes.

3.2.3 Tratamiento termoquímico de superficieEl tratamiento termoquímico de superficies es un procedimiento calorífico quetiene el objetivo de modificar la propiedad de las superficies de partes o piezas etc. mediante los procesos de difusión. Las piezas están expuestas a una atmósfera de gas caliente con ciertos elementos de difusión del gas dentro o fuera del material. Este proceso incluye endurecer acero o procesos de fabricación de colores o lacas en la industria cerámica. Los procesos termoquímicos están caracterizados por los tipos y las concentraciones de los elementos utilizados (ej. nitrógeno para nitración, cromo para cromado) y temperaturas de proceso (de 400 hasta 1400 °C). Los hornos están disponibles en diseños muy diversos para funcionar en continuo o por lotes.El análisis de gases se utiliza para conseguir un funcionamiento óptimo de la planta (reducción de costes, seguridad) y para controlar la atmósfera de gas específica del proceso (la calidad de producto incluye documentación de acuerdocon ISO 9000 ff.). Los componentes de medición más comunes son O2, CO, CO2

y SO2. Ver también el ejemplo de aplicación en el apartado 5.4.6

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3.3 Análisis de gas para el control de emisiones

En muchos países muchos tipos de plantas desde centrales térmicas, plantassiderúrgicas, acerías, cementeras, plantas químicas, etc. desde unidades de producción pequeñas hasta servicios municipales están obligadas a cumplir conlas regulaciones legales relacionadas con las emisiones de contaminantes en laatmósfera. Debe garantizarse que la emisión de contaminantes especificados nosobrepase los valores límite fijados. Muchos países han emitido leyes y órdenescon instrucciones para mediciones de control de emisión, incluyendo valores límite para la emisión de contaminantes. En Alemania ésta es la“Bundesimmissions-Schutzgesetz” (BlmSchG) o Decreto Federal de Control deImisión Federal, en Estados Unidos es el Decreto del Aire Limpio de la Agencia de Protección del Medio Ambiente (Environmental Protection Agency (EPA)). Para grandes regiones como Europa o Asia no existe aún una regulación legal uniforme. Por tanto, muchos países utilizan el BlmSchG de Alemania o el Decreto de Aire Limpio de USA (Clear Air Act) como base para sus propias especificaciones.

El análisis de gases juega un papel importante en lograr un control efectivo de loscontaminantes y en el cumplimiento de las regulaciones.

Emisión Es el material liberado a la atmósfera tanto por una fuente pequeña(emisión primaria de tareas relacionadas con humos, respiraderos, vehículosde motor etc.) como por el resultado de una reaccíón fotoquímica Imisión El paso de contaminantes (sustancias químicas, ruido, ...) de la atmós-fera a receptores como los seres humanos, animales, plantas, suelo, edificios etc.

3.3.1 Fundamentos legales de las regulaciones de Emisión e Imisión en Alemania

La base legal de la prevención del efecto perjudicial para el medio ambiente enAlemania incluye• El decreto Federal de Control de Imision Bundesimmisionsschutzgesetz

(BimSchG), una ley emendada en 1990 y 1994• Numerosas Rechtsverordnungen (BimSchV), ordenanzas respecto a

regulaciones para la implantación de la ley y• El TA Luft, Technische Anleitung Luft, la Instrucción Técnica del Aire (TI Air),

una regulación específica para apoyar a las autoridades con instrucciones definitivas para aprobado y control de instalaciones de acuerdo con 4.BimSchV.

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Sustancias combustibles Límites de explosión en aire(Vol. %) T=20°C y p=1 barBajo alto

Amoníaco NH3 15,0 28,0Monóxido de carbono CO 12,5 74Hidrógeno H2 4,0 75,6Metano CH4 5,0 15,0Propano C3H8 2,1 9,5Butano C4H10 1,5 8,5Acetileno C2H2 1,5 82,5

3.2.4 Mediciones de seguridad

Las aplicaciones de procesos del análisis de gases también incluyen medicionesrealizadas para proteger a las personas y plantas de combustibles, gases explosivos o tóxicos. El control de CO es la principal preocupación en las atmósferas de las plantas, en fábricas de carbón, en silos de carbón en polvo (para detectar fuegos sin Ilama a tiempo) y con relación al uso de filtros electroestáticos. Para evitar la formación de mezclas explosivas de gas en elfiltro. Aplicaciones similares controlan las concentraciones peligrosas de metano u otros gases explosivos en las plantas.

Límites de explosiónLas mezclas de sustancias combustibles y aire u oxígeno son ignífugas a cier-tos rangos de concentración. Para cada mezcla hay especificados valores lími-te ignífugos altos y bajos que dependen de la temperatura y presión de losgases. Ambos valores límite describen los valores de concentración de lassustancias combustibles para una temperatura y presión conocida (normal-mente 20°C y 1 bar) en Vol. % o g/m3. El rango entre los dos valores límite esel rango de ignición, ver tabla 19.

Tabla 19: Límites de encendido de gases combustibles

Normalmente se utiliza un sensor de medición especial en el análisis de gases para determinar las sustancias combustibles en las mezclas de gases (ver aparta-do 4.2.2.). No obstante, este sensor sólo detecta la suma de todos los componen-tes combustibles. Por tanto, cuando se controla una mezcla de gas para su límite de encendido inferior, el rango de medición del analizador debe aju-starse de acuerdo con el componente combustible con el límite de encendido másbajo.

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1. Ordenanza Instalaciones de incineradoras a pequeña escala3. Ordenanza Contenido de sulfuro en gasoil4. Ordenanza Instalaciones sujetas a autorización9. Ordenanza Bases de autorización de instalación11. Ordenanza Declaratión de emisión13. Ordenanza Instalaciones de incineración a gran escala17. Ordenanza Incineradoras de residuos27. Ordenanza Crematorios

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Valores de emisión y valores límite de emisión• Los valores de emisión son estándares con un rango de responsabilidad infe-

rior a los valores límite de emisión. Los valores de emisión están definidoscomo valores, que, según los últimos avances tecnológicos, no deben sobre-pasarse. Los valores de emisión para el control de la contaminación del aireestán especificados en TI Aire.

• Los valores límite de emisión son estándares legales con un elevado grado decumplimiento. Tales valores límite están especificados por ej. en la ordenanza 1., 4., 13., 17., y 27. y en TI Aire.

3.3.2 Especificaciones de BImSchG para Alemania (Selección)

1. Ordenanza de instalaciones incineradoras a pequeña escalaEsta ordenanza implica a todas las instalaciones incineradoras que no deben estarautorizadas hasta 1,5 resp. salida de energía de 10 MW dependiendo del tipo decombustible utilizado, ver fig. 8. La responsabilidad del control oficial de estasinstalaciones la tiene el deshollinador. Una vez al año las instalaciones incinerado-ras deben chequearse por si cumplen con los valores límite especificados: El polvoy a veces CO deben controlarse en los gases de combustión de instalaciones inci-neradoras de combustibles sólidos, mientras que en instalaciones incineradoras degas o gasoil la pérdida de calor de los gases de combustión debe calcularse a par-tir de los valores medidos de concentración de O2 o CO2 y la diferencia entre latemperatura de gases de combustión y temperatura de aire ambiente.

En la Guía “Análisis de gases de combustión para usuarios” podrá encontrarmás información de la medición de gases e combustión en instalaciones inci-neradoras a pequeña escala.

4. Ordenanza de instalaciones sujetas a autorizaciónEsta ordenanza agrupa (ver tabla 11) una lista de alrededor de 150 tipos de instalaciones con una salida de energía de algunos MW que necesitan una autorización para su funcionamiento. Las instrucciones para la implantación de laordenanza 4. están comprendidas en la Instrucción Técnica del Aire (TI Air), ver la siguiente sección.

La BImSchG se clasifica como:• Provisiones generales (§§ 1ff)• Establecimiento y Funcionamiento de Instalaciones (§§ 4 bis 31)• Clase de Instalaciones, Substancias, Productos, ....(§§ 32 to 37)• Tipo y funcionamiento de Vehículos .....(§§38 to 43)• Control de Contaminación del Aire,... (§§ 44 to 47a)• Provisiones comunes (§§48 to 62)• Provisiones finales (§§ 66 to 74)

Se han publicado 27 ordenanzas (regulaciones) para la implantación de la ley, en la tabla 10 se muestra uns selección de ellas. Se han marcado las que tienenimportancia para las plantas de combustión. En la fig. 8 se muestra la relación entre ordenanzas y tipos definidos de instalaciones (combustible y salida de energía como parámetro).

Tabla 10: Ordenanzas del Decreto Federal de Control de Imisión (Selección)

Fig. 8: Relación del tipo de instalaciones y ordenanzas válidas

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Grupo Tipo de instalación1 Generación de calor, explotación minera, energía2 Piedra y arcilla, vidrio, cerámica, material de construcción 3 Acero, hierro, otros metales4 Productos químicos, crudo de petróleo (refinería y procesa-

miento), farmacéuticos5 Procesamiento de plásticos6 Madera, pasta de papel7 Alimentos9 Almacén, carga y descarga de materiales

La sección 3.2 trata más detalladamente los procesos de control de emisiones.Sección 3.2 solicita:• que durante la autorización estén definidos situaciones de puntos de

muestreo adecuadas que permitan mediciones de emisiones representativas ycorrectas;

• que durante la primera y repetidas mediciones puntuales los valores de emisión estén determinados para esas sustancias, que han sido listadas,incluyendo los valores límite en los documentos de autorización de la instalación;

• que, en el caso de un elevado caudol másico de sustancias limitadas, estassustancias deben controlarse con mediciones continuas; y

• que para sustancias particularmente peligrosas para las cuales es aconsejable una medición continua pero que no es posible o es demasiadocara, es obligatoria una medición puntual regular.

Medición puntual de acuerdo con TI AireDespués de la construcción de una nueva planta (o después de la reconstrucción) una organización de ensayo certificado realiza una primera medición dentro de los 3-12 meses después de la puesta en marcha. Esta primera medición se considera como ensayo de aprobación. Después del ensayoprincipal, cada 3 años se realizan mediciones puntuales de tal manera que se calcula el valor promedio de los valores de medición de los componentes limitados durante un periodo de 30 minutos y se comparan con los valores límiteespecificados. En instalaciones con funcionamiento continuo se necesitan 3 mediciones, en otros tipos de funcionamiento 6 mediciones. La planta de incineración debe optimizarse antes de iniciar las mediciones.

Medición continua de acuerdo con TI Aire Durante el funcionamiento normal de la planta, el valor promedio de 30 minutos de medición se calcula cada media hora. A partir de estos valores se genera, almacena y procesa estadísticamente un valor promedio diario; este valor no debe exceder el valor límite especificado.

Tabla 11: Grupo de instalaciones de acuerdo con la ordenanza 4.

TI Air (Instrucción técnica del Aire)La TI Aire es un documento administrativo en la ley de control (BimSchG).Comprende todas las regulaciones necesarias para una instalación, desde la primera aplicación para una instalación hasta el control del funcionamiento rutinario. La TI aire regula todas las instalaciones sujetas a autorización que están listadas en la ordenanza 4.

La TI aire está agrupada en cuatro partes:

• Parte 1: Regulaciones en áreas de aplicación• Parte 2: Provisiones generales en el control del aire contaminado• Parte 3: Necesidades en la limitación y detección de emisiones• Parte 4: Reconstrucción de instalaciones viejas

La parte 3 de la TI aire es de particular interés para el análisis de gases, ya queincluye la especificación de los valores de emisión límite de contaminantes deinstalaciones determinadas

La sección 3.1 contiene regulaciones generales con una clasificación en 4 clasesde contaminantes: El valor límite de sustancias clase I (las sustancias más peligro-sas, ej fosgeno) con cantidades de sólo 1 mg/m3 mientras que la clase IV valorlímite (ej. óxidos de sulfuro y nitrógeno) es de 500 mg/m3.

¡No obstante, estats especificaciones generales se sustituyen en determinadoscasos (sección 3.3) por requisitos más estrictos!

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• Las mediciones puntuales oficiales de acuerdo con TI Aire deben realizarsecon equipos que se han certificado para este fin superando con èxito unaprueba de idoneidad. Además también es obligatorio para equipos fijos querealizan mediciones continuas.

• Los analizadores de gases de combustión Testo son adecuados, comprobados y certificados para mediciones puntuales así como para mediciones continuas.

La sección 3.3 se encarga de las regulaciones referentes a determinados tipos de instalaciones, ver tabla 12.

Tab. 12: Grupo de TI Aire, sección 3.3, para determinados tipos de instalaciones

Nota:Los valores límite específicos para determinados tipos de instalaciones estánincluidos en muchos de los ejemplos de aplicación que se presentan en el apartado 5 de esta guía.

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13. Ordenanza en instalaciones incinerados a gran escala La ordenanza 13. es para instalaciones incineradoras con una salida de energía>50 MW (combustibles sólidos) y >100 MW (combustibles líquidos y gaseosos).Dependiendo de la salida de energía calorífica y del tipo de planta los valores lími-te de emisión están especificados para una determinada materia, dióxido de sulfu-ro, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y componentes gaseosos de cloroy flúor. Algunos valores están sujetos a una regulación dinámica que permite redu-cir los valores límite de acuerdo con la última tecnología de medición o control.

Tabla 13: Valores límite de contaminantes de acuerdo con la ordenanza 13. (selección)

17. Ordenanza en instalaciones incineradoras de residuosLas instalaciones de incineración de residuos se utilizan para tratar térmicamentemateriales residuales sólidos, líquidos y pastosos de casas particulares y hospita-les así como de la industria, incluso neumáticos gastados, disolventes, lodos resi-duales etc., con el objetivo de reducir el volumen y la contaminación potencial delmaterial residual. Los gases de combustión producidos durante la incineración deresiduos deben, dependiendo de su contenido de contaminantes, cumplir con lasregulaciones y especificaciones de la ordenanza 17. de 1990, ver tabla 14.

Contaminante Valores límite [mg/m3] de acuerdo con la ordenanza 13.Combustible

Sólido Líquido GaseosoDeterminada materia 50 50 5

10 (gas de alto horno)100 (gas industrial)

CO 250 175 100SO2 (plantas > 300 MW) 400 400 35

5 (LG)100 (gas de horno de

coque)200-800 (gas compuesto)

SO2 (plantas > 50 MW) 2000 1700 -NOx (plantas > 300 MW) 200 150 100NOx (plantas > 50 MW) 400 300 200Valor de referencia de O2

5-7% según laincinerción

3% 3%

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Seccíón de TI Air

Tipo de instalación

3.3.1 Generación de calor, explotación minera, energía 3.3.2 Piedra y arcilla3.3.3 Acero, hierro, otros metales3.3.4 Productos químicos, farmacéuticos, refinerías3.3.5 Tratamiento de superficies, producción de foil,

procesamiento de plásticos3.3.6 Madera, pasta de papel3.3.7 Alimentos, productos agrícolas3.3.8 Incineración de residuos

(de momento sustituida por la Ordenanza 17.)3.3.9 Almacén, carga y descarga de materiales3.3.10 OtrosCaso especial

¡Centrales térmicas >50 MW (estufas de gas: >100 MW) se tratande manera separada en la Ordenanza 13.!

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Ensayo de idoneidad de analizadores de emisiónEn muchos países los analizadores para utilizar en control de emisiones oficialesdeben pasar satisfactoriamente un ensayo de certificación. Así se garantiza la alta calidad y comparabilidad de los resultados de medición y pueden reproducirse condiciones uniformes en el control de diferentes plantas. El procedimiento del ensayo de certificación se especifica al detalle e incluye lasmediciones de laboratorio y campo por una organización con licencia durante unperiodo de tiempo de varias semanas. Finalmente se listan los analizadores certi-ficados y las autoridades publican la lista.

El analizador testo 360 ha sido certificado en Alemania para medir O2, CO, NO,NO2 y SO2 para utilizar de acuerdo con la ordenanza 13. y 17. y TI Aire. Para las certificaciones de otros analizadores testo y en otros países ver la tabla 47 de la página 121 de esta guía.

3.3.3 Control de emisiones en EUA

Las bases legales del control de emisión en los Estados Unidos las dicta la autoridad federal, la Agencia de Protección del Medio Ambiente (US Environmental Protection Agency (EPA)). La administración y cumplimentación de las regulaciones de la calidad del aire también puede encontrarse en otrasagencias incluyendo los Departamentos de Estado de Protección del MedioAmbiente (State Departments of Environmental Protection (DEP's)), del distritolocal o del país, o regional. Las regulaciones EPA dictan unos requisitos mínimos para la calidad del aire. Además las otras autoridades pueden necesitarestándares diferentes o más estrictos.

Los estándares de regulación de EPA con la finalidad de identificación de fuentesde contaminantes en el aire, desarrollan métodos de ensayo para medir la contaminación del aire, y ordenan los controles del equipo para reducir la contaminación para la protección de la salud de las personas y el medio ambiente. El decreto del Aire Limpio (Clean Air Act (CAA)), establecido por primera vez en 1963, creó el marco inicial de cómo desarrollar los estándares de la calidad del aire, quién o qué focos de contaminación ambiental pueden verse afectados, y cómo la ley puede reforzarse.

CAAEn 1970 se aprobó la CAA como ley. El objetivo de la ley son las mayores fuentes de contaminación del aire, tal como empresas de servicios, centrales térmicas, y las mayores chimeneas de humos industriales y fuentes de humoscomo coches y tractores. La CAA normalmente está dividida en 7 Títulos.

414040

Tabla 14: Valores límite de contaminantes de acuerdo con la ordenanza 17 (selección).

27. Ordenanzas en crematoriosLa ordenanza 27. contiene las regulaciones con los valores límite acerca de los crematorios. (Ver también apartado 5.6.1).

Analizador para utilizar en control de emisionesLos analizadores que se utilizan para el control de emisiones son de igual diseño a los utilizados en otras áreas de análisis de proceso. No obstante, deben cumplirlos requisitos determinados y, en muchos países, superar una prueba de idoneidad especializada para obtener la certificación para utilizar en aplicacionesde control de emisiones.El elevado número de componentes que pueden estar presente en los gases desalida requiere analizadores selectivos cuyo cruce de sensibilidad es muy bajo oconocido y así se puede tener en cuenta para los cálculos. Además, debe ser defácil calibración y correcto transporte y resultados reproducibles. Una elevadadisponibilidad y pocos requerimientos de mantenimiento también forman parte delas condiciones de certificación.Las mediciones de control de emisiones también necesitan un buen diseño desistemas de extracción y acondicionamiento de gases de muestreo debido a elevadas temperaturas así como al contenido de polvo y agua de los gases decombustión. El gas de muestreo debe mostrar una proporción representativa de la corriente de los gases de combustión que a veces necesitan más de un punto de muestreo.

Contaminante Valor límite [mg/m3] de

acuerdo con la ordenanza 17.Contenido en partículas 10Monóxido de carbono CO 50Óxidos de sulfuro (como SO2) 50Óxidos de nitrógeno (como NO2) 200Componentes orgánicos (como C total) 10Componentes de cloro (HCL) 10Componentes de flúor (HF) 1

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42.1 43.1

• Título 1 -Estándares Nacionales de la Calidad del Aire Ambiente(National Ambient Air Quality Standards (NAAQS)) – Lista de losContaminantes críticos del Aire y de los niveles máximos permitidos en el aireambiente. Los contaminantes son:-Óxidos de azufre (SOx)-Óxidos de nitrógeno (NOx)-Monóxido de carbono (CO) -Ozono (O3)-Contenido de partículas en humos (DM)-Plomo (Pb)

• Título 2 - Fuentes móbiles - Regulaciones de acuerdo con la emisión decoches, tractores, barcos, etc.

• Título 3- Contaminantes de aire peligrosos (Hazardous Air Pollutants(HAPS)) – Regulaciones de acuerdo con más de 188 compuestos diferentesque son peligrosos para la salud.

• Título 4- Programa de Depósito de la Lluvia Ácida – Requiere el control deemisiones de SO2, NOx, CO, y opacidad a empresas de servicios y fuentesgrandes para tratar la lluvia ácida y el transporte entre estados.

• Título 5- Programa Nacional de Permisos de Funcionamiento - Un programa administrativo diseñado para identificar grandes contaminantes (en un distrito de aire conocido) y exige un servicio (fuente) para obtener un per-miso Título V que incorpora todas las otras regulaciones del aire.

• Título 6- Protección del Ozono Estratosférico – Regula las fuentes asociadascon la reducción o degradación del Ozono.

• Título 7- Aplicación – Proporciona el método para que el gobierno implantemultas y penalizaciones penales y/o civiles para las fuentes que no cumplan con las regulaciones del aire.

• Título 8- Varios – Otros apartados no descritos anteriormente.

En 1990 las Enmiendas CAA (CAAA) redujeron los límites de emisión permitidosimplantados hasta el año 2010. La CAA también establece otras regulaciones.Las más notables son:

Nuevos estándares de rendimiento de fuente (New Source PerformanceStandards (NSPS))• Ajustar los límites de emisión para todas las nuevas fuentes de polución del airePlan de implantación del Estado (State Implementation Plan (SIP))• Precisa que cada estado presente un plan para lograr los estándares federalesde calidad del aire.

Requisitos del estadoEn Estados Unidos cada estado es responsable de la implantación de leyesfederales a través del SIP. Además también son responsables de muchas otras

regulaciones específicas que pueden ser mucho más estrictas que los requisitosfederales. Las agencias del estado (es decir: DEP, DEQ, DNR, TNRCC, etc.) ylas autoridades locales (es decir SCAQMD, APCD, etc.) también tienen divisionesde aplicación que tienen la autoridad para procesar o multar. Las multas varíandependiendo del acuerdo, por ejemplo, las multas pueden ser tan pequeñas como $25/día hasta millones de dólares y un periodo en prisión por negligenciadeliberada.

Es de gran importancia la designación de “logro” y “no logro” para establecer lasáreas de mala calidad del aire. Las áreas geográficas donde el aire ambiente esrelativamente limpio están consideradas “Areas de logro” o áreas donde se conocen los estándares federales de calidad del aire (normalmente áreas rurales). Las “Áreas de no logro” son áreas contaminadas situadas normalmente en y alrededor de una gran ciudad. Las "Areas de no logro grave" son áreas como Los Ángeles (California) y Houston (Texas) donde la contaminación del airees muy alta.

Métodos de controlHistóricamente el control de emisiones de fuentes se ha realizado con dos métodos. Un método de ensayo de fuente, conocido comúnmente como “ensayode chimenea” o el uso de sistemas de control de emisiones continuo (CEMS). Elensayo de chimenea se realiza inicialmente con química húmeda y analizadores de métodos de referencia. Los métodos de referencia antiguos se desarrollaronhace muchos años con la tecnología disponible, ahora considerada desfasada.Para la mayoría de fuentes, la frecuencia del ensayo depende de muchos factores, pero normalmente el ensayo es puntual y en otros casos los ensayos son anuales o cada 5 años. Sólo se requiere demostrar la conformidad duranteeste ensayo. Las instalaciones que requieren tener un CEMS normalmente tiene un ensayo de chimenea al año, que verifica los datos del CEMS.

Muchas fuentes grandes pueden proporcionar un CEMS. Estos sistemas van de$80,000 a $250,000 para los costes de ajuste inicial. Además, también son necesarios considerables costes de mantenimiento y trabajo ($30,000100,000/año) para mantener el sistema en funcionamiento con precisión. Talesgrandes inversiones de CMES no son prácticas y no pueden justificarse para fuentes pequeñas. Ya que las regulaciones del aire se dirigen a fuentes pequeñas, la industria quiere una alternativa al CEMS.

Programa de Permiso Título VSe necesita una fuente para obtener un permiso Título V si tienen el potencial para emitir más que la emisión estándar (puede ser de un solo contaminante como NOx o una combinación de contaminantes del aire, por ejemplo, compuestos orgánicos volátiles (VOCs)). En general, el estándar es una cantidad de masa contaminante. La cantidad máxima permitida varía de acuerdocon la designación del área. Por ejemplo:• Área de logro = 100 toneladas por año (t/y)

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43.2 43.3

• Área de no logro = 25 toneladas por año (t/y)• Áreas de no logro grave = 10 toneladas por año (t/y)

Como tal, un servicio debe mirar la TOTALIDAD de sus fuentes de contaminacióndel aire, combinar el total y si excede los límites del estado, A PARTIR DE ESEMOMENTO son consideradas una gran fuente. Con esta designación de gran fuen-te deben ampliarse los datos recogidos y realizar un informe y también poner enfuncionamiento otras regulaciones estatales y federales.

Una vez designado como servicio Título V, cada fuente debe proponer qué métodos controlar y qué control de emisiones. La aceptación de cada proposicióndepende de los requisitos locales y/o estatales. Las fuentes controlan sus emisiones de diversas maneras. Deben utilizar factores-f y el cálculo del fuel; para temperatura u otro control de parámetros; para medir gases de combustióncon cualquier analizador portátil, pruebas de ensayo en chimeneas, o CEMS. Loque quieren las autoridades es tener mediciones reales de gases de combustión y los analizadores portátiles proporcionan unos buenos medios para reunir losdatos precisos, exactos y menos costosos.

Las regulaciones del Título V, incluyendo el Control de Conformidad de Garantía(CAM) y Control Periódico (PM) son la fuerza conductora en dirigir las fuentes máspequeñas. La CAM y el PM se desarrollaron para dirigir todas las fuentes no identificadas anteriormente a través de otros programas.

Cambio fundamental en la ConformidadRecientemente ha tenido lugar un cambio de regulación fundamental.Históricamente las fuentes sólo necesitaban tener conformidad durante su ensayo de chimenea (generalmente una vez al año o cada 5 años.) Ahora, las fuentes necesitan tener conformidad el 100% del tiempo. La prueba de la conformidad ahora es la responsabilidad de la fuente y no de un ensayo de emisión (chimenea) puntual.Actualmente, un director de una empresa es legalmente responsable de su servicio conforme con la calidad del aire. Las agencias de aplicación de regularización tienen la autoridad para emitir multas civiles y/o tomar accionespenales si no se cumple la conformidad. Estos dos nuevos conceptos de continuidad de conformidad y autoridad de aplicación proporcionan el incentivopara cumplir con las regulaciones. Esto abre un mercado nuevo y amplio para losanalizadores portátiles.

Tendencias para los Analizadores PortátilesLa fase para ensayar pequeñas fuentes proporciona una buena razón para utilizarotro tipo de tecnología de analizador, conocido como sensores electroquímicos.Proporcionan datos precisos, son más efectivos y tienen una gran disponibilidad.Los analizadores electroquímicos portátiles ahora se aceptan para control de emisiones de niveles locales, estatales y federales.

Métodos de ensayo utilizando Analizadores portátiles electroguímicos

La US EPA no aprueba o certifica un instrumento o analizador para el control deemisiones. En cambio, EPA utiliza métodos de ensayo aprobados. La US EPA y la Sociedad Americana para Ensayo y Materiales (ASTM) han emitido métodos de ensayo especificando el uso de analizadores portátiles, los métodos de ensayo son:

• CTM-030• CTM-034• ASTM Método D6522-00

Estos métodos están basados en el funcionamiento, significa que el analizadordebe funcionar en unas especificaciones muy definidas y los datos de ensayodeben cumplir estándares de control de calidad especiales. Las especificacionesse desarrollaron específicamente para la tecnología electroquímica. Los métodosnecesitan el gas de calibración para la verificación de la exactitud del analizador.Por ejemplo, el control de la calibración se realiza antes y después de cada ensayo, para probar la estabilidad, para probar la linealidad, etc. Un ensayo igualo similar se utiliza en todos los métodos de ensayo de US EPA.

El CTM-030 contiene la especificación más elevada o, en otras palabras, losprocesos de garantía de calidad y el control de garantía más elevados (QA/QC).Este método se utiliza para comprobar emisiones de NO, NO2, CO, y 02 de fuentes de gas natural ardiendo. Este es un método de ensayo muy complejo yrequiere mucho tiempo. Requiere numerosos ensayos antes y después del funcionamiento con el gas de calibración, ensayo de linealidad, ensayo de interferencias, ensayo de estabilidad, etc.

El ASTM Método D6522-00 está basado en el CTM-030. También se utiliza paracomprobar emisiones de NO, N02, CO, y 02 de fuentes de gas natural ardiendo en US e Internacionalmente. Este método está pendiente de la aprobación de EPA como la próxima alternativa al método de referencia.

El CTM-034 se utiliza para comprobar fuentes en bases periódicas (es decir, Título V Control Periódico, CAM, & regulaciones específicas del estado). Puede utilizarse para comprobar emisiones de NO, NO2, CO, y 02 de fuentes de gas natural y de gasoil ardiendo. Este método es menos costoso hablando en términos de gas de calibración y tiempo y por tanto proporciona una metodologíamás fácil y práctica para ensayos más frecuentes.

El testo 350 y 360 cumple los requisitos de estos métodos de ensayo (Método deensayo condicional CTM-030, CTM-034, y el ASTM Método D6522-OO) Además elanalizador de gases testo 360 cumple los requisitos del método de ensayo de EPAque se encuentra en 40 CFR, Parte 60, Apéndice A & B parte 75 subparte C.

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4544 45

• Filtros de telaLos filtros de tela eliminan las partículas de las corrientes de gas mediante laretención de partículas en o sobre una estructura porosa (bolsas, lechos) que el gas atraviesa. La estructura porosa suele ser un tejido de lana o de fieltro,aunque también puede contener materiales como coque, arena, cerámica, etc.

• CepillosLos cepillos se utilizan principalmente para eliminar los gases y contaminantes de fase de vapor procedentes de los gases de combustión, aunque a veces se utilizan para eliminar partículas. Las partículas entran encontacto con un líquido (que se introduce por ejemplo con aerosoles) y se provoca una reacción que recoge las partículas en el líquido.

Desnitrificación de gases de combustión

Existen medidas primarias y secundarias para reducir el contenido en NOx

(NO+NO2) de los gases de combustión:• Las medidas primarias son la combustión espaciada mediante suministro de

aire por etapas, combustión de lecho fluido y el uso de quemadores diseñados específicamente. Todas estas medidas reducirán considera-blemente la formación de óxidos de nitrógeno. Ver más detalles a continuación.

• Una medida secundaria (postcombustión) es el proceso de ReducciónCatalítica Selectiva (Selective Catalytic Reduction, SLC), que es con diferencia la más aceptada. Se inyecta amoníaco en el gas de combustión para que reaccione con NOx, formando nitrógeno y agua. Utilizar un catalizador mejora esta reacción y reduce la cantidad necesaria de amoníaco. Algunas veces se utiliza el término planta DENOX para describir esta planta de desnitrificación.

Combustión de lecho fluido (Fluidized bed combustion, FBC)La tecnología de lecho fluido se basa en el principio físico de que las partículaspueden fluidizarse en un reactor (p.e. carbón pulverizado en una cámara de combustión) al aplicar aire caliente contra ellas desde abajo. Este principio permite un contacto más completo entre las partículas de combustible y el oxígeno, que conlleva una combustión casi completa con niveles bajos de emisión. La temperatura de combustión puede ser de hasta 900° C, evitando asícasi totalmente la formación de óxidos de nitrógeno térmicos. Añadir piedra calizaal proceso de FBC reducirá al mismo tiempo la formación de óxido nitrogenado.

3.3.4 Limpieza de gases de combustión

La cantidad de contaminantes del aire que contienen los gases de combustión así como sus emisiones en la atmósfera pueden reducirse mediante la instalación de unidades destinadas a la purificación en el recorrido de los gases de combustión entre el quemador y la chimenea:• La emisión de partículas se reduce o casi se elimina con la instalación de

precipitadores de polvo de diversos diseños y principios de operación.• La emisión de contaminantes gaseosos puede reducirse hasta cierto punto

utilizando combustibles de baja emisión; se consigue una reducción másefectiva mediante la optimización de la combustión (combustión de lecho flui-do, suministro de aire por etapas) e incluso más con procesos de purificaciónde gases de combustión como adsorción, tratamiento térmico, etc.

El análisis de gases es una herramienta importante para controlar y dirigir estos procesos.

Control de partículasSe utilizan diferentes principios para eliminar las partículas:

• Separadores centrífugos (ciclones)En los ciclones, mediante fuerzas centrífugas, se envían las partículas a lugares fuera de la corriente de los gases, desde donde pueden eliminarse yliberarse. Los ciclones de flujo reverso son los más frecuentes con una entrada en tangente y una salida de partículas y gas en eje.

• Precipitadores electroestáticosEn los precipitadores electroestáticos se mantiene un campo eléctrico para que las partículas adquieran una carga eléctrica. Las partículas cargadas vanobligatoriamente a un electrodo colector desde donde se eliminan y se liberan del proceso. Los precipitadores electroestáticos se utilizan preferentemente para filtrar corrientes de gases de gran volumen en estaciones eléctricas, plantas de cemento, plantas metalúrgicas, etc.

Los filtros electroestáticos podrían dañarse en caso de que entrara una mezclaexplosiva de gases en la cámara del filtro y pasara a través del campo eléctrico.Una protección efectiva contra ello es medir el contenido de CO de la corrientede gases de combustión que entra en el filtro.

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4. Técnica de análisis de gases4.1 Términos de la técnica de Análisis de Gases (seleccionada)4.1.1 Concentración

El término concentración describe la cantidad de una sustancia, expresada comomasa, volumen, o número de partículas por unidad de volumen de una sustanciasólida, líquida, o gaseosa p.ej. alcohol en cerveza u oxígeno en aire.

Se utilizan diferentes unidades para describir la concentración en gases:

• Concentración de masa Concentración expresada en términos de masa de un compuesto por unidad de volumen [g compuesto /m3 volumen de gas]

• Concentración de volumenConcentración expresada en términos de volumen de sustancia gaseosa porunidad de volumen [cm3 compuesto /m3 volumen total de gas]

• Concentración de partículas Concentración expresada en número de partículas de un compuesto pornúmero de partículas totales [partículas compuesto / partículas totales]

En el análisis de gases de combustión, los términos concentración de masa yconcentración de partículas son frecuentes y se utilizan en paralelo. La unidad demasa es el gramo (y mg, µg, ver tabla 15) y la expresión más corriente para la concentración de partículas es ppm (partículas por millón). “ppm” significa “xnúmero de partículas en un millón de partículas”. ppm suele utilizarse para concentraciones bajas; las concentraciones elevadas se expresan en "tanto porciento" (%), ver tabla 16.

Por lo tanto, la concentración de un contaminante gaseoso se expresa• Bien en g (o mg o µg etc.) con referencia a un volumen definido de gas,normalmente metros cúbicos (m3), p.ej. 200 mg/m3

• Bien en ppm sin ninguna referencia, p.ej. 140 ppm

Tabla 15: Unidad de masa en gramos con subdivisiones47

Expresión EscrituraGramo gMiligramo mg 10-3 gMicrogramo µg 10-6 gNanogramo ng 10-9 gPicogramo pg 10-12 gFemtogramo fg 10-15 g

Suministro de aire por etapasEl suministro de aire por etapas es una medida primaria muy eficaz para evitar laformación de óxido de nitrógeno mediante la reducción de combustible-NO asícomo NO térmico. El suministro de aire de combustión se reduce en el quemador(primera fase, aire primario), el valor del aire es <1 y favorece que el contenido de NOx se mantenga bajo e incluso se reduzca más al formar moléculas establesde N2; no obstante, el contenido de CO es relativamente elevado. Por encima delquemador (segunda fase) se suministra un volumen deficiente de combustión y se completa la combustión. De este modo, se reduce el contenido de CO pero nose forma más NO, pues en esta fase el nitrógeno está presente en forma de moléculas estables de N2.

Quemadores de NOx bajoLos quemadores de NOx bajo están diseñados para funcionar de modo muy similar al principio de suministro de aire por etapas (medida primaria). Se suministra aire de combustión al quemador en dos o más puntos diferentes, entreellos la recirculación de aire dentro del quemador. Esto causa una combustióncompleta y reduce considerablemente la formación de óxidos de nitrógeno.

Desulfurización de gases de combustiónEl principio de cepillado húmedo mediante inyección de piedra caliza (medidasecundaria) es el proceso de desulfurización de gases de combustión más frecuente. En una torre de cepillado (limpieza) se rocía el gas de combustión conuna suspensión de piedra caliza en agua que reacciona químicamente con el SO2

gaseoso del gas de combustión y forma yeso. Se ibera el yeso y luego se utiliza,como mínimo parcialmente, como material de construcción.

Incineración térmica de gases de combustiónVer ejemplo de aplicación 5.2.3 en la página 86.

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Conversión de valores de concentración

Conversión de un valor medido a las condiciones normalesLa conversión de un valor de medición real (fase 1) a condiciones normales (fase2) se realiza mediante la fórmula

Con las siguientes especificaciones:

EjemploEl valor "200mg/m3" a condiciones de 35 °C y 920 hPa se transforma, despuésde la conversión a condiciones normales, en el valor "248,4 mg/Nm3".

Conversión de ppm a concentración de masa [mg/m3]ppm (número de partículas por millón de partículas) es una unidad de concentración muy utilizada como expresión de una relación de partículas en unvolumen de gas. Se utiliza la unidad concentración de masa simultáneamente.Un valor de concentración en [ppm] puede convertirse en el valor correspondiente expresado como concentración de masa [mg/Nm3] utilizando ladensidad del gas a condiciones normales como factor. La dilución del gas por aire (exceso de aire, especialmente aire añadido o aire falso de las fugas) debe considerarse tomando como referencia la concentración de oxígeno. Todos losvalores medidos deben referenciarse con cierto contenido de oxígeno (“referencia O2”). Sólo pueden compararse entre ellos los valores de concentración con valores de referencia de oxígeno idénticos. Por lo tanto, en lasnormativas oficiales, los valores límite de concentración de contaminantes siempre se especifican con un valor referencia de oxígeno.El valor real de concentración de oxígeno también se necesita para calcular la conversión como medida del nivel de dilución de gas existente.

49

Fase 1Condiciones durante lamedición

T1 : Temperatura del gas durante la medición(273 + temperatura real en °C)

p1 : Presión del gas durante la medición en hPac1 : Valor de concentración medido

Fase 2Condiciones normales

T2 : Temperatura cero estándar (=273 K)p2 : Presión cero estándar (=1013 hPa)c2 : Concentración convertida a condiciones

estándar

c2 = c1 •T1 • p2

T2 • p1

Tabla 16: Concentración de partes en ppm y % con subdivisiones

ImportanteDebido a la variación del volumen de un gas por cambios de temperatura y presión, es necesario utilizar una de las siguientes alternativas para describir unvalor de concentración:• Especificación adicional de los valores de temperatura y presión del gas

durante la medición o• conversión del valor de concentración medido en su valor

correspondiente a condiciones estándar, ver el apartado siguiente.Tras la conversión, el volumen se expresa como volumen normal(metro cúbico normal, Nm3 o m3

N).

Condiciones estándar de un gasEl volumen de un gas depende de su temperatura y presión real.Para obtener resultados comparables, se ha definido un volumen normal.Un gas a condiciones normales (1013 mbar, 273 K) y para un determinadonúmero de moles ocupa un volumen determinado.

Expresión EscrituraPartes por billón 0,001 ppm 0,0000001%Partes por millón 1 ppm 0,0001%

10 ppm 0,001%100 ppm 0,01%1000 ppm 0,1%10000 ppm 1%

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Conversión de ppm en unidades de energíaPara describir las concentraciones de gas relacionadas con unidades de energía[g/GJ] o bien [mg/kWh] es necesario realizar cálculos de conversión utilizando fac-tores específicos de combustible (fuel-specific factors, FF). Ver las fórmulas y losfactores que aparecen en la tabla 7:

Conversión de ppm a g/GJ

gggg

Tabla 17: Factor FFpara diferentes tipos de combustible

Conversión de ppm a mg/kWhDebe aplicarse el factor 3,6 a todas las fórmulas anteriores:

5150

CO (mg / kWh) = x CO (ppm) x FF x 1,25

51

Gasoil ligero EL 0,2434Gasoil pesado S 0,2203Gas Natural 0,2545Gas líquido 0,2304Gas de coque 0,2543Gas ciudad 0,2210

Briqueta 0,3157

2121-02med.

NOx (mg / kWh) = x NOx (ppm) x FF x 2,0521

21-02med.

SO2 (mg / kWh) = x SO2 (ppm) x FF x 2,8621

21-02med.

CO (mg / kWh) = x CO (ppm) x FF x 3,6 x 1,2521

21-02med.

NOx (mg / kWh) = x NOx (ppm) x FF x 3,6 x 2,0521

21-02med.

SO2 (mg / kWh) = x SO2 (ppm) x FF x 3,6 x 2,8621

21-02med.

Fórmulas de conversión para CO, NOxy SO2

El factor (1,25 etc.) aplicado en las fórmulas arriba mencionadas corresponde a la densidad estándar en mg/m3 del gas en cuestión. Comentarios importantes:• Para SO2, los valores de densidad en condiciones normales es de 2,86;• Para NOx, se utiliza el valor de densidad en condiciones normales de NO2

(2,05), porque sólo NO2 es un componente estable y NO reaccionará muy rápido con el oxígeno a NO2;

• Para H2S (no se muestra la fórmula) el factor es 1,52.

En los cálculos de conversión sin oxígeno de referencia, las fórmulas mencionadas se simplifican. Para la fórmula de conversión de CO:

La simplificación también es válida para los demás gases.

CO ( mg / m3 ) = x CO (ppm ) x 1,2521- O2- refer.

( 21-O2 )[ ]

SO2 ( mg / m3 ) = x SO2 (ppm ) x 2,8621- O2- refer.

( 21-O2 )[ ]

NOx ( mg / m3 ) = x (NO(ppm) + NO2 (ppm)) x 2,0521- O2- refer.

( 21-O2 )[ ]

CO en [mg/m3] = CO en [ppm] x 1,25

1 kWh = 3,6 GJ

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5352

• La extracción de gas se realiza mediante sondas de muestreo que se colocan en la corriente del gas de combustión o gas de proceso. Están disponibles en diferentes diseños, materiales y para diferentes intervalos detemperatura, hasta 1200 °C (3200 °F) superiores. En la punta de la sonda puede colocarse un filtro de partículas y, en algunas sondas (p.e. la sonda multifunción Testo), también hay sensores para determinar la presión y la temperatura del gas de muestreo en la punta de la sonda. La extracción de gas se lleva a cabo mediante una bomba de gas de muestreo en el analizador.

• El enfriador de gas de muestreo está situado entre la sonda de muestreo y el analizador. Los gases de combustión y de proceso siempre tienen cierta cantidad de humedad que a temperatura elevada del gas (superior al punto de rocío) existe como vapor y a temperatura baja (inferior al punto de rocío)como líquido. En ambos casos, los resultados de las mediciones están influidos por la misma humedad y por las reacciones químicas entre otros componentes del gas y el agua. Además, el equipo de medición puede averiarse debido a los componentes agresivos (ácidos) que se forman a través de reacciones de SO2 o SO3 con agua. Ver también el apartado 2.7.El refrigerador de gas de muestreo se utiliza para enfriar el gas de muestreo y secarlo hasta un nivel definido y constante, p.e. 4 °C. El nivel de humedad residual es bajo a estas temperaturas (ver fig. 5, página 22). Se mantiene constante y entonces permite la comparación con otras mediciones. El proceso de enfriamiento origina la formación de un líquido (condensado) que se descarga del refrigerador mediante una bomba.

• Las líneas de muestreo (en metal o plástico) no son calentadas (en caso degases no críticos o temperaturas ambientes muy elevadas) o calentables para mantener el gas por encima del punto de rocío y, por lo tanto, evitar la formación de condensados en las líneas de muestreo.

• El analizador, según el diseño, puede contener filtro de gas, refrigerador de gas o líneas de muestreo internas calentables.

El contenido de humedad de un gas de muestreo es doblementeimportante para el análisis de gases: • Como vapor diluye el gas de muestreo, con diferentes niveles de humedad,

variarán los niveles de dilución y, por lo tanto, los valores de concentraciónmedidos.

• Como agua reaccionará con componentes del gas, reducirá la concentración de los componentes y, en consecuencia, los valores medidos de concentración.

Medidas preventivas:• El nivel de humedad debe medirse junto con los componentes del gas.• La humedad debe descender a un nivel bajo y mantenerse constante

gracias al enfriador de gas de muestreo.• La formación de condensados en el analizador debe evitarse con un

calentamiento adecuado del recorrido del gas hacia el analizador.

53

4.1.2 Extracción y acondicionamiento de gas de muestreo

Muestreo de extracciónLa mayoría de las mediciones de análisis de gas se realizan mediante el método de muestreo extractivo. Se extrae una parte representativa del gas de proceso dela corriente del proceso (en contraste al principio in-situ) a través de una sonda de muestreo y, después de pasar una unidad de acondicionamiento, alimenta elanalizador. El acondicionamiento de la muestra (algunas veces denominado preparación de la muestra) consiste en limpiar el gas de partículas y enfriar el gas a una temperatura definida, siempre inferior al punto de rocío. El enfriamientoprovoca que el gas se seque. En la figura 9, aparece el esquema de una instalación de extracción y acondicionamiento de gas.

Las ventajas del muestreo extractivo son:• El analizador está separado y protegido de la corriente del proceso. Este

ambiente a menudo es duro y agresivo.• El gas muestra, mediante el procedimiento de acondicionamiento, se

transforma en un estado definido por lo tanto comparable, y• Puede operarse más de un analizador con una unidad de muestra o

conectarse un analizador a varios puntos de muestra mediante una unidadmuestra de conexión en línea.

Fig. 9: Extracción y acondicionamiento de gas de muestreo (esquema)

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5554 55

Más información sobre los componentes que interfieren:

• Hidrocarburos insaturados con concentraciones elevadas pueden causar deri-va de punto cero y reducir la sensibilidad del sensor, concretamente para lacélula de CO y NO.

• Los niveles de concentración elevados de gases agresivos como HCN, HCI ofluoruros pueden atacar las líneas de muestreo y los sensores.

4.1.4 Calibración

CalibraciónLa calibración es el proceso de ajustar la lectura del instrumento para que corresponda al valor real de concentración o a un referencia estándar. La calibración consiste en verificar el instrumento con una concentración definida degas o vapor para ver si el instrumento proporciona la respuesta correcta. La calibración produce factores de calibración o funciones que establecen la relaciónentre la respuesta del analizador y la concentración real de gas introducida en elanalizador.La calibración es un elemento importante para asegurar la calidad del control deemisiones. Se utilizan gases de referencia con una composición definida.

TrazabilidadLa trazabilidad significa que la medida de referencia empleada para la calibracióntiene una exactitud establecida.

Gas de calibración, gas de pruebaEl gas de calibración es un gas de concentración conocida que se utiliza para establecer la curva de respuesta de un analizador.

Gas ceroEl gas cero es nulo; puede contener cualquier componente excepto el analizado o gases con interferencia cruzada.

ReproducibilidadLa reproducibilidad de un método es la medida de su repetibilidad.

ExactitudLa exactitud indica la cercanía de un valor respecto al valor real.

4.1.3 Sensibilidad cruzada

La sensibilidad cruzada de un sistema detector (sensor) se debe a que la resoluci-ón específica del sistema no es ilimitada. El sensor detector no sólo es sensible alcomponente que nos interesa sino que también, más o menos, a otros componen-tes presentes (“que interfieren”) en el gas. Por lo tanto, los cambios en la concen-tración de estos componentes también influirán en el valor medido del componen-te que nos interesa. Este efecto debe compensarse para obtener valores de medi-ción correctos y fiables. Asimismo, debe conocerse la concentración de los gasesque interfieren para utilizarla como valores de corrección. La sensibilidad cruzada se expresa como la influencia (aumento o descenso delvalor medido, en unidades de concentración) del componente que interfiere. Elalcance de la sensibilidad cruzada depende de las características del sistema dedetección (es específico de la técnica de medición del analizador) y de la concen-tración de los componentes que interfieren. Los resultados del analizador de gasestesto 360 aparecen en la tabla 18. Estos valores suelen ser inferiores a los de otrosanalizadores.

Tabla 18: Sensibilidades cruzadas del analizador de gases testo 360• La expresión O significa "sin influencia"• La expresión O (sombreada) significa “sin influencia debido a la corrección

automática del analizador” (los sensores de los componentes que interfierendeben estar disponibles en el analizador)

• Ningún símbolo algebraico significa influencia positiva (aumento del valor medido)

• El símbolo “-” significa influencia negativa (descenso del valor medido)• El oxígeno no aparece como componente de medición, excepto en CO2

(compensado internamente) sin sensibilidad cruzada.• El CO2 y NH3 así como los hidrocarburos saturados no producen sensibilidades

cruzadas.

Componentes de medición resp. tipo de sensor (testo 360)Con valores de sensibilidad cruzada, expresados en % del valor medidodel componente que interfiereCO con compensación H2

CO sin compensación H2

NO NO2 SO2

Co

mp

one

ntes

que

in

terf

iere

n en

el g

as

CO 100 100 0 0 0

H2S 0 0 0 Aprox. -25 Aprox. 200

SO2 0 0 0 Aprox. -3 100

NO <1 <1 100 0 0

NO2 0 0 0 100 0

H2 0 <60 0 0 Aprox. 3

Cl2 50 0 0 <90 Aprox. -80

HCN 0 <5 0 <-3 Aprox. 30

HCl 0 0 <5 0 Aprox. 15

C2H4 Aprox. 35 0 0 0 Aprox. 50

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Los resultados del análisis de gas del proceso se utilizan para• Control de proceso p.e. mediante el control de las materias primas y el sumini-

stro de aditivos, y optimizando las fases del proceso,• protección de personas y plantas mediante el control de la atmósfera de la plan-

ta en previsión de mezclas de gas explosivas o tóxicas,• control de calidad del producto mediante el control de las fases de producción

del proceso y el control de la especificación final del producto, y• protección medioambiental mediante el control de la adecuación de los gases

de escape a los límites estándar especificados de los diferentes contaminantes.

AnalizadoresEl corazón de cualquier analizador es un sistema de sensores o un sensor especí-fico. Su funcionalidad se basa en un principio físico o fisicoquímico definido comola absorción, adsorción, transmisión, ionización, conductividad, magnetismo, etc.Los sensores reaccionan a las variaciones de la propiedad en cuestión de la mue-stra con la variación correspondiente de su propiedad (mayor absorción de luz omenor conductividad eléctrica, por ejemplo) y con ello se obtiene una señal demedición.Según el diseño, los analizadores pueden clasificarse de este modo:• analizadores portátiles para aplicación móvil de un analizador en diferentes pun-

tos de medición para mediciones de corta duración,• analizadores para instalaciones fijas en puntos definidos de una planta para

mediciones continuas durante meses y años,• analizadores in-situ, que se instalan y operan directamente en la corriente del

proceso• analizadores extractivos, que se instalan en un rack o una caja de analizador

(recipiente) fuera de la corriente del proceso y utilizan una sonda de muestreo yuna unidad de condicionamiento de gas muestra para suministro de gas mue-stra.

Tras los últimos desarrollos tecnológicos, ahora disponemos de analizadoresportátiles, que combinan la movilidad con la adecuación a las mediciones con-tinuas fijas durante largos periodos de tiempo. Un ejemplo de ello es el analiza-dor de gases testo 360, que es portátil, fácil de manejar y sin embargo ha sidoprobado y certificado para operación continua durante varias semanas.

5756 57

4.2 Análisis de gases

4.2.1 Términos y áreas de aplicación

Análisis de gasesEl análisis de los gases consiste en la detección de gases y vapores relacionadoscon el control de procesos químicos y metalúrgicos, en el control del medioambiente y en el área de control de seguridad. Se dispone de una gama completa de instrumentos analíticos basados en métodos físicos o físico-químicos. Aunque los analizadores se consideran instrumentos eléctricos, es necesario tener conocimientos de química para comprender su principio operativo y obtener resultados de medición correctos y precisos.

Análisis del procesoEl análisis del proceso, frente al análisis de laboratorio, consiste en todos los métodos de medición continua para la determinación en tiempo real de las concentraciones físicas y químicas en corrientes de proceso. Estos equipos sedefinen como Instrumentación analítica de proceso (Process AnalyticalInstrumentation, PAl) o analizadores de proceso. Debido a las complicadas situaciones de medición de muchos procesos los sistemas de medición debencumplir los estándares más elevados en cuanto a automatización, robustez y facilidad de operación.Las aplicaciones más frecuentes del análisis de proceso son en plantas de industrias químicas y petroquímicas, generación de energía, metales y minerales,alimentación, pasta y papel, cemento y cerámica, pero también en cierta medidaen investigación y desarrollo. En el caso de corrientes de proceso gaseoso (gases de combustión, gases de proceso, también aire) se utiliza el término análisis de gas de proceso.

Los puntos de medición con dispositivos de muestreo de operación continua, entre ellos analizadores, se sitúan en diferentes puntos en una planta (en el quemador o caldera, en la chimenea, en el horno de cemento, cerca del filtro electroestático etc.) en un ambiente y condiciones de operación bastante agresivas. La diferencia respecto al análisis de laboratorio es que la instalación de los analizadores en un laboratorio cuenta con las mejores condiciones de operación y que las muestras del proceso se toman de manera discontinua y sellevan al laboratorio. Los analizadores de laboratorio suelen diseñarse para mediciones sofisticadas y requieren operadores cualificados.

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SensoresEl término sensor suele describir todo tipo de instrumentos de medición que midenuna cantidad física o un cambio en una cantidad física, como temperatura, presi-ón, concentraciones de gas, etc. Un sensor está formado por el elemento sensor(sensor elemental) y un transmisor. El elemento sensor debe tener una característi-ca (p.ej. conductividad, absorción de luz) que cambia con las variaciones del com-ponente de medición. Entonces, el transmisor transforma esta “reacción” del ele-mento sensor en una señal de medición.Los grupos de sensores más frecuentes son• Sensores de medición de temperatura• Sensores de medición de presión• Sensores de medición de flujo y nivel• Sensores de medición de concentraciones y propiedades de la materia

(Analizadores)

En la tabla 20 encontrará algunos de los grupos más frecuentemente utilizados en el análisis de gases.

Atención:En tecnología de analizadores, a veces se utiliza el término sensorespecíficamente para elementos sensores muy pequeños, mientras lossensores más grandes o sistemas de sensores se denominan analizadores

Tabla 20: Principios de sensor utilizados en el análisis de gases (Selección)

Sensor Principio de medición

Sensor electrocatalítico Conductividad eléctrica

Sensor polarográfico Interacción ente la energía química yla energía eléctrica

Sensor óptico Características ópticas

Sensor calorimétrico Reacción al calor durante lainteracción con ciertos gases

Sensor fotométrico Absorción de la radiación, p.e.infrarrojos (IR) o ultravioletas (UV)

Sensor paramagnético Características paramagnéticas deoxígeno

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Áreas de aplicaciónLos analizadores del proceso de gas tienen varias áreas de aplicaciónprincipales:1. Optimización de la combustión

Optimización de los procesos de combustión con el objetivo de ahorrar energía, proteger la planta (extensión de vida de servicio) y minimizar las emisiones.

2. Control del procesoControl de una composición concreta de gas para controlar un proceso de elaboración con el fin de obtener ciertas especificaciones y cualidades del producto.

3. Control de emisionesControl de plantas de limpieza de gas para corregir la operación y controlar las concentraciones de contaminantes de gases de combustión para que cumplan el valor límite especificado.

En la tabla 19 encontrará ejemplosde estas aplicacionesen diferentes industrias.

Tabla 19: Áreas y objetivos de aplicación del análisis de gases.

Aplicaciones y objetivos del análisis de gases1 2 3

Optimización de la combustión

Control de unaatmósfera de gasconcreta

Control de filtro ycontrol del gas deescape para quecumplan las especificaciones deemisiones límite.

Minimizar loscostes operativos yla emisión de contaminantes

Generación y con-servación de unacualidad específicadel producto

Cumplimiento de lasnormas de emisión

Control de combustión

Control del processo

Control de emisiones

UtilizaciónCemento, cal, cristal X X XProducción de metal X XTratamiento de metal X X XGeneración de calor X XElim. de desechos X XInvestigación y desarrollo

X X X

Química, petroquímica

X X

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Tabla 20: continuacíón

Analizadores portátilesLos analizadores portátiles en aplicaciones de proceso son un gran desafío para el fabricante de instrumentación. En el severo entorno de medición, la precisiónnecesaria y la fiabilidad de los valores de medición junto con las dimensionespequeñas y el poco peso del analizador forman un perfil de requisitos que, hastahace pocos años, no se podían cumplir. Sin embargo, el desarollo de los analizadores de gas testo 350 y testo 360 ha establecido un nuevo estándar quelos certificados oficiales han confirmado: ambos analizadores son instrumentosmóviles cualificados para realizar mediciones continuas durante largos periodos de tiempo.

El testo 350 y el testo 360 son analizadores portátiles de gas de extracción que,a cause de sus características específicas (refrigerador de muestras de gas, cali-bración automática, sonda de limpieza automática de muestras), también estáncualificados para instalaciones fijas y para realizar mediciones continuas duran-te varias semanas. Con ello, abren nuevos campos de aplicación y ofrecen alusuario soluciones universales y muy rentables de instrumentación. Los senso-res electroquímicos se utilizan con preferencia por sus pequeñas dimensiones ysu bajo consumo de energía. Son muy adecuados para los analizadores portáti-les. No obstante, el principio de medición de estos sensores requiere un granconocimiento y experiencia del fabricante durante el desarollo y la producciónpara cumplir las estrictas especificaciones de las aplicaciones del proceso.

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4.2.2 Principios de medición empleados en los analizadores de TestoPara determinar la concentración de diferentes gases en una mezcla de gas, se utilizan diversos principios de medición. En la tabla 21 aparece una visión generalque destaca los principios empleados en los analizadores de Testo.

Tabla 21: Componentes del gas y principios de medición adecuados

Sensores electroquímicos (potenciométricos)Los sensores adecuados para la determinación del oxígeno así como para CO,SO2 y NOx funcionan según el principio electroquímico de potenciometríaselectiva de ión. Se rellenan los sensores, concretamente para esta tarea de medición, con una solución electrolítica acuosa. Se colocan dos o tres electrodos(de nuevo, específicos para esta tarea) con un campo eléctrico aplicado. Los sensores están sellados con el exterior mediante una membrana permeable al gas, ver cuadro 10 y 11.El diseño en detalle y el principio de operación difieren según el componente delgas que se mide, tal como se demuestra en los siguientes dos ejemplos:

Ejemplo 1: Sensor de oxígeno (2 electrodos)El gas de combustión respecto a las moléculas de oxígeno atraviesa la membrana y llega al cátodo del sensor. Debido a la composición material del cátodo, tiene lugar una reacción química que provoca la liberación de iones OH(iones = partículas con carga) procedentes del cátodo. Los iones libres migran através del líquido electrolito al ánodo del sensor y de este modo se genera una corriente eléctrica en el circuito eléctrico externo que es proporcional a la concentración de oxígeno.

Principio de medición Componentes de medición

SO2 CO CO2 NOx H2S O2 HCConductividad • • ND-IR • • • • • ND-UV • • Paramagnetismo • Quimioluminiscencia • Calorimetría • • Ionización de la llama • Polarografía • • • • • Conductividad en sólido • • Principios adecuados• Principios que utiliza TestoHC Hidrocarbonados

Sensores de quimioluminiscencia Reacción química con emisión deradiación de quimioluminiscencia

Ionización de la Ilama (FID) Ionización del gas en una Ilamaque provoca una corriente

Sensores biológicos Reacciones bioquímicas

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Ejemplo 2: Sensores de CO, SO2 y NOx (sensores de tres electrodos)Para determinar gases como CO, SO2 o NOx, se utilizan sensores de tres electrodos. El principio de operación se explica a continuación utilizando el sensor de CO como ejemplo.

Fig. 11: Esquema de un sensor de monóxido de carbono

Las moléculas de monóxido de carbono (CO) atraviesan la membrana permeableal gas y se dirigen al electrodo sensor del sensor. En él se produce una reacciónquímica que origina la formación de iones H+ que migran del electrodo sensor alelectrodo contador. En el electrodo contador, se produce una segunda reacciónquímica con la ayuda del oxígeno del aire fresco. Esta segunda reacción provocauna corriente que circula en el circuito externo. La corriente puede evaluarse como medida de la concentración de monóxido de carbono. El electrodo de referencia sirve para estabilizar la señal del sensor.La vida útil de este tipo de sensor es de aproximadamente 2 años.

Esta corriente crea una caída de voltaje a través de la resistencia R, que es la señalde medición y se utiliza para el procesamiento electrónico adicional. La resistenciaintegrada es una resistencia térmica con coeficiente de temperatura negativo,NTC. Sirve para compensar las influencias de temperatura y garantiza de estemodo un rendimiento del sensor térmicamente estable. La vida en servicio de lossensores de oxígeno es de unos 3 años.

Fig. 10: Esquema de un sensor de oxígeno

Ecuaciones de reacciónCátodo: O2 + 2H2O + 4e- � 4OH-

Ánodo: 2Pb + 4OH- � 2PbO + 2H2O + 4e-

General: 2Pb + O2 � 2PbO

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Fig. 12: Sensor NDIR (diseño compacto Testo) para determinar el CO2

Absorción de rayos ultravioleta (UV)Ciertos componentes del gas, p.ej. SO2 o NO, absorben también la radiación ultravioleta (Uy). Para estos componentes, el método de UV compite con el método de IR ofreciendo más ventajas, pues el agua no causa interferencias en la gama de absorción de UV. Sin embargo, frente a los IR, las fuentes de luz UV son más caras y, en consecuencia, el método de UV se utiliza preferentementepara aplicaciones concretas.

Detector de quimioluminiscencia (CLD)Este método se utiliza principalmente para determinar concentraciones bajas deNO y NO2. Se basa en una característica del NO: reacciona con el ozono (O3) yprovoca la emisión de una radiación de luz característica (quimioluminiscencia). Laintensidad de la radiación emitida es proporcional a la concentración de NO. Estos analizadores (detectores de quimiouminiscencia, CLD) son muy comunes en el análisis de NO y NO2 en los gases de escape de los coches. Se componenbásicamente de un generador de ozono, una cámara de enriquecimiento y reacción y un detector fotomultiplicador.

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Ecuaciones de reacción para COCátodo: CO + H2O � CO2 + 2H+ + 2e-

Ánodo: 1/2O2 + 2H+ + 2e- � H2O

General: CO + 1/2 O2 � CO2

Ecuaciones generales de reacción para SO2, No y NO2

SO2 + 2H2O � H2SO4 + 2H+ + 2eNO + 2H2O � HNO3 + 3H+ + 3e-

NO2 + 2H+ + 2e- � NO + H2O

Absorción de infrarrojos (IR)Los gases como CO, CO2, SO2 o NO absorben la radiación de infrarrojos (IR, lagama de longitud de onda es de varias µm) con una longitud de onda específicapara el gas. Dado que la radiación de IR atraviesa una célula de medición llena de gas que será analizado, un incremento de la concentración del gas provoca elincremento correspondiente en la absorción de IR y, por lo tanto, un descenso dela intensidad de radiación que recibe el detector de IR. Para garantizar la selectividad de sólo un componente del gas, se utilizan dos principios diferentes:El principio dispersivo utiliza la radiación, dispersada por un prisma o rejilla antes de entrar en la célula de medición. Sólo se utilizan dos longitudes de onda (o gamas estrechas de longitud de onda) del espectro entero, una que el componente en cuestión absorbe y otra que no absorbe como referencia. La relación de absorción con estas dos longitudes de onda es una medida de la concentración del gas.El principio no dispersivo (NDIR) utiliza una amplia gama de radiación procedente de una lámpara o un foco de iluminación sin dispersión antes de entrar en la célula de medición. Cuando un componente que absorbe radiación de IR está presente en el gas muestra, la intensidad de radiación que llega al detector disminuirá en la parte específica del espectro. Se utilizan dos métodospara detectar el nivel de absorción:1. El detector de gas rellenado específicamente con el gas en cuestión

detectará, desde la radiación de banda ancha procedente de la célula de medición, sólo el componente de interés respecto a las variaciones causadaspor las diferencias de concentración del gas muestra a través de la célula demedición. La absorción de radiación afecta a la presión del gas en la célula de detección; estas variaciones de presión se utilizan para generar una señal dedetección como medida de la concentración del gas en cuestión.

2. Se utiliza un detector de IR en estado sólido junto con un filtro de interferencia de banda estrecha que sólo permite que pase la gama de radiación del componente en cuestión (p.ej. CO2) por el espectro de bandaancha de radiación de IR. Cuando la radiación de IR atraviesa la célula de medición, una variación en la concentración de CO2 originará una variación proporcional en la absorción de IR y, por lo tanto, en la señal de detección.

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Valores de sensibilidad cruzada:El valor medido de metano aumenta con el CO (0,27 Vol. % por 1 Vol. % CO) o H2 (1,5 Vol. % por 1 Vol. % H2 ). Además, existe la sensibilidad cruzada con el vapor de agua.

El módulo de Testo utilizado en algunos analizadores para la detección de hidrocarburos se basa en el principio anteriormente descrito, ver fig. 13. Una corriente fluye a través del alambre de platino, lo calienta junto con el material catalizador hasta una temperatura de aprox. 500 °C. Los combustibles queman en la superficie del catalizador (mientras hay suficiente oxígeno disponible) y latemperatura resultante aumenta los cambios de conductividad eléctrica del alambre. El circuito Wheatstone de puente lo determina y sirve para generar unaseñal de medición.

Fig. 13: Esquema de! sensor testo HC efecto calor

El uso de sensor HC efecto calor de Testo requiere una atención especial debidoa su sensibilidad cruzada y a las posibles influencias dañinas en el sensor decomponentes como H2S, siliconas o hidrocarburos que contienen sulfuro. Elmanual de instrucciones que se entrega con el analizador proporciona toda lainformación necesaria.

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Método paramagnéticoEste método se aplica concretamente para el análisis de oxígeno. El oxígeno es el único gas con un valor considerablemente elevado de paramagnetismo y, por lo tanto, un campo magnético atrae las moléculas de oxígeno. Este efecto se utiliza para determinar la concentración de oxígeno en los gases. Existen diferentes diseños de analizadores:

El analizador pesaEn los extremos de una barra fina se sitúan dos bolas de vidrio llenas de nitrógeno. El analizador en forma de pesa se suspende en la corriente del gas muestra en un fuerte campo magnético no homogéneo. Si hay oxígeno en el gasmuestra, el campo magnético atraerá las moléculas de oxígeno y la pesa se balanceará. Este efecto se compensa con un resorte precargado que origina unaseñal de medición.

El analizador de presión diferencialUtiliza la presión producida con el contacto de superficie de 2 vasos con más omenos características magnéticas. Entre el gas muestra con más o menos moléculas de oxígeno y un gas de referencia sin oxígeno, p.e. nitrógeno, se genera una diferencia de presión que provoca un flujo de gas que mide la concentración de oxígeno.

Método de conductividad térmica (TC)Este principio (aplicado básicamente en el análisis de H2) utiliza los diferentes valores de conductividad térmica de dos gases (gas muestra y de referencia). En el analizador, hay un circuito Wheatstone de puente en sus filamentos que actúa al mismo tiempo como fuente de calor y como detector de cambios de temperatura. Una parte del puente está en el gas muestra y la otra parte en el gas de referencia. La diferencia de enfriamiento de los filamentos debida a las diferentes composiciones del gas origina una señal eléctrica que se utiliza paraprocesos adicionales.

Método de filamento catalíticoLa oxidación de los gases combustible en un filamento catalítico calentado se utiliza para detectar la concentración total de combustibles en un gas muestra. Elcombustible reacciona con un material catalítico precalentado (cable o bola, sobre una espiral de platino) y aumenta, mediante el calor de combustión, la temperatura del alambre en un cambio de su conductividad eléctrica. Este proceso sólo funcionará con suficiente oxígeno disponible en el gas para la combustión.El cambio en la conductividad es una medida del contenido de todos los combustibles presentes en el gas muestra. Principalmente son hidrocarbonados(acrónimo: HC o CXHY) aunque también CO o H2. Por lo tanto, existen sensibilidades cruzadas entre estos componentes y deben considerarse al evaluar los datos.

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Los valores de concentración de oxígeno medidos in situ con sondas de circonio suelen ser inferiores a los medidos con otros analizadores de oxígeno(extractivos) ¡pero ambos son correctos! La diferencia se debe a la humedadrespecto a la temperatura del gas muestra. La humedad (presente en el gas caliente original) diluye el gas, y por lo tanto la concentración relativa de oxígeno es inferior. El gas enfriado que se mide con los analizadores extractivos contiene menor humedad como resultado de una concentración relativa de oxígeno más elevada. No obstante, ambas mediciones darán los mismos resultados porque la variación de humedad se considera ya sea por calibración, ya sea por cálculo.

Testo utiliza el efecto anteriormente descrito en algunos analizadores para determinar la humedad del gas de combustión como en la siguiente configuración(ver también fig. 14):• Medición de oxígeno en el gas de combustión húmedo con un sensor de

zirconio• Enfriar y secar el gas en un refrigerador de gas• Medición de oxígeno en el gas de combustión seco con un sensor

electroquímico• Cálculo del contenido de humedad a partir de los dos valores teniendo en

cuenta la temperatura del refrigerador de gas

Fig. 14: Esquema de la medición de humedad que utiliza Testo

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Detección de la ionización de la llama (FID)Se introduce el gas muestra junto con los hidrocarburos en una llama (normalmente hidrógeno/aire) donde se ionizan los hidrocarburos. Un electrodocargado negativamente recoge los iones cargados positivamente y genera una corriente proporcional a la concentración de hidrocarburos. Se toma en consideración la diferente sensibilidad de este principio a los diferentes componentes de los hidrocarburos mediante la aplicación de factores de respuesta específicos durante la evaluación de los datos.

Método de electrolito en estado sólidoUn principio de medición de oxígeno muy utilizado utiliza un sensor electrolito enestado sólido (de cerámica de óxido de circonio) revestido de capas (electrodos)de platino poroso como catalizador en lados de dos superficies. Con temperaturas >500°C las moléculas de oxígeno que entran en contacto con loselectrodos de platino se convierten en iones de oxígeno con gran movilidad queintentan atravesar los “agujeros” moleculares de la célula de circonio. Dado que los dos electrodos están en contacto con gases de diferentes concentraciones deoxígeno (gas de muestra y gas de referencia, p.ej. aire ambiente), los iones de oxígeno atravesarán la célula de un electrodo al otro y generarán un voltaje diferencial ente los electrodos. En ese momento, con una concentración de oxígeno conocida del gas de referencia, es posible determinar el contenido en oxígeno del gas muestra.Estos analizadores se denominan sondas de circonio o de oxígeno. Son capacesde medir correctamente incluso en condiciones muy difíciles y, por lo tanto, suelen instalarse directamente en el flujo del proceso (in situ). Miden el gas en suestado original ¡con el contenido de humedad incluido! Debido al efecto de dilución que causa el contenido de humedad, los valores de oxígeno medidos con sondas de circonio suelen ser inferiores a los de los analizadores que midengas muestra seco.

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5.1 Generación de energía5.1.1 Hornos de combustible sólido

Los hornos de combustible sólido forman parte de las calderas para generar ener-gía calorífica mediante la cocción de combustibles sólidos como carbón duro, car-bón oscuro, madera, etc. Se prensa el combustible y luego se introduce en el que-mador. La combustión se lleva a cabo en una cámara de combustión sobre unlecho fijo o fluido o en una mezcla de combustible polvo / aire. El aire de combu-stión se suministra mediante un ventilador, a veces ya mezclado con carbón enpolvo. En Alemania los gases de combustión, según su contenido en contaminan-tes, deben cumplir las normas de la TI Aire, para plantas con una producción deenergía > 50 MW, en relación a la ordenanza 13 (13. BlmSchV). En los EstadosUnidos muchas fuentes están bajo control de las normas EPA estatales o federa-les.

Uso del análisis de gases p.ej. para• Un ajuste óptimo de los componentes de la planta• Determinación del equilibrio energético• Control de las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 15: Gráfico del flujo del proceso de un horno de combustible sólido con puntos de medición

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5. Aplicación de los analizadores de gas Testo

Prefacio

• Las siguientes descripciones de aplicaciones de análisis de gas deberán considerarse ejemplos. El objetivo es mostrar resumidamente la gran variedad de procesos industriales en que se utilizan los analizadores de gasTesto. Las tareas de análisis de gases para una determinada aplicación se men-cionan brevemente con la información sobre la colocación de los puntos de medida. También se incluyen gráficos de flujo de proceso que ilustran el proceso de manera esquemática. En realidad, el diseño de planta puede registrar desviaciones considerables según la modificación del proceso, cambios de especificaciones de empresas de inginiería o construcción y según condiciones o regulaciones locales.

• Con cada aplicación, se enumeran los componentes de medición relevantes y los intervalos de medición, resultado de experimentos prácticos, así como los valores límite de concentración, en el mayor alcance posible, que se refieren a las regulaciones de control de emisiones en Alemania.Estos datos deberían considerarse como valores guía, pues no siempre soncompletos y que pueden desviarse más o menos de las condiciones verdaderas del lugar.

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5.1.2 Hornos de combustible gaseoso

Los hornos de combustible gaseoso forman parte de las calderas para generarenergía calorífica mediante la cocción de combustibles gaseosos como gas natural, gas industrial, motor de gas de horno alto, etc. Estos hornos proporcionan una combustión casi completamente libre de misiones y residuos. El suministro de combustible y aire de combustión se realiza mediante ventiladores o, en plantas más grandes, con quemadores de alta presión. EnAlemania los gases de combustión, según su contenido en contaminantes, debencumplir las normas de TI Aire, para plantas con una producción de energía > 50MW, en relación a la ordenanza 13 (13. BImSchV).

Uso del análisis de gases p.ej. para• Un ajuste óptimo de los componentes de la planta• Determinación del equilibrio energético• Control de las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 16: Gráfico del flujo del proceso de un horno de combustible gaseoso con puntos de medición

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Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la salida del horno para un ajuste óptimo del quemador (rentabilidad

y costes de combustible reducidos), identificación de las bolsas de CO, fiabilidad de la operación de planta

• MP 2 en el gas limpio en la chimenea para controlar las emisiones (observancia de las normas)

Tabla 22: Valores típicos y límite de una caldera de combustible sólido

Comentarios sobre esta aplicación1. Puede haber un mayor contenido de hollín en el gas de combustión2. En una combustión completa deben esperarse importantes variaciones en la

concentración de CO.3. Según el combustible, el contenido de SO2 puede variar enormemente y se

puede encontrar HCI y HF.

Componentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1 MP 2

CO 150 ... 170 mg/m3 250 mg/m3

NO -NO2 -NOx(als NO2) 650 ... 750 mg/m3 200 mg/m3 (>300 MW)

400 mg/m3 (50-300 MW)SO2 25 ... 35 mg/m3 400 mg/m3 (>300 MW)

2000 mg/m3 (100-300 MW)O2 7% 5% (altos hornos-siderurgia)

6% (horno seco)7% (horno de lecho fluido)

Humedad -Flujo de gas -Temperaturadel gas decombustíon

250 °C -

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Gráfico del flujo proceso y puntos de medición

Fig. 17: Gráfico de flujo de proceso de una planta de turbina de gas con puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la salida del horno para un ajuste óptimo del quemador (operación

óptima)• MP 2 en el gas limpio en la chimenea para controlas las emisiones

(observancia de las normas)

Tabla 24: Valores típicos y límite de una planta de turbina de gas

Comentarios sobre esta aplicación1. Existe un vacío parcial dinámico en el punto de MP 1. Por ello, el punto de

muestreo debe sellarse cuidadosamente para evitar que el aire ambiente sea absorbido y cause mediciones incorrectas. 75

Componentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1 MP 2

O2 15 ... 18% 15% (valor dereferencia

NOx 25 ... 60 ppm 300 ... 350 mg/m3

CO 0 ... 30 ppm 100 mg/m3

CO2

DustTemperatura del gas de combustión

300... 400 °C

Flujo de gasHumedad

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la salida del horno para un ajuste óptimo del quemador (rentabilidad

y costes de combustible reducidos), identificación de las bolsas de CO, fiabili-dad de la operación de planta

• MP 2 en el gas limpio en la chimenea para controlar las emisiones (observancia de las normas)

Tabla 23: Valores típicos y límite de una caldera de combustible gaseoso

5.1.3 Plantas de turbina de gas

Las turbinas de gas estacionarias se desarrollaron originalmente como motores de aviones y se aplican preferentemente como generadores. Las instalaciones seutilizan para generar energía eléctrica de carga máxima y también suelen generar, junto con una caldera de calor residual, energía calorífica. La composición del gas de combustión es muy parecida a la de los hornos de combustible gaseoso. En Alemania los gases de combustión, según su contenidoen contaminantes, deben cumplir las normas de TI Aire. Además del gas natural,también se utilizan como combustible el gas vertedero o biogás.

Uso del análisis de gas por p. ej.• Control de las emisiones de turbina para una operación óptima• Control de las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

Componentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1 MP 2

CO 0 ... 5 ppm 100 mg/m3

CO2 9 ... 11% (valor de control)NO 30 ... 50 ppmNO2 0 ... 2 ppmNOx 200 mg/m3

SO2 5 mg/m3 (gas líquido)1700 mg/m3 (petróleo crudo)

O2 2 ... 3% 3% (valor de referencia)Temperaturadel gas decombustíon

180 °C

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7776 77

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la salida del horno para un ajuste óptimo del quemador (rentabilidad y

reducción del coste del combustible) y determinación del equilibrio energético• MP 2 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las normas)

Tabla 25: Valores típicos y límite de una planta de combustible líquido

5.1.5 Centrales eléctricas de carbón

Las centrales eléctricas de carbón pertenecen al grupo de centrales eléctricas térmicas que generan electricidad (forma de energía secundaria) a partir del carbóncomo fuente primaria de energía. Utilizan como combustible la hulla y el lignito. La hulla se prensa, se seca y se muele en el molino. Junto con el aire de combustión precalentado, se introduce el carbón en polvo en I horno y se quemaa temperaturas de aproximadamente 1000 °C. El horno está rodeado por el generador de vapor, formado por un sistema de tuberías muy juntas por las quediscurre agua de caldera. El agua se calienta y entonces genera una corriente devapor con una presión aproximada de 200 bar para mover una turbina. Los gasesde combustión salen del horno y son liberados en la atmósfera por la chimenea. La corriente, después de salir de la turbina, se enfría y se convierte en agua y sevuelve a recargar en el sistema de caldera.

Componentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1 MP 2

O2 2,5 ... 3,5% 3%CO 0 ... 5 ppm 175 mg/m3

CO2 13 ... 15% Valor de controlNO 50 ... 150 ppm -NO2 0 ... 5 ppm -NOx(als NO2) 150 mg/m3 (>300 MW)

300 mg/m3 (50-300 MW)SO2 50 ... 100 ppm 400 mg/m3 (>300 MW)

1700 mg/m3 (100-300 MW)Humedad -Flujo del gas -Temperaturadel gas decombustión

200 °C -

5.1.4 Hornos de combustible líquido

Los hornos de combustible líquido forman parte de las calderas que generan ener-gía calorífica al quemar diferentes calidades de combustible. El quemador rocía elcombustible y el aire de combustión como una mezcla en la cámara de combusti-ón. El combustible líquido se quema casi sin dejar residuos y la cantidad de polvode combustión es muy baja. En Alemania los gases de combustión, según su con-tenido en contaminantes, deben cumplir las normas de la TI Aire, para plantas conuna producción de energía > 50 MW, de la ordenanza 13 (13. BImSchV).

Uso del análisis de gases p. ej. para• Un ajuste óptimo de los componentes de la planta• Determinación del equilibrio energético• Control de las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 18: Gráfico del flujo del proceso de un horno de combustible líquido con pun-tos de medición

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7978

Tabla 26: Valores típicos y límite de una central eléctrica de carbón

AdvertenciaEn las mediciones después del filtro electroestático, la sonda de muestra debetener toma de tierra para evitar descargas de electricidad estática peligrosas.

5.1.6 Centrales combinadas de calefacción y electricidad(Máquina/turbina alternativa)

Las centrales combinadas de calefacción y electricidad (centrales eléctricas enbloque) son motores estacionarios de gas o diesel que producen calor y electrici-dad simultáneamente de acuerdo con el principio de relación calor/electricidad.Pueden instalarse fácilmente muy próximas al consumidor y son adecuadas enlocales residenciales y edificios públicos. Los generadores dirigidos por turbinasde gas o motores de combustión se utilizan para la generación de electricidad; laenergía calorífica se obtiene mediante la utilización del calor desechado del gas deescape y enfriando el agua de los motores o turbinas. El combustible preferido,además del gasoil, es el gas natural o de vertedero; la producción de este tipo decentral eléctrica es de entre 15 kW y 30 MW. En Alemania, los humos de escapede motores de vehículos. Según su contenido en contaminantes, deben cumplir lasnormas de la TI Aire que implican el uso de catalizadores.

Uso del análisis de gases p. ej. para• Un ajuste óptimo de los motores de vehículos• Control del rendimiento del catalizador• Control de las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

79

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1 MP 2 MP 3 MP 4

O2 5 ... 9% 5 ... 9% 5 ...7%

CO 10 ... 5000 ppm 10 ... 5000 ppm 250 mg/m3

CO2 15 ... 18%

NOx 500 ... 600 ppm 200 mg/m3

SO2 500 .. 2000 ppm 400 mg/m3

Polvo 2 ... 20 g/m3 50 mg/m3

Temperaturadel gas decombustión

aprox. 1000 °C aprox. 1000 °C

Humedad 10 ... 15%

En Alemania los gases de combustión de las centrales eléctricas de carbón,según su contenido en contaminantes, deben cumplir las normas de la TI Aire o,para plantas con una producción de energía > 50 MW, las de la ordenanza 13(13. BlmSchV)

Uso del análisis de gases por ejemplo para• Un ajuste óptimo de los componentes de la planta (reducción de costes de

combustible, rentabilidad de la operación de planta)• Control del rendimiento de las unidades de limpieza de gas• Control de las concentraciones de emisiones para cumplir las normas• Seguridad del personal y de la planta (control de CO)

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 19: Gráfico del flujo del proceso de una central eléctrica de carbón con puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en el horno para controlar la combustión constante y el valor de aire,

identificación de nidos de CO y proporcionar una operación fiable• MP 2 en la salida del horno para el control de la combustión y optimización

(rentabilidad)• MP 3 en la planta de desnitrificación para controlar el rendimiento• MP 4 en la chimenea para controlar las emisiones

(cumplimiento de las normas)

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8180

Tabla 28: Valores límite para motores de centrales eléctricas combinadas (MP 2)

Comentarios sobre esta aplicación1. Utilizar motores controlados por λ puede originar valores de H2 elevados que

podrían dañar la célula de CO.

5.1.7 Central eléctrica combinada de gas y vapor

En las centrales eléctricas combinadas de gas y vapor se queman los combustibles fósiles (para generar electricidad) con elevada eficacia y un nivel deemisiones bajo gracias a una combinación óptima de turbinas de gas y vapor en la misma planta. Se utilizan diferentes combinaciones; muy a menudo una turbinade gas funciona principalmente con gas natural o gasoil, y los gases de escapecaliente generan vapor a presión elevada para mover la turbina de vapor. En otros casos, los gases de escape de una planta de combustión de carbón cargada de presión mueven la turbina de gas. En Alemania, los gases de escape y de combustión, según su contenido de contaminantes, deben cumplir las normas de la TI Air.

Uso del análisis de gas p.ej. para• Ajuste óptimo del quemador (reducción del coste de combustible y de

emisiones)• Control de emisiones (observancia de las normas)

81

Componentemedido

Tipo de motor MP 2Valores límite

CO Gas natural 650 mg/m3

NO+NO2 Motor diésel <3 MW 4000 mg/m3

NO+NO2 Motor diésel >3 MW 2000 mg/m3

NO+NO2 Otrs 4-ciclos 500 mg/m3

NO+NO2 Sonstige 2-ciclos 800 mg/m3

O2 Valor de referencia 5 Vol.%

SO2 Según DIN 51603

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 20: Gráfico del flujo del proceso de una central eléctrica en bloque con puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 entre el motor y el catalizador para un ajuste del motor y controlar la

eficacia del catalizador• MP 2 detrás del catalizador para controlar la eficacia del catalizador y las

emisiones (observancia de las normas)

Tabla 27: Valores típicos para una central eléctrica en bloque en MP 1

Componentemedido

MP 1Valores típicos para combustibles diferentes

Gas natural Gas vertedero Petróleo

O2 8% 5 .. 6% 8 .. 10%

NO 100..300 ppm 100..500 ppm 800..1000 ppm

NO2 30..60 ppm 90..110 ppm 10..20ppm

CO 20..40 ppm 350..450 ppm 450..550 ppm

CO2 10% 13% 7..8%

SO2 30 ppm 30..50 ppm

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8382

Uso del análisis de gases p.ej. para• Control de suministro de residuos (carga de filtro reducido y nivel de

emisiones)• Nivel constante de combustible• Control del rendimiento de los procesos de limpieza de gas• Control de emisiones (cumplimiento de las normas)

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 22: Gráfico del flujo del proceso de una planta de incineración de residuoscon los puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 y MP2 en los hornos para un suministro optimizado de residuos

(carga baja de filtro y niveles de emisión bajos) y control del valor de combustible constante

• MP 3 detrás de las plantas de limpieza para controlar el rendimiento de la limpieza

• MP 4 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las normas)

83

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 21: Gráfico del flujo del proceso una central eléctrica de gas y vapor con pun-tos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la salida del quemador para optimizar la combustión y las emisiones• MP 2 en la chimenea para controlar las emisiones (observancia de las normas)

5.2 Eliminación de residuos 5.2.1 Incineración de desechos

Los residuos sólidos, líquidos y lodosos procedentes de las viviendas, la industriao las plantas de depuradoras se someten actualmente a un tratamiento térmico yse eliminan con la reutilización del calor residual del proceso en lugar de depositaros en vertederos.En las plantas de pirolisis de residuos, éstos se descomponen en condiciones deausencia de oxígeno con generación simultánea de gas pirolítico que puede volverse a utilizar.Son más frecuentes las plantas de incineración de residuos donde se incineran los residuos a temperaturas de hasta 1200 °C en hornos y secadoras de diferentes diseños. Los gases de combustión resultantes deben limpiarse de diferentes contaminantes en diferentes procesos de limpieza de gas. En Alemania los gases limpios tras el proceso de purificación, según el contenido decontaminantes, deben cumplir las normas de la ordenanza 17(17. BlmschV).

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8584

5.2.2 Pirolisis del agua

La pirolisis de residuos es un proceso que descompone el material orgánico (contenido en los residuos) en ausencia de oxígeno. Este proceso puedeaplicarse por ejemplo a plásticos, neumáticos usados y desechos caseros. A partir de la reacción, se genera coque y gas de pirolisis, que pueden reutilizarse.La ventaja de este proceso en comparación con la incineración de residuos es elvolumen mucho menor de gas de combustión (¡no necesita aire de combustión!) y unas dimensiones menores de la planta. No obstante, últimamente han aparecido algunos problemas técnicos en relación con la operación de plantas depirolisis.En Alemania, las plantas de pirolisis de residuos, en relación con su contenido encontaminantes, deben cumplir las normas de la TI Aire, que son comparables a las de la ordenanza 17. (17. BlmSchV). El valor de referencia de oxígeno se ha reducido hasta un 3%.

Uso del análisis de gas por ejemplo para• Control del rendimiento de las instalaciones de limpieza del gas de combustión• Control de las concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 23: Gráfico del flujo de proceso de una planta de pirolisis de residuos

85

Tabla 29: Valores típicos y límite de una planta de incineración de residuos

Comentarios sobre esta aplicación1. Los componentes agresivos como HCI, HF y HCN suelen encontrarse

presentes en el gas crudo. Por lo tanto, se necesita un sistema de extracciónde muestras calentadas. Además, debe tomarse en consideración la sensibilidad cruzada del sensor de SO2 al CI2 (80%) y HCI (15%).

2. La composición de los residuos variará considerablemente y originará la variación correspondiente de los valores medidos.

3. En las mediciones después del filtro electroestático, la sonda de muestreo debe tener toma de tierra para evitar descargas de electricidad eléctrica peligrosas.

4. En las planta donde los residuos sólo son una parte del combustible suministrado, los valores límite de la ordenanza 17. sólo deben referirse a esta parte del total del combustible. En relación con la cantidad total de gas de combustión, ello significa que deben medirse pocas concentraciones límite de contaminantes.

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1 y 2 en gas crudo MP 3 y 4 en gas limpio

O2 8 .. 11% 7 .. 9% 11 Vol.-%NO 150 .. 200 ppmNOx 10 .. 40 ppm 50 .. 70 mg/m3 200 mg/m3

CO 15 .. 25 ppm 11 .. 17 mg/m3 50 mg/m3

CO2 10 .. 12%SO2 40 .. 60 ppm 5 .. 11 mg/m3 50 mg/m3

HCl .. 500 ppm 10 mg/m3

HF .. 30 ppm 1 mg/m3

C total 10 mg/m3

Polvo 2 .. 3 g/m3 10 mg/cm3

Temperaturadel gas decombustíon

300 °C

Humedad

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8786

Uso del análisis del gas por ejemplo para• Controlar el gas crudo• Optimizar la incineración• Controlar las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 24: Gráfico del flujo de proceso de una incineración del gas de escape conpuntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la línea de suministro de gas crudo para controlar la composición del

gas crudo• MP 2 en la salida del incinerador para optimizar la incineración• MP 3 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las

normas)

Table 31: Valores típicos de una incineración de gas

87

Componente medido Valores típicosO2 10 ... 100 mg/m3

NOx 10 ... 100 mg/m3

COCO2

SO2

HClHFC total 5 ... 20 mg/m3

Temperatura del gasde combustiónHumedad

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en el gas de escape del horno de pirolisis para controlar el suministro de

residuos y el proceso de pirolisis• MP 2 en la chimenea para controlar las emisiones (observancia de las normas)

Tabla 30: Valores límite de una planta de pirolisis de residuos

5.2.3 Incineración térmica de gas

Con la incineración térmica de gas, se queman los componentes de combustibledel proceso con oxígeno a temperaturas 700 - 900 °C. Con ello, se genera CO yagua pero también, según los componentes del gas, SO2, HCI e.a. El proceso deincineración térmica difiere de la incineración por llama (que se realiza a 1300 °C)y la incineración catalítica (que se realiza a 250-500 °C).Las plantas de incineración térmica precisan un suministro elevado de energía(incineración auxiliar) y sólo se utilizan cuando otros procesos no son suficientemente eficaces o si deben descomponerse componentes especiales.En Alemania, la mayoría de estas plantas, según su concentración contaminanteen el gas de combustión, deben cumplir las normas de TI Aire.

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

O2 3 Vol.-%NONOx 200 mg/m3

CO 50 mg/m3

CO2

SO2 50 mg/m3

HCl 10 mg/m3

HF 1 mg/m3

C total 10 mg/m3

Polvo 10 mg/cm3

Temperatura delgas de combustíon

Humedad

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8988 89

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 entre el calcinador y el refrigerante para determinar el equilibrio de

planta• MP 2 entre el refrigerador y el filtro para determinar el equilibrio de planta y

eficacia del filtro• MP 3 en la chimenea para controlar las emisiones (observancia de las normas)

Tabla 32: Valores típicos de una planta de producción de cemento

Comentarios sobre esta aplicación1. Carga elevada de polvo de gas crudo y a veces de aire ambiente2. Concentración muy elevada de CO2 parcialmente fuera del rango de

medición3. El sensor de O2 tiene, cuando las concentraciones de O2 son elevadas,

sensibilidad cruzada con concentraciones elevadas de CO2

4. Las mediciones de flujo de gases no son posibles con concentraciones elevadas de polvo ni velocidades elevadas de flujo de gas

5. La sonda de muestra debe tocar el suelo si está en una chimenea de ladrillo.6. Según el tipo de combustible, también pueden ser importantes los valores

límite de plomo (como polvo), talio y cadmio.

Com-ponente

MP 1 en gas crudo MP2 y 3 en gas limpio Valores límite

Valores típicos Rango de medi-ción (ampliado)

Valores típicos

Rango de medi-ción (ampliado)

O2 hasta 10% 0 .. 21 % ver gas crudo 10%

CO 100..10000 ppm 0 ..10000 ppm(0,1 .. 20%)

ver gas crudo

CO2 aprox. 20 .. 40% 0 ..25%(0,1 .. 100%)

ver gas crudo

SO2 bajo 0 .. 5000 ppm 400 mg/m3

NOx 200..700 ppm 0.. 5000 ppm 500 mg/m3

Polvo hasta 100 g/m3

hasta 100mg/m

350 mg/m

3

Temp. 300-400 °C 100-150 °C

Flujo

Humedad

5.3 Industria de piedra y arcilla5.3.1 Producción de cemento

El material conocido como cemento está formado cemento blanco mezclado conyeso. Es el producto final de un proceso de cocción en el horno de cemento. Lasmaterias primas son cal (CaCO3) y aditivos como arcilla, ceniza o arena. Los mate-riales residuales (neumáticos usados), el petróleo y el carbón en polvo se utilizancomo combustible. Las fases principales del proceso son:Molido de los materiales crudos, secado del material con gases de escape calien-tes, calentamiento de comida cruda hasta 800 °C con eliminación de CO2, cocciónen una secadora rotativa, enfriamiento, mezcla con yeso y molido a cemento. Losgases de escape atraviesan un refrigerador de evaporación y algunas plantas delimpieza de gas (que no aparecen en la fig. 25), entre ellas un filtro electroestáticoantes de ser liberados a la atmósfera.

Uso del análisis del gas por ejemplo para• Optimización de la operación de refrigerador de operación• Protección del filtro electroestático mediante el control de CO• Control de la posición de la sonda de muestra del analizador fijo• Control de las concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 25: Gráfico del flujo de proceso de la producción de cemento con puntos de medición

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9190 91

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1-3 en el gas crudo entre las diferentes fases de cocción para optimizar el

ajuste del quemador, para asegurar una calidad elevada y constante del pro-ducto y para determinar el nivel de secado.

• MP 4 (no aparece en la fig. 26) en el gas limpio para controlar el rendimientode las instalaciones de limpieza y concentraciones de emisiones(cumplimiento de las normas).

Tabla 33: Valores típicos y límite de una planta de proceso de cerámica

Comentarios sobre esta aplicación1. En el gas de escape pueden estar presente componentes agresivos (HF, HCI).

Por este motivo le recomendamos utilizar un sistema de muestreo calentado.

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1-3 en gas crudo MP 4 en gas limpio

O2 13 ... 16% 13 ... 16% 18%

NOx 30 ... 40 ppm 30 ... 40 ppm 200 mg/m3

NO

NO2

CO 40 ... 60 ppm 40 ... 60 ppm 100 mg/m3

CO2

SO2 700 ... 1300 ppm 450 ... 900 ppm 500 mg/m3

HCl

HF

Polvo

Temp. gas

Humedad 10 .. 14% 10 .. 14%

5.3.2 Producción de cerámica/porcelana

El término cerámica describe diferentes tipos de material relativos a productoshechos de arcilla y aditivos mediante cocción a temperaturas elevadas. Las mate-rias primas son Kaolin (un tipo de arcilla con una composición concreta), cuarzo(SiO2) y feldespatos (un mineral rocoso de diferentes silicatos). Los materiales sepreparan mediante molido, lavado, filtraje y mezcla, luego pasan por los procesosde moldeado y, al final del proceso, se queman en una secadora de túnel en vari-as fases: precocción a aproximadamente 900 °C, cocción (sinterización) a 1400 °Cy finalmente enfriamiento. Los colores y el barniz se aplican bien durante la fase desinterización, bien en una fase separada. La temperatura de cocción y la composi-ción de la atmósfera del horno son decisivas para la calidad (solidez y aspecto) delproducto final. Los gases de escape del horno pasan por diferentes instalacionesde limpieza de gas; muy a menudo el material en polvo recogido se recicla para elproceso. En Alemania los gases de escape, según su contenido en contaminantes,deben cumplir las normas de la TI Aire.

Uso del análisis del gas por ejemplo para• Ajuste óptimo del quemador para ahorrar combustible• Control de la composición del gas para asegurar la calidad del producto• Controlar el nivel de secado para el control del proceso• Controlar las concentraciones de emisiones para cumplir las normas

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 26: Gráfico del flujo de la producción de cerámica con puntos de medición

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9392 93

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis

• MP 1 en el horno túnel para un ajuste óptimo del quemador, para aseguraruna calidad elevada y constante del producto y para determinar el nivel desecado

• MP 2 (no aparece en la fig. 27) en gas limpio para controlar el rendimiento delproceso de limpieza y concentraciones de emisiones para que cumplan lasnormas

Tabla 34: Valores típicos de la producción de ladrillos

5.3.4 Producción de vidrio

En la producción de vidrio se encuentran diferentes productos, las principalescategorías son los productos de vidrio huecos y el vidrio liso.Se utilizan diferentes materias primas; son importantes la arena, la sosa y la cal con aditivos específicos (p.e. óxidos de metal) como el vidrio reciclado. Las materias primas se prensan, se mezclan y entran en el horno de fusión como unconglomerado mixto. Existe una distinción entre los hornos con lecho de fusión ylos de operación continua. El proceso funciona con temperaturas superiores a1500 °C. El diseño del horno y los detalles del proceso de cocción varían considerablemente. El gas natural, el petróleo y la electricidad se utilizan comosuministro de energía y aditivos como el ácido nítrico se utilizan para homogeneizar la masa fundida.

Componentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1 en el horno túnel MP 2 en gas limpio

O2 16%

NOx

NO

NO2

CO 1600...1800 ppm

CO2 3 ...5%

SO2

Polvo

Temperatura delgas de combustiónHumedad

5.3.3 Producción de ladrillos

Los ladrillos se fabrican a partir de arcilla que se quema en calderas de ladrillos.Las materias primas se prensan, se mezclan y se secan hasta un cierto nivel dehumedad y luego atraviesan procesos de formación y secado antes de colocarseen un vehículo que pasa por el horno de túnel para cocción a 900-1300 °C. Los gases de combustión tienen principalmente partículas de polvo pero tambiénpueden contener óxidos de azufre y nitrógeno o HF.

Uso del análisis de gas por ejemplo para• Realizar un ajuste óptimo del quemador (ahorro de combustible)• Asegurar la calidad del producto• Determinar el nivel de secado• controlar la observancia de las normas de emisiones

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 27: Gráficos del flujo de proceso de la producción de ladrillos con puntos de medición

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9594 95

Tabla 35: Valores típicos y límites de una planta de fusión de vidrio

Comentarios sobre esta aplicación1. El gas de escape puede ser muy húmedo y corre el riesgo de originar

condensación en la sonda de muestreo. Por ello recomendamos utilizar unsistema de muestreo calentado.

2. La concentración de CO2 es elevada y a menudo superará el rango de medición.

3. El contenido en oxígeno del aire próximo al horno puede caer por debajo deun 21%. Por este motivo, debe instalar la manguera de suministro de aire fresco fuera del edificio.

4. La temperatura puede ascender a 70 °C cerca de horno. Recomendamos utili-zar una línea de muestra calentada.

5. El contenido en polvo del gas crudo puede alcanzar los 400 mg/m3.

Com-ponentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1en el horno

MP 2 después de la purificación

Quemador de gas

Quemador de petróleo

O2 0 ... 9% 3% 3%

NOx 30 ... 40 ppm 450 mg/m3

NO 800 ... 3000 ppm

NO2 0 ... 100 ppm 200 mg/m3

250 mg/m3

CO 0 ... 1000 ppm 100 mg/m3

170 mg/m3

CO2 35 ... 45% -

SO2 0 ... 5000 ppm 1100 mg/m3

Comp. CL 30 mg/m3

Comp. F 5 mg/m3

Polvo 50 mg/m3

Temperaturadel gas decombustión

1400 ... 1600 °C

Humedad

Los gases de escape contienen principalmente polvo, óxidos de azufre y nitrógeno (resultado de las temperaturas elevadas) así como componentes de flúor y cloro procedentes de las materias primas y de los materiales residuales devidrio añadidos. Los gases de escape deben atravesar diferentes fases de purifica-ción antes de ser liberados en la atmósfera. En Alemania, su contenido en contaminantes debe cumplir las normas de la TI Aire.

Uso del análisis de gas por ejemplo para• Ajuste óptimo del quemador (ahorro de energía)• Asegurar la calidad del producto• Aumentar la vida útil de la planta• Controlar el valor límite de emisiones

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis

• MP 1 en el horno para aumentar la vida de la planta, reducir el consumo decombustible y controlar la calidad del producto.

• MP 2 en el gas limpio después de la purificación del gas para controlar la limpieza del gas y las emisiones (cumplimiento de las normas).

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5.3.5 Producción de cal viva

Cal viva es el nombre del CaO que se produce a partir de calcita (CaCO3) por cocción a temperaturas de 700-900 °C. Para los hornos de operación continua seutilizan diferentes diseños (secadores de conducto o de rotación) que se diferencia según el sistema de alimentación de calcita y combustible (coque y gas) a la cámara de cocción. La cal viva se utiliza como aditivo en la industria delhierro y del acero, en la industria química, como material de construcción y también en el área de medioambiente como sustancia de absorción para las plantas de purificación de gas de combustión.Los gases de escape pasan por diferentes fases de purificación antes de ser liberados en la atmósfera. En Alemania, su contenido en contaminantes debe cumplir las normas de la TI Aire.

Uso del análisis de gas por ejemplo para• Optimización del proceso (reducción del combustible)• Control de los valores de concentración de CO (elevados según el proceso)• Control de las concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 29: Gráfico del flujo de proceso en una planta de producción de cal viva con puntos de medición

9796 97

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis

• MP 1 en el gas crudo para controlar la eficacia (reducción de costes) y contro-lar las emisiones preventivas (valores elevados de CO)

• MP 2 en el gas crudo (recirculación) para determinar el equilibrio de la planta• MP 3 en el gas limpio para controlar el proceso de purificación del gas y los

valores de emisiones para que cumplan las normas

Tabla 36: Rangos de medición y valores límite en una planta de producción de calviva

Comentarios sobre esta aplicación1. Carga de polvo elevada en el aire ambiente cerca de la planta.2. Pueden haber temperaturas elevadas debido a la radiación del calor; el

equipo de medición debería estar blindado.

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1 und 2 antes de la purificación del gas MP 2 en la chimenea

Horno Secadora de conducto Secadora anular

Combustible Coque Gas natural

O2 seco 5 ... 6% 5,5 ... 6%

O2 húmedo 2 ... 3% 5 ... 5,5

CO 6 ... 7% 1,5 ... 2%

CO2 28 ... 32% 24 ... 26%

SO2 300 ppm 100 ppm 50 mg/m3

NOx 200 ppm 200 ppm 500 mg/m3

HF 10 mg/m3

C total

Temp. gas

Humedad 5 ... 8% 5 ... 8%

Polvo 50 mg/m3

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5.4 Industria del metal5.4.1 Procesamiento de minerales (Sinterización)

Los metales se producen a partir de los minerales metálicos correspondientesmediante procesos de reducción química. No obstante, antes de ello, los minera-les deben tratarse correctamente mediante procesos como sinterización o forma-ción de nódulos (aglomerados de mineral sinterizado). Se muele el mineral, se mez-cla con aditivos, se convierte en nódulos y se introduce en el horno. A temperatu-ras superiores a 1000 °C, la superficie del nódulo se funde y los nódulos se cue-cen juntos hasta un material concreto. Con esta forma, el mineral es adecuadopara seguir más procesamientos por ejemplo en un alto horno para producir acero.Durante el proceso de sinterización, se generan emisiones de gases y partículas ylas partículas de polvo suelen contener sustancias adicionales como cadmio,plomo o zinc. SO2, NOx y otros componentes de flúor y cloro se encuentran comocontaminantes gaseosos.En Alemania, las plantas de sinterización de gases de combustión, según su con-tenido en contaminantes, deben cumplir las normas de la TI Aire.

Uso del análisis de gas por ejemplo para• Operación óptima del proceso (consumo de energía)• Control de las concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Gráficos del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 30: Gráfico del flujo de proceso de una planta de sinterización (nodulización)con puntos de medición

9998 99

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 detrás del horno para optimizar el proceso de sinterización• MP 2 en el gas limpio en la chimenea para controlar el proceso de purificación

del gas y concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Tabla 37: Valores típicos y límites de una planta de sinterización

5.4.2 Producción de hierro (proceso de altos hornos)

El hierro se produce mediante una reducción química en un alto horno o en unhorno de reducción directa con el coque, el carbón o el gas natural actuando comoagentes reductores. En el proceso de alto horno, se introducen los nódulos juntocon el coque y otros aditivos por arriba en el horno. Se introduce aire caliente comooperador adicional de energía en el horno por abajo. La mezcla de los gases dereducción y el aire caliente sube en la contracorriente del horno hasta la materaprima sólida y se extrae en la parte superior del horno como gas de alto horno parareutilizar. El hierro fluido junto con las sustancias residuales se recoge y se descar-ga en la parte inferior del horno y suele destinarse a la planta de acero para seguirmás procesos.El gas de combustión (gas de alto horno) todavía contiene importantes cantidadesde CO y polvo y, después de filtrar el polvo, se utiliza para calentar en la planta ose destina a centrales eléctricas independientes.

Uso del análisis de gas por ejemplo para• Optimización del proceso (reducción de la energía y la materia prima)• Control de la composición del gas de alto horno• Control de la planta para detectar fugas de CO• Control de concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1 MP 2 MP 2

SO2 500 .. 3000 mg/m3

500 ... 600 mg/m3

NOx 150 .. 350 mg/m3

150 ... 350 mg/m3

400 mg/m3

Comp. F 2 .. 10 mg/m3

Comp. Cl 20 .. 60 mg/m3

Polvo Up to 3000 mg/m3

50 mg/m3

50 mg/m3

Temp. gas 1000-1200 °C

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101100 101

5.4.3 Producción de acero crudo

La producción de acero crudo es la primera fase del procesamiento de hierro, seproduce mediante la reacción con el oxígeno en las plantas de conversión. En estafase, la cantidad de carbón que contenía el hierro (aprox. 4%) se reduce a menosde un 1%. Durante este proceso se genera gas de conversión que todavía contie-ne un nivel elevado de CO y que, tras eliminar el contenido en polvo, se reutiliza enla planta de acero. Después, se libera a la atmósfera y, según su contenido en con-taminantes, debe cumplir las normas de la TI Aire.

Uso del análisis de gases p.ej. para• Optimizar el proceso de conversión• Supervisar la composición del gas de conversión• Controlar las concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 32: Gráfico del flujo del proceso de una planta de acero crudo con puntos de medición

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 31: Gráfico del flujo de proceso de una planta siderúrgica (alto horno) con puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 (no se muestra en la fig. 31) en el silo de materas primas para controlar

el CO• MP 2 en el tubo de ascenso del horno para controlar el proceso• MP 3 en el tubo de descenso antes de la tolva para determinar el equilibrio de

la planta y proteger la explosión de la tolva mediante el control de CO• MP 4 en la descarga del alto horno para determinar la composición del gas• MP 5 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las normas)

Tabla 38: Valores típicos y límite de una planta siderúrgica (alto horno) con puntos de medición

Comentarios sobre esta aplicación1. En MP 2 hay condiciones extremas de la temperatura del gas y el contenido

de polvo. Por ello es necesaria la tecnología de muestreo muy especial.

Comp. medido

Valores típicos Valores límiteMP 1 MP 2 MP 3 MP 4 MP 5

0 ... 50 ppm 0 ... 50% 0 ... 50% 0 ... 50%CO2 0 ... 30% 0 ... 30% 0 ... 30%CH4 0 ... 4% 0 ... 1% 0 ... 1%H2 0 ... 15% 0 ... 10%Polvo 50 ..100 g/m

31 ... 10 g/m

350 mg/m

3

Temp.gas

Hasta 1300 °C 100 ...500 °C 100 ... 150 °C 100 ... 130 °C

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103102 103

Uso del análisis de gases p. ej. para• Optimizar el proceso de horno de coque• Supervisar la composición del gas del horno de coque para reutilizar• Controlar el proceso de limpieza de gas y los niveles de emisiones para que

cumplan las reglas

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 33: Gráfico del flujo del proceso de una planta horno de coque con puntosde medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisisMP 1 en la descarga de gas de horno de coque para supervisar la composicióndel gasMP 2 detrás del refrigerador de conductos para optimizar el proceso de secadodel coqueMP 3 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las normas)

Tabla 40: Valores límite de una planta de horno de coque

Componentemedido

Valores típicos Valores límiteMP 1 MP 2 MP 3

O2 5%COSO2 800 mg/m3

NOx 500 mg/m3

H2

Polvo 20 mg/m3

Temp. gas

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 detrás del convertidor para optimizar el proceso• MP 2 detrás del generador de vapor para optimizar el proceso• MP 3 en la descarga de gas para supervisar la composición del gas• MP 4 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento

de las normas)

Tabla 39: Valores típicos y límite de una planta de acero crudo

5.4.4 Planta de horno de coque

En las plantas de horno de coque, se trata térmicamente la hulla en un proceso dedestilación seca con deficiencia de oxígeno y con temperaturas de 800 °C y super-iores. El objetivo de este proceso es la producción de coque de contenido muy ele-vado (97%) en carbón y bajo nivel de sustancias volátiles para uso industrial enmetalurgia. El gas de coque se produce durante el proceso y es reutilizado.El carbón de calidad especial se destila en el horno en atmósfera seca duranteaprox. 15 horas y luego se descarga en el proceso de enfriamiento el cual suele serenfriamiento en seco en el refrigerador de conductos. Por lo tanto, es posible larecuperación de energía a través de la caldera de calor residual y también la reduc-ción de emisiones de contaminantes. Los contaminantes, además del polvo, sonSO2, NOx, CO y componentes orgánicos. En Alemania los gases de escape, segúnsu contenido en contaminantes, deben cumplir las normas de la TI Aire.

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1 MP 2 MP 3 MP 4

CO 0 ... 80% 0 ... 80% 0 ... 80% 1 g/m3

CO2 0 ... 40% 0 ... 20% 0 ... 20%

SO2 500 mg/m3

H2 0 ... 10% 0 ... 10% 0 ... 10%

O2 0 ... 1% 0 ... 1% 0 ... 1%

Polvo 10 ... 50 g/m3

10 ... 50 g/m3

20 ... 50 mg/m3

20... 50 mg/m3

Temp. gas aprox. 1600 °C aprox. 150 °C

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105104

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 detrás del horno de fusión para optimizar el proceso• MP 2 detrás del reactor de adsorción para controlar el rendimiento• MP 3 en la chimenea para controlar las emisiones (cumplimiento de las

normas)

Tabla 41: Valores típicos y límite de una planta de aluminio

5.4.6 Tratamiento térmico de superficies (tratamiento térmico)

Tratamiento térmico es el termino que designa todos los procesos donde laspiezas de trabajo, normalmente de metal, se exponen a cambios de temperatura,en una atmósfera de gas para obtener ciertas características de superficie, p.ej.estructura cristalina para endurecer el material. La composición de la atmósfera del gas es decisiva para el proceso de tratamiento específico:• En algunos procesos, debe evitarse la oxidación de la superficie mediante O2,

CO2 o H2O. Esto se consigue manteniendo una atmósfera de gas neutra sinpotencial oxidante ni reductor.

• Otros procesos tienen la finalidad, además del tratamiento térmico, de afectara la superficie de las partes reaccionando con sustancias contenidas en laatmósfera del gas. Durante la cementación, por ejemplo, el carbono del gas se implanta en la superficie y se suma al nitrógeno durante el proceso de carburonitruración. Para aplicaciones especiales, el objetivo es eliminar el carbono de la superficie (descementación).

Componentemedido

Valores típicos Valores límite

MP 1 MP 2 MP 3

CO

CO2

H2

O2

HF 45 ... 60 mg/m3

HCl 3 mg/m3

C total 50 mg/m3

Polvo 500 mg/m3

20 mg/m3

Temp. gas

5.4.5 Producción de aluminio

El aluminio se produce mediante electrolisis de óxido de aluminio (alúmina). El alu-minio se crea en la fusión de criolita a una temperatura de aprox. 950 °C en la quese colocan los ánodos de carbono. Cuando se aplica el voltaje de corriente direc-to a los ánodos, la alúmina se convierte en aluminio y oxígeno. La alúmina se acu-mula en la parte inferior del horno, se descarga desde allí, se vuelve a procesar yfinalmente se funde en barras. Existen diferentes diseños de hornos electrolíticos,actualmente, los más comunes son los hornos completamente encapsulados. Loscontaminantes se generan durante la electrolisis, entre los que hay polvo, compo-nentes de flúor, así como SO2 y CO resultado del consumo de electrodos. El mate-rial en polvo suele recogerse de los filtros y se vuelve a cargar en el proceso.En Alemania, los gases de combustión, según sus concentraciones en contami-nantes, deben cumplir las normas de la TI Aire.

Uso del análisis de gases p. ej. para• Optimizar el proceso• controlar el rendimiento del reactor adsorción• controlar las concentraciones de emisiones para que cumplan las normas

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 34: Gráfico del flujo del proceso de una planta de aluminio con puntos demedición

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107106

5.5 Industria química/petroquímica5.5.1 Proceso de calentamiento

En casi todas las plantas de la industria química y petroquímica se requieren temperaturas elevadas para producir productos finales o intermedios a partir de las materias primas. En la mayoría de los casos, se utiliza vapor supercalentadocon esta finalidad y que genera gracias a calentadores de proceso. En la fig. 36 se muestra esquemáticamente una planta con un calentador de proceso que produce vapor para un tubo reactor de doble pared donde se lleva a cabo el proceso de producción a temperaturas elevadas. En Alemania, los gases de combustión de los calentados de proceso, según su contenido en contaminantes,deben cumplir las normas de la TI Aire o las de la ordenanza 13.

Uso del análisis de gases p. ej. para• Ajuste óptimo del quemador (ahorro de combustible y reducción de las

emisiones)• Supervisión de las concentraciones de emisiones (observancia de la normativa)

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 36: Gráfico del flujo del proceso de una planta de calentador de proceso con puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en el quemador para controlar la composición del combustible• MP 2 detrás del quemador para optimizar el quemador

(reducción del coste de energía)• MP 3 en la chimenea para supervisar las emisiones (cumplimiento de

las normativas)

Los procesos de tratamiento de calor se llevan a cabo en hornos en lecho de fusi-ón o en operación continua a temperaturas de 800 hasta 1200 °C. Al final del pro-ceso, se descargan las partes en un baño de enfriamiento. El sellado del horno, lacomposición exacta del gas de tratamiento y el control de las fugas de la plantason factores que influyen en la operación del proceso.

Uso del análisis de gases p. ej. para• Controlar la atmósfera del horno• Análisis de la composición del gas de tratamiento y calentamiento

Gráfico del flujo del proceso y los puntos de medición

Fig. 35: Gráfico del flujo del proceso de una planta de tratamiento térmico con puntos de medición

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis• MP 1 en la entrada de gas de calentamiento para supervisar la composición del

gas• MP 2 en el horno para controlar la atmósfera del gas• MP 3 en la entrada del gas de tratamiento para supervisar y controlar la

composición del gasLos componentes de medición más frecuentes son O2, CO, CO2 und CH4

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109108

Gráfico del flujo de proceso

Fig. 37: Gráfico del flujo de proceso en una refinería (sin puntos de medición)

Tareas de mediciónDada la gran variedad de plantas en un sólo complejo de refinería, no se mencionan puntos de medición específicos. Como ejemplo, en la tabla 42 se muestran algunos valores límite de una planta de regeneración de catalizadores así como de una planta de Claus (recuperación de azufre). Una vez más, hay quereferirse al gran número de calderas que hay en una refinería para la generación devapor y la incineración de gas residual, que proporcionan muchas aplicacionespara el análisis del gas.

Tabla 42: Valores limite de dos plantas de refinería diferentes

Componentesmedidos

Valores límite

Planta de regeneracíón decatalizadores

Planta de Claus

O2

COCO2

NOx 700 mg/m3

SO2 1700 mg/m3

H2S 10 mg/m3

Azufre 0,5 ... 3%Polvo 50 mg/m

3

Temp. del gasHumedad

5.5.2 Refinerías

En las refinerías (más concretamente las refinerías de petróleo) encontramos gran variedad de plantas de procesamiento en el mismo lugar, en las que se producen productos comercializables como gasolina, gasóleo, plásticos, fibras,detergentes etc. a partir del petróleo en diferentes fases de procesamiento. Lasfases de producción se llevan a cabo a temperaturas elevadas, por ello necesitanmúltiples calderas en una refinería.El proceso de refinado comienza con la destilación del petróleo a presión atmosférica y aprox. 350 °C, allí se separa la gasolina, el gasoil o el queroseno. Los residuos se utilizan como combustible fuel o bien se procesan en una destilación al vacío a 400 °C para crear petróleo lubricante o betún, por ejemplo.No obstante, no es posible obtener la gran variedad de productos que demanda el mercado sólo mediante la destilación. Se utilizan procesos especiales paratransformar el petróleo destilado en hidrocarburos ligeros (procesos de cracking o escisión de hidrocarburos) a través de los siguientes pasos de refinado (procesos de cracking o escisión del aceite). Ambos procesos utilizan catalizadores a temperaturas de 500 °C y superiores. En la Fig. 37 se muestranesquemáticamente las columnas de destilación, la descarga de los productos finales e intermedios y el tratamiento del gas de combustión (gas de cola) a través de la incineración y purificación.

Las refinerías son fuentes de emisión de contaminantes como SO2, NOx, H2S, par-tículas y muchos hidrocarburos. Las emisiones provienen tanto de fuentes concre-tas como de fuentes difusas, p. ej. las calderas. La reducción de emisiones se con-sigue gracias al uso de combustibles apropiados, medidas de quemado especia-les de calderas y plantas de purificación de gases de combustión. En Alemania, lasrefinerías, según sus emisiones de contaminantes, deben cumplir las normativasde la TI Aire o, en el caso de calderas mayores, las de la ordenanza 13.

Uso del análisis de gases p. ej. para:• Ajuste óptimo del quemador (ahorro de combustible y control preventivo de

emisiones)• Supervisión del rendimiento de la planta de purificación de gas• Supervisión de las concentraciones de emisiones (observancia de las

normativas)• Asegurar la seguridad del personal y de las plantas (protección ante el fuego

y las explosiones)

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111110

5.5.4 Incineración de residuos

Determinados residuos líquidos o gaseosos (residuos industriales) son resultadode muchos procesos p.e. en las industrias químicas o petroquímicas donde sólose pueden eliminar de forma segura mediante incineración. Por ello, las plantas se utilizan para incinerar el material residual en hornos rotativos o hornos a temperaturas de 900 a 1300 °C donde los residuos se convierten en cenizas yescombros.Los gases de combustión atraviesan diferentes fases de purificación antes de serliberados en la atmósfera. En Alemania, su contenido en contaminantes debe cumplir las normativas de la ordenanza 17.

Uso del análisis de gas p.e. paraOptimizar el proceso de incineraciónControlar el rendimiento de los procesos de purificaciónControlar las concentraciones de emisiones para que cumplan las normativas

Gráfico del flujo de proceso y puntos de medición

Fig. 39: Gráfico del flujo del proceso de una planta de incineración de residuosindustriales con puntos de medición

5.5.3 Sistemas de reactor

Los sistemas de reactor se utilizan para consumir en condiciones seguras lossobrantes de combustibles residuales de los tanques de aceite, refinerías, otrasplantas químicas o petroquímicas y vertederos. Distinguimos entre reactores deoperación continua y los que sólo se utilizan en caso de emergencia. Los sistemasde reactor suelen estar equipados con accesorios como generadores de vaporpara suprimir el humo o calentadores adicionales para quemar los gases pobres.La infiltración de aire en la chimenea del reactor a través de fugas o en la salida dela chimenea es importante porque puede producir un retorno de la llama que pro-duciría una destructiva detonación en el sistema.

Uso del análisis de gas p.e. para• Supervisar la composición de las tomas de gas• Detección de las fugas

Fig. 38: Diseño típico del sistema de reactor

Localización de los puntos de medición y las tareas de análisis• MP 1 en la entrada del gas residual para controlar la composición del gas• MP 2 en la salida de la chimenea para detectar la infiltración de aire

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113112

5.6 Otros5.6.1 Crematorios

Desde 1997 los gases de escape de los crematorios en Alemania deben cumplirlas normativas de la ordenanza 27, ver tabla 44.

Tabla 44: Valores límite de los crematorios

5.6.2 Bancos de prueba de motores

Los lechos de prueba de motores se utilizan durante el desarrollo y prueba de nue-vos motores. Se distingue entre los motores para vehículos y los motores estacio-narios. Los motores estacionarios se utilizan principalmente para generar electrici-dad, en estaciones compresoras de gas, en la producción de petróleo y gas, en lasplantas de calefacción combinada y en las plantas eléctricas. Los gases de esca-pe contienen contaminantes como NOx, SO2, CO, hidrocarburos y partículas dehollín en el caso de los motores diesel. El funcionamiento de estos motores debecumplir las normativas de la ordenanza 4 y de la TI Aire.

Uso del análisis de gases p. ej. para• Medición durante el proceso de desarrollo• Mediciones como parte de pruebas a largo plazo• Mediciones como parte de los procedimientos de certificación

Componente medido Valores limite

CO 50 mg/m3

C total 20 mg/m3

Polvo 10 mg/m3

Dioxinas y furanos 0,1 ng/m3

O2 (Valor de referencia) 11%

Localización de los puntos de medición y tareas de análisis

• MP 1 en la entrada del horno para optimizar el suministro de residuos y lascondiciones de incineración

• MP 2 en la purificación del gas para supervisar su rendimiento• MP 3 en la chimenea para controlar las emisiones

(cumplimiento de las normativas)

Tabla 43: Valores límite de una planta de incineración industrial de residuos

Comentarios sobre esta aplicación• En el gas crudo es posible encontrar componentes muy agresivos como HCI,

HF y HCN. Por lo tanto, se recomienda utilizar un sistema de muestreo calentado. Asimismo, debe considerarse la sensibilidad cruzada del sensor de SO2 con CI2 (80%) y HCI (15%).

• El material del combustible (desperdicios y residuos) puede variar en su composición y originar las variaciones correspondientes de los valores medidos.

Componentesde medición

MP 1 en el gascrudo

MP 2 y 3 en el gas limpio

Valores típicos Valores típicos Valores límite

O2 11 Vol.-%

NO -

NOx 200 mg/m3

CO 50 mg/m3

SO2 50 mg/m3

HCl 10 mg/m3

HF 1 mg/m3

C total 10 mg/m3

Polvo 10 mg/m3

Temp. gas

Humedad

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115114

6. Testo y el analizador de gas Testo

6.1 La empresa

Medición electrónica de valores físicos y químicos con instrumentos demedición portátiles

Desde hace más de 40 años, ésta es la actividad del grupo de empresas Testo, consede en Lenzkirch, Selva Negra, Alemania desde hace más de 40 años.Testo AG es una empresa mediana que se fundó en 1957 y se dedica al desarrollo, fabricación y venta en el mundo entero de instrumentos portátiles de medición y sensores de:• temperatura y humedad• velocidad y presión• componentes de gases (análisis de gases)• medición del agua (análisis de líquidos)• luz, rpm y sonido

La inversión de Testo, superior a la media, en investigación y desarrollo avanzado se refleja en una amplia gama de productos de diferentes sectores como aire acondicionado, alimentación, generación de energía, química y proceso, piedra y arcilla, etc. y que utilizan industriales, profesionales y autoridades locales. Gracias a sus posibilidades técnicas, la orientación al clientey la calidad de sus productos, Testo es una empresa considerada en todo el mundo como un proveedor y socio competente.

Los instrumentos portátiles de medición difieren de manera considerable delos instrumentos estacionarios que se instalan permanentemente en el punto demedición.Las diferencias entre los dos se deben a:• Las condiciones ambientales de las instalaciones con instrumentos

estacionarios pueden mejorarse mediante acondicionamiento del aire (caja del analizador), protección contra las vibraciones, suministro eléctrico estable, protección electromagnética, etc. El diseño de los instrumentos no está muy ajustado en peso ni dimensionesque ayuden a obtener un elevado rendimiento en las mediciones, fiabilidad del analizador y facilidad de uso.

• Los instrumentos portátiles funcionan a menudo en condiciones ambientalesduras e inestables, sin suministro eléctrico exterior, etc.El diseño del instrumento debe cumplir unos estrictos requisitos de peso ydimensiones que suelen comportar un rendimiento general menor.

Gráfico del flujo de un sistema de motor estacionario con puntos de medición

Fig. 40: Gráfico del flujo de un sistema de motor estacionario con punto de medición

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117116

6.2 Características distintivas del analizador

Características generalesDurante más de 15 años, los analizadores de gas de Testo han demostrado suéxito en muchas aplicaciones en todo el mundo. Unos 30.000 instrumentos estánen uso y demuestran cada día la fiabilidad y el rendimiento de una tecnología avanzada.

Para controlar los componentes de los gases, el analizador de gases de Testo está provisto de forma predominante por células de medición electroquímica (fig.41). El intensivo trabajo de investigación y desarrollo llevado a cabo por Testo ha avanzado esta tecnología,conocida por su bajo coste y dimensiones reducidas, yque funciona en condiciones exigentes. Ahora se puedenrealizar tareas de análisis rutinarias incluso en condiciones ambientales difíciles. Ello afecta tanto a lacélula de medición como a la mejora de las líneas de muestra, un correcto cálculo de la sensibilidad cruzada, un acondicionamiento muestra fiable y un fácil mantenimiento in situ por parte del usuario.

Testo presenta un elevado índice de innovación en tecnologías de medición. ¡El70% del total de ventas de las empresas se obtiene con productos que tienenmenos de 3 años! Esto también es cierto en la línea de productos de analizadores de gas que, tras la última introducción, el testo 360, se ha ampliadode nuevo en primavera de 2001 con el nuevo testo 350M/XL.Este poder de innovación se combina con un estándar de calidad muy elevado. En 1992 Testo obtuvo el certificado ISO 9001, que se renovó en 1997 y en 2001.

Las características de la línea de analizadores de gas de Testo puedenresumirse de este modo:• Los analizadores pueden ser unidades portátiles o con las dimensiones de un

maletín que puede transportarse fácilmente en la mano o con carrito. Todos los analizadores son de medición continua.

• La línea de productos de analizadores es extensiva y abarca equipos y accesorios de diferentes tipos de rendimiento para casi todas las aplicaciones. Disponemos de analizadores de un único componente así como analizadores multicomponente y sistemas de analizadores.

Fig. 41: Sensor (célula)electroquímico

Teniendo en cuenta estos inconvenientes de operación y desarrollo del instrumento, en el pasado se establecieron dos campos diferentes ycomplementarios de aplicación al análisis de los gases.Testo ha logrado combinar con éxito las características de ambos instrumentostras un eficiente trabajo de desarrollo e investigación. Los nuevos analizadorestesto 350 y testo 360 son instrumentos portátiles, sin embargo, son adecuados yestán certificados para algunas aplicaciones que antes sólo realizaban los analizadores estacionarios. Este avance se basa en características del testo 350 otesto 360 como las líneas de muestra calentables, el refrigerador de gas muestra, las sondas de muestra con posibilidad de limpieza y calibración automatizadas, refrigeración y calentamiento del analizador, y la utilización de unordenador portátil (Notebook) y de un bus de comunicación tanto para elfuncionamiento del instrumento como el proceso y la evaluación de datos.

Testo, es el único proveedor que ofrece analizadores de gas portátiles que han sido probados y certificados para mediciones de largo plazo. Esto incluye certificados para aplicaciones según la ordenanza 17 (17. BlmSchV) en Alemania y diversos certificados en los Estados Unidos. Por ello, los analizadores de gas de Testo ofrecen a los usuarios una gama de aplicaciones más amplia que antes,que podríamos calificar de mediciones de gases de escape en casi todas las áreas de la industria.Ver capítulo 5 para los ejemplos característicos de aplicación.

En las páginas siguientes de esta guía ofrecemos una breve visión general de lagama actual de los analizadores de gas de Testo para aplicaciones industriales. El objetivo es mostrar la diversidad de la gama de productos con sus características para que el lector pueda escoger el instrumento más adecuado asus necesidades específicas de análisis.Disponemos de documentación especializada e información completa y detalladade cada analizador. Por favor, envíenos la solicitud de información que encontrará al final de esta guía para obtener la documentación.

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119118

La precisión de medición del analizador testo 360 según una prueba TÜV con-forme a la DIN 33962 es superior al 1,5% del valor final del rango de medición(amplitud de valor) para todos los componentes. ¡Es mejor en un factor de 3 ysuperior a lo especificado en la DIN 33962 (5%)! Ver detalles en la tabla 45.

Tabla 45: Precisión de medición del testo 360 (según la prueba TÜV)

Rangos de medición y estabilidad (deriva) del testo 360(según la prueba de adecuación (“Suitability Test”) establecida en Alemania)

Tabla 46: Rangos de valores de medición y estabilidad del testo 360 (prueba de adecuación alemana)

Componentemedido

Menor rango demedición

Precisión de med.[% de la amplituddel valor]

Precisión de med.absoluta

O2 21 Vol.% 1,2 0,25%

CO2 20 Vol.% 1,2 0,25%

CO 200 ppm 0,7 1,4 ppm

NO 200 ppm 1,3 2,5 ppm

NO2 200 ppm 0,5 1,1 ppm

SO2 200 ppm 0,2 0,5 ppm∆p 50 hPa 0,3 0,14 hPa

Componentemedido

Mayor rango demedición

Menor rango demed. comprobado

Fluctuactión del valor de medición/2 semanasPunto cero Punto de refer.

O2 0 ... 21% 0 ... 21% <0,02 Vol.% <0,02 Vol.%

CO 0 . 3000 ppm 0 ... 60 ppm <0,1% <+3,1%

NO 0 . 1000 ppm 0 ... 146 ppm <0,1% <0,1%

NO2 0 ... 200 ppm 0 ... 49 ppm <+1,3% <+1,2%

SO2 0 . 1500 ppm 0 ... 26 ppm <+0,3% <-1,1%

• Los analizadores han aprobado con éxito numerosas pruebas de certificación, entre ellas una muy exigente en Alemania relacionada con laordenanza 17 (ver a continuación), y el programa estadounidense de verificación de tecnología medioambiental (ETV).

• El equipo, en comparación con analizadores de gas competitivos, es extremadamente rentable en inversión y funcionamiento (coste de propiedad).

• Los analizadores precisan muy poco mantenimiento y, por lo tanto, su funcionamiento es rentable. La mayoría del mantenimiento puede realizarlo elusuario in situ.

• Adjuntamos documentación detallada con la entrega del analizador. Además,Testo proporciona documentación técnica y de aplicación a sus clientes, como esta guía.

Rendimiento del analizador (testo 360)Los siguientes datos son el producto de diferentes pruebas de certificación ydemuestran el elevado rendimiento de la tecnología del testo 360:• Se realizó una prueba de rendimiento para mediciones continuas de emisiones

en una planta de incineración de residuos para los componentes de gas NO,NO2, SO2, CO y O2. El resultado fue que el testo 360 se certificó en Alemaniacomo un instrumento adecuado sin limitaciones para su uso en plantas segúnlas ordenanzas 13 y 17 y la TI Aire en operación continua (intervalo de manteni-miento 14 días).

• El testo 360 también superó con éxito una prueba de rendimiento según la DIN33962 para el uso de instrumentos portátiles de medición en plantas según laTI Aire; también sin límites en combustibles como carbón, gas natural, gas defangos, petróleo, madera, y residuos de las calderas de vapor, motores diesel yde gas, turbinas de gas e incineradores de residuos.

• En los Estados Unidos, el testo 360 cumple las especificaciones de rendimien-to para la medición de NOx, CO y O2 así como los requisitos del método deprueba condicional CTM-030 y 034. Asimismo, está certificado como un anali-zador de apoyo para los equipos estacionarios.

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121120Tabla 47: Características de los analizadores de gas de Testo

testo325-I testo300-I testo350M/XL

testo360

Categoría de analizador

Unidad portátil

Analizador portátil

Número de componentes de medición

Componente único

Multicomponente

Múltiples componentes (vía conexión bus)

Certificados

Prueba de adecuación (ordenanza 4., 13. y 17.)

Prueba SCAQMD (California) prevista

Prueba TÜV (ordenanza 1.) prevista

Prueba EAM (Suiza) prevista

Prueba GOS Standard (GIS) prevista

Prueba ETV (USA, Canadá) prevista

Aplicaciones preferidas

Calderas a gran escala

Plantas industriales de proceso

Mediciones oficiales

Mediciones a largo plazo

Características concretas

Procedimiento de calibración automático

Salida analógica

Salida conexión impresora

Impresora integrada

Interface RS 232

Entrada adicional de señal

Funciona con pilas

Suministro eléctrico exterior

Distancia máxima de la unidad visualización delvalor-punto de muestreo

3m 5m > 200m 200m

Extensión de rango de medición CO

Condicionamiento de gas muestra integrado

Condicionamiento de gas muestra exterior

Células de medición para H2S y CxHy CxHy

Determinación de la humedad del gas integrada

Det. de velocidad, temperatura y ∆p integrada

6.3 Los analizadores industriales Testo de un vistazo

La línea de productos de analizadores de Testo para aplicaciones industriales secompone básicamente de tres clases de analizadores diferentes:

Las unidades portátilestesto 325 y testo 300

El analizador testo 360 con caja de análisis y ordenador portátil

El sistema de análisis testo 350 M/XLcon varias cajas de análisis, unidad de control y ordenador portátil

Las principales características de estos analizadores se describen en la tabla 47.

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123122

6.4 Los accesorios de los analizadores de gas de un vistazoEl analizador (unidad de control o caja de análisis) está diseñado para realizarmediciones con los accesorios pertinentes. En la tabla 49 aparecen las diferentescategorías de accesorios, desde el equipo de muestreo hasta las opciones de entrega de datos adicionales, con accesorios para mediciones en condicionesambientales concretas.Algunos accesorios son específicos de un analizador, otros pueden utilizarse universalmente. Encontrará los detalles en la documentación técnica correspondiente.

Tabla 49: Lista de los accesorios de los analizadores de gas de Testo

Accesorios para.. Descripción Aplicación

Muestreo Sondas de muestreo Extracción de gas muestra

Sondas multifunción Extracción de gas muestra, mediciónde la temperatura y velocidad, sumini-stro de gas muestra, sistema de limpieza automática de sonda

Condicionamiento de gasmuestra

Secado y limpieza del gas muestrapara obtener valores correctos demedición

Líneas de muestra no calent-adas

Extracción de gas muestra en condicio-nes no críticas

Lineas de muestra calenta-das

Extracción de gas muestra con preven-ción de la formación de condensados

Salida y visualiza-ción de datos

Impresora DIN A4 Documentación de datos

Caja de (6) salidas analógi-cas

Documentación de datos

Extensiones delsistema

Caja para la entrada de señ-ales adicionales de sensor

Conexión de sensores adicionales(humedad, temperatura,...) o señalesexternas (data logging)

Funcionamiento Refrigeradore de analizador Control de temperatura del analizadorcon una temperatura ambiente > 45 °C

Caja para cambiar el gas decalibración

Suministro automático del gas de cali-bración y func. de la sonda multifunción

Transporte y protección

Maleta de transporte Transporte del equipo y proteccióndurante las med. a largo plazo

Los rangos de medición que se proporcionan con los analizadores para diferentescomponentes de gas son importantes para escoger un analizador para una tareade aplicación concreta. En la tabla 48 encontrará esta información.

Tabla 48: Lista de los componentes de gas y los rangos de medición de los analizadores de gas de Testo

Componentedel gas

testo 325-I testo 300XL-I testo 350 testo 360

M XL

O2 0 .. 25% 0 .. 25% 0 .. 25% 0 .. 21%

CO ambienteCOLCOCOH

0 .. 2000 ppm

0 .. 40000 ppm

0 .. 500 ppm

0 .. 10000 ppm

0 .. 500 ppm0 .. 1000 ppm0 .. 10000 ppm0 .. 40000 ppm

0 .. 500 ppm0 .. 1000 ppm0 .. 10000 ppm0 .. 40000 ppm

0 .. 10000 ppm0 .. 40000 ppm

CO2

SO2

H2S0 .. 3000 ppm

calculado0 .. 5000 ppm

calculado0 .. 5000 ppm

calculado0 .. 5000 ppm0 .. 300 ppm

0 .. 25%0 .. 5000 ppm

NOLNONO2

NO+NO2

0 .. 1000 ppm 0 .. 1000 ppm0 .. 500 ppm0 .. 3000 ppm0 .. 500 ppm0 .. 3500 ppm

0 .. 500 ppm0 .. 3000 ppm0 .. 500 ppm0 .. 3500 ppm

0 .. 3000 ppm0 .. 500 ppm0 .. 3500 ppm

CxHy

Metano min.

Metano máx.

Propano min.

Propano máx.

Butano min.Butano máx.

80 ... 3000 ppm

80 ... 50000 ppm

80 ... 3000 ppm

80 ... 21000 ppm

80 ... 3000 ppm80 ... 18000 ppm

80 ... 3000 ppm

80 ... 50000 ppm

80 ... 3000 ppm

80 ... 21000 ppm

80 ... 3000 ppm80 ... 18000 ppm

CH4 detecc.de fugas

0 ... 200/10000 ppm

0 ... 200/10000ppm

0 ... 200/10000ppm

Máx. n° desensores 1 3 4 6 7

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125124

Fig. 43: Unidad de condicionamiento de gas muestra de Testo (refrigerador degas y filtro fino de partículas)

Mangueras especiales de gas muestraLa formación de condensado y por tanto la influencia en la concentración de SO2

y NO2 también depende del tiempo de contacto de los compuestos a reaccionar.Una velocidad de gas de escape elevada influirá positivamente. Por ello, Testo hacompletado un nuevo desarrollo (patente), que evita el usar mangueras calentablesde manera innecesaria. El diámetro pequeño y el material especial del tubo permi-ten una velocidad de gas elevada.

Soluciones de sistema de muestreoUn sistema completo para el acondicionamiento y la extracción de gas muestraincluye una sonda de muestreo, líneas de gas (mangueras y tubos), filtro de partí-culas grueso y fino además del refrigerador. Testo ha armonizado la línea de pro-ductos adecuada que proporciona la posibilidad de combinar los diferentes pro-ductos y alcanzar una solución de sistema concreta sin dificultad. Algunos analiza-dores (testo 350 M/XL y testo 360) ya se venden equipados con unidades de acon-dicionamiento de muestreo.

Accesorios para la extracción y condicionamiento de gasLa extracción y condicionamiento de gas muestra es, en gran medida, decisivapara la precisión y consistencia de los valores medidos y la influencia de la vidaútil del equipo de medición. Un muestreo insuficiente comportará• Daños en el equipo de medición causados por componentes químicamente

agresivos del gas y• Falseamiento de los valores medidos debido a una eliminación indefinida de

ciertos componentes del gas mediante reacciones químicas con el contenidode vapor del gas antes de que éste llegue a la célula de medición. Ver también el capítulo 4.1.2.

Sondas de muestreo de gasDadas las diferentes aplicaciones, Testo ofrece tres categorías de sondas de medición:• Una sonda de muestreo estándar no calentada con sensor de temperatura

integrado para las calderas pequeñas y medianas con longitudes de sonda de hasta 300 mm y temperaturas de gas de hasta 1000 °C,

• Sondas de muestreo calentadas ('industriales') de diseño robusto comosistema modular de diferentes dimensiones y materiales para utilizar en calderas grandes de estaciones eléctricas, plantas industriales de proceso etc. con temperaturas del gas de escape de hasta 1800 °C, y longitudes dehasta 3 metros (9 pies), y

• Una sonda de muestreo multifunción que permite mediciones continuas realizadas a lo largo de varios días con posibilidades adicionales de suministro automático de gas de calibración, limpieza de los filtros de polvo ycontrol remoto.

Condicionamiento de gas muestraLas mediciones de gases de escape húmedos conllevará, sin las medidas apropiadas, lecturas incorrectas para componentes como SO2 y NO2. Ello se debe a reacciones de estos componentes del gas con el agua que se forma a partir de la humedad mediante condensación a temperaturas inferiores al punto de rocío. El condensado está compuesto por cantidades indefinidas (!) de SO2 yNO2 fuera del gas de medición con el resultado, que las concentraciones medidasya no se corresponden con el gas original.Para evitar o (más correctamente) cuantificar este proceso, utilizamos las unidades de condicionamiento del gas muestra (fig. 43). Son refrigeradoras de gas, que funcionan a una temperatura baja constante de p. ej. 3° C, y pueden estar integradas en el analizador o disponibles como unidades separadas. El gasse enfría y descarga el condensado, por lo tanto, las concentraciones del gas cambian proporcionalmente. Este efecto puede considerarse mediante la calibración en las mismas condiciones o mediante cálculos.Testo ofrece refrigeradores de gas basados en el efecto Peltier, ver capítulo 4.1.2.

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Tabla 50: Ejemplos de aplicación del analizador de gas testo 325-I

Tabla 51: Datos técnicos (selección) del analizador de gas testo 325-I

Testo 325-I SO2 • Control de emisión de plantas de combustión de carbón y combustible líquido

• Control gases de combustión de plantas de desulfurización• Control de proceso en la industria de vidrio y de cerámica

Testo 325-I NO • Control de emisión de motores y calderas• Control de plantas Denox• Control de proceso en la industria de vidrio y de cerámica

Testo 325-I CObajo • Control de emisión y ajuste de quemadores de gas• Identificación de fugas de aire falsas en conductos de gas largos

Testo 325-I COalto • Control de la atmósfera de gas en plantas de tratamiento de calor(hornos de templar, hornos de túnel, procesos de fundición)

• Ajuste de quemadores de proceso

325-I SO2 325-I NO 325-I CObajo 325-I COalto

Rango 0...3000 ppm 0...1000 ppm 0...2000 ppm 0...40000 ppmExactitud ±5% de VM

(>400 ppm) resp.±20 ppm(< 400 ppm)

±5% de VM(>400 ppm) resp.±20 ppm(< 400 ppm)

±5% de VM(>400 ppm) resp.±20 ppm(< 400 ppm)

±5% de VM(800...2000 ppm)resp. ±10% de VM(2000... 40000ppm) resp. ±40ppm (0...800 ppm)

Resolución 1 ppm SO2 1 ppm NO 1 ppm CO 5 ppm CO(0...999 ppm) resp.0,001 Vol.% CO(1...4 Vol.%)

Tiempo derespuesta

80 s 60 s 60 s 70 s

Suministroeléctrico

Pila o unidad de suministro eléctrico

Pila 4 pilas Mignon AAVida útil 4 hVoltajes 115/230V / 50/60HzVisualizador LCD, 2 líneas

6.5 Datos y descripción técnica (Selección)

testo 325-IAnalizador para gases de combustión industriales

El testo 325-I es el primer paso hacia un análisis de gases rentable de SO2, NO oCO. Combina mediciones precisas con un funcionamiento fácil y costes imitados.Es una herramienta ideal para realizar "comprobaciones" de emisiones y para con-trolar los procesos de tratamiento térmico. Se encuentra disponible como instru-mento portátil de un sólo componente para SO2, NO, CObajo y COalto.

En el visualizador, aparecen constantemente los resultados de medición y, con pul-sar una sola tecla, puede imprimirlos a través de la impresora testo por IR (sincables), los valores actuales junto con la fecha y la hora.

Fig. 44: analizador(es) testo 325-I

Características del testo 325-I• Funcionamiento y manejo fácil,

gran visualizador• Fácil intercambio de células de

medición in situ por el usuario• Maleta magnética para proteger de

suciedad y golpes• Imprime los valores medidos con

fecha y hora• Suministro eléctrico por pila o

unidad de suministro eléctrico

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129128

testo 300 M/XL-IAnalizador de gases de combustión compacto

El analizador de gases de combustión testo 300 M-I/XL-I combina la exactitud y fiabilidad de lossistemas de medición más grandes con un fácil manejo y un coste de compra y mantenimientoreducido. Es un instrumento ideal para ajustar calderas, controlar emisiones y verificar la atmósferaen un proceso de producción.

Versión Estándar• Medición de °C, O2, y CO• Cálculo de CO2 exceso de aire λ así

como rendimiento y pérdida por gases de combustión

Opcional• Medición de NO o SO2• Medición en paralelo de presión

parcial, velocidad y caudal másico• Cálculo del punto de rocío de gases de

combustión

Fig. 46: analizador de gas testo 300 M/XL

Ejemplos de aplicación• Rápido control de emisiones con medición de velocidad del flujo de gas;

también es posible verificar la sonda de muestreo de gas fija• Mediciones para comprobación del filtro e identificación de fugas de aire

en puntos de difícil acceso en conductos de gas• Detección de nidos de CO y pruebas que reducen el gas en atmósfera

de la cámara de combustión. Sonda de muestreo de gas utilizable hasta 1800 °C.• Ajuste del quemador mediante medición/cálculo del valor del aire y eficacia;

medición en paralelo de presión, especialmente en quemadores de múltiples etapas

Características estándar del testo 300 M-I/XL-I• Diseño compacto• Manejo fácil con teclas de

función y cursor• Visualizador iluminado con texto claro• Alimentación o pila• Es posible cambiar las pilas y las

células in situ• Interface RS 232• Impresora sin cables• Gran selección de sondas de muestreo

de gas

Características adicionales de la versiónXL-I• Impresora acoplable, puede usarse inde-

pendientemente• Capacidad de memoria ampliada para

100 mediciones completas; opcional para400 mediciones

• Medición de temperatura diferencial• Interruptor manual de la célula de CO

para mediciones actuales con concentra-ciones muy elevadas de CO

Visión general del sistema testo 300 M/XL-lConceptoEl analizador de gas testo M/XL-l (versión estándar) incluye células para O2 y CO ypuede equiparse con células de medición para NO ó SO2. El usuario puede cam-biar las células de medición in situ sin necesidad de gas muestra ni calibración decampo. Una opción interesante es la capacidad de medición de presiones diferen-ciales en paralelo al análisis de gases. Al utilizar un tubo de Pitot, el analizadortambién mostrará la velocidad del gas, el caudal volumétrico y el caudal másico deCO y NO/SO2. Pueden utilizarse diferentes tubos de Pitot aplicando factores específicos.

Fig. 45: concepto de sistema del analizador de gas 300 M/XL-l

El secador de gas compactoEs una unidad de acondicionamiento de gas que se monta en la línea de muestreo para refrigerar algunos °C los gases de combustión.El condensado resultante se descarga medianteuna bomba peristáltica integrada. Es particularmente importante para las medicionesa largo plazo debido a la incidencia de los componentes agresivos del condensado en elanalizador.Mediciones correctas de SO2Son posibles gracias a la refrigeración de losgases de combustión (ver texto ant.). Impidenque el condensado absorba SO2 y de este modose aseguran valores de medición correctos.

Documentación de los valores medidosPuede realizarse mediante la impresora testo de informes de o la impresora acoplable (disponible con el XL-I) con transmisión de datos sin cables a una distancia de 2 m. Las tres primeras líneas de la impresión se puedenprogramar libremente. Esta impresora ofrecemás posibilidades, por ejemplo la impresión deun registro.Manejo de datosPor transmisión de los datos medidos mediantela interface RS 232 al PC, donde el softwareECONÓMICO basado en WINDOWS® los some-terá a procesamiento adicional, ej. visualizar los datos como tabla o diagrama, ver los valoreslímite o funcionamiento on-line.

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testo 350 M/XLUn sistema analizador de gases versátilEl testo 350 es un sistema analizador de gases portátil y versátil que puede adaptarse a diversas aplicaciones. La versión estándar testo 350 M se compone de una unidad de control, una caja de análisis y una sonda de muestreo de gas. Los componentes del gas son (máximo 4 células) O2, CO, NO (opcional), NO2 o SO2 (opcional); se incluyen adicionalmente sensores de temperatura y presióndiferencial. Los valores de CO2, qA y otros se calculan como es habitual. La unidad de control es acoplable y, como instrumento individual, puede utilizarse para medir parámetros como por ejemplotemperatura, presión diferencial con los valores calculados (caja "clima"). La caja de análisis comprende una bomba de gases de muestreo, una unidad preparadora de gases Peltier para eliminarlos condensados de modo controlado. La versión testo 350 XL es igual que la versión testo 350 M,pudiendo además medir CxHy y H2S (máximo 6 células).

Características

Fig. 48: analizador de gases testo 350 M/XL

Rangos Ejemplos de aplicación

Tabla 52: rangos testo 350 M/XL

Componente Rango 350 XLO2 0...25 Vol.%NO 0...3000 ppm

0...6160 mg/m3

NO2 0...500 ppm0...1030 mg/m3

NOx (NO+NO2) 0...3500 ppm0...7190 mg/m3

SO2 0...5000 ppm0...14650 mg/m3

CO2 calculadoCO 0...10000 ppm

0...12560 mg/m3

CxHy 0...5 Vol.%H2S 0 ... 300 ppm

• Funcionamiento independiente de laalimentación externa incluso con labomba de gases de muestreo

• La caja de análisis puede almacenardatos incluso sin unidad de control

• Funcionamiento sencillo con pantallatáctil

• Ampliación del rango de CO (opcional)• Puede escoger entre diferentes

sondas según la aplicación• Exactitud muy elevada para CO y NO

en rangos de concentración bajos

• Sondas adecuadas (gas, velocidad,temperatura, calentadas o no calenta-das) para diferentes aplicaciones

• Sensores de temperatura para medi-ciones en superficies, en gases o enlíquidos

• Ajustes para todo tipo de quemadoresindustriales

• Control de los valores de concentraci-ón de gases crudos durante largosperiodos

• Control de la atmósfera de gas entodo tipo de hornos de proceso

• Reparaciones en motores fijos, ej.estaciones eléctricas tipo bloque

• Verificación de la presión y velocidadde los gases de combustión y aire deentrada

testo 350 M/XL visión general del sistemaConceptoPara muchas aplicaciones en la industria, se necesitan más de un analizador portátil. Se precisa unanálisis sincronizado en el tiempo de diferentes puntos de medición sin cambiar el punto de muestreo,para entrar más signos de medición, para vincular a otros analizadores o sistemas de control, etc. Elsistema de medición de gas testo 350 reúne estos requisitos. Hasta 8 cajas de análisis, equipadas con diferentes combinaciones de sensores, y hasta 10 unidades de data logger pueden conectarseentre ellos mediante el bus de datos testo. Una unidad de control con programación y transferencia dedatos controla el sistema. La comunicación a PC es posible a través de la tarjeta de bus del PC.

Fig. 47: concepto del sistema testo 350 M/XL

Unidad de control• Puede utilizarse tanto para controlar el

sistema (portátil en funcionamientomanual) como para verificar losparámetros "ambientales"

• Interface RS232, visualizador iluminado• Funcionamiento con menú, con teclas

de función libremente programables• Memoria de datos integrada (2 MB)• Funcionamiento "Pantalla táctil" (opción)• Alimentación de la caja de análisis, pila

o unidad de alimentación

LoggerUne hasta 4 sensores; memoria integrada paraalmacenar datos sin conexión de bus Bus de datos TestoLos componentes del sistema pueden conec-tarse mediante el bus de datos a una distanciamáxima de 100 m. Caja de radio La comunicación de datos inalámbrica (opcio-nal) funciona en distancias de hasta 300 m alaire libre; puede integrarse en la caja de análi-sis y unidad de control; unidad adicional paracaja ambiental portátil

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testo 360Analizador multifunción portátil para gases de combustión industrialestesto 360 es un analizador de gases potente y versátil que reúne los elevados requisitos del análisis de gases en aplicaciones medioambientales (emisiones) e industriales. Gracias a su diseñocompacto, el testo 360 se transporta cómodamente en un coche. Es un instrumento adecuado y estácertificado tanto para mediciones a corto plazo como para las mediciones continuas durante un periodo largo de tiempo.

Características del testo 360

Fig. 50: testo 360 en el carrito

Rangos Calibración y certificados

Tabla 53: rangos del analizador de gases testo 360

Componente Rango estándar (MR) Mayor MR oampliación MR

O2 0...21 Vol.% 0...21 Vol.%NO 0...3000 ppm

0...6160 mg/m30,1...6,0 Vol.%

NO2 0...500 ppm0...1030 mg/m3

0,1...1,0 Vol.%

NOx(NO+NO2)

0...3500 ppm0...7190 mg/m3

0,1...7,0 Vol.%

SO2 0...5000 ppm0...14650 mg/m3

0,1...10 Vol.%

CO2 0...25 Vol.% 0,1...100 Vol.%CO 0...10000 ppm

0...12560 mg/m30,1...20 Vol.%

CxHy 500...100000 ppmHumedad 2,0...31 Vol.% H2O

+15...+70 °C punto rocío

Velocidad 5...40 m/s

• Exactitud totalmente equivalente a un sistema demedición fijo

• Todos los parámetros de medición en un instrumento• Sensores estables de larga duración, no precisa gas de

calibración in situ• Unidad Peltier preparadora de gases de baja absorción

integrada (patentada)• Puede utilizarse en condiciones extremas• Ciclos programables de suministro de aire fresco y gas

de calibración para una gran exactitud durante lasmediciones a largo plazo

• Funcionamiento del data logger durante varios días ysemanas sin supervisión

• Rangos de medición externos en rangos de % conelevada precisión a bajas concentraciones

• Pocos requisitos de mantenimiento (bajo coste)

Alemania (TA-Lüft)Certificación ilimitada para utilizaren industrias según las ordenanzas13. y 17. y la TI AireUSA (selección)Especificación de rendimiento paraNOx, CO y O2; En California, certificado para NORusiaAprobación GOS para todos losparámetrosSuizaCertificado de BU VAL para medi-ciones de emisiones oficiales

Visión general del sistema testo 360

ConceptoEl sistema testo 360 consta de una unidad analizadora, un PC portátil y una sonda de gases de com-bustión. La unidad analizadora incluye las unidades de análisis (máximo 7 células de medición) ymódulos para medición de humedad (opcional), ampliación del rango (dilución del gas, opcional), medi-ción de velocidad (opcional) y acondicionamiento de gas de muestreo (unidad refrigeradora Peltier). Lasonda de gases de combustión se conecta a la unidad analizadora a través de una sonda calentable,donde se determinan las concentraciones de gas. La sonda de gases de combustión o los sensoresseparados suministran los valores de medición ∆p, mbar, m/s y t/a. Los valores de sensores puedentransmitirse al sistema mediante cajas de señales externas (opcional).

Fig. 49: concepto de sistema testo 360

Funcionamiento y proceso de datosEl PC portátil, durante el funcionamiento a largoplazo, está protegido do influencias externas (lluvia, etc.) por una tapa que puede cerrarse con llave. Con el software WINDOWS® se con-trolan las mediciones y se almacenan los datoscomo archivos ASCII. Los datos pueden gestionarse en programas de gestión de datos otransmitirse vía módem a una red de comunica-ción de datos desde allí, y viceversa, también esposible el control remoto del sistema. Para obte-ner una precisión constante durante las medicio-nes a largo prazo, puede suministrarse gas de

calibración a través de la unidad conmutable degas de calibración (opcional) o el analizador através de una entrada separada (opcional).Transporte del analizadorEl operador puede transportar fácilmente el testo360 en un carrito. El carrito plegable donde secoloca el analizador cuando se trabaja es idealpara transportarlo.Mantenimiento y serviciotesto 360 se ha diseñado de tal manera que elusuario puede cambiar los sensores in situ, singases de calibración.

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135134

Energía, contenido energético 6Equilibrio energético 20Estación eléctrica de gases y vapor 81Estación eléctrica tipo bloque 79Exactitud de medición (testo 360) 119Exceso de aire 10folI., 27foll.Extracción de gas muestra 52Fórmula Siegert 21Gas cero 55Gas de calibración 55Gases de combustión 8, 16Hidrocarburo total 18Horno de combustible líquido 76Hornos industriales 31Hidrocarburos 18,67Incineración de gas térmico 86Incineración de residuos 111Incineración de residuos 39,82Inmisión 33Límite de explosión 32Límite de ignición 32Limpieza de los gases de combustión 44foll.Líneas de muestra calentadas 23Llamas 110Medición continua 37Medición de humedad 69Medición de seguridad 32Medición única 37Métodos de calibración 43.3Nitrógeno, óxidos de nitrógeno 16, 17Optimización de combustión 27foll.Ordenanzas (en Alemania) 33foII.Oxidación 7,12óxidos de carbono 16, 17Pérdida por chimenea 20Pirolisis de residuos 85Planta de horno de coque 102Planta de sinterización 98Planta turbina de gas 74Plantas de combustión 8Polvo 18ppm 47foll.Principio de conductividad térmica 66Principio de filamento catalítico 32, 66, 67Principio de infrarrojos 64Principio ultravioleta 65Principios de medición de gases 61foll.

Índice

Acondicionamiento de gas muestra 52, 124Acta de Aire Limpio (CAA) 33, 41 foil.Aire de combustión 10Amoníaco 18Análisis del proceso 56Analizador de gases, general 56foll.Analizador de gases, Testo 26Analizador de ionización de la llama 68Analizador de quimioluminiscencia 65Analizador in situ 55Analizador paramagnético 66Analizadores extractivos 57Analizadores portátiles 43.2, 60Aplicaciones 70foll.Atmósfera reductora 12Bancos de prueba de motor 113BimSchG, BimSchV 33foll.Calderas de combustible gaseoso 73Calderas de combustible sólido 71Calderas de gran escala 39Calderas de pequeña escala 35Calentador del proceso 30, 107Calibración 55Centrales eléctricas de carbón 77Combustible, composición del combustible 9Combustión de lecho fluido 45Combustión ideal 10Combustión 7, 25, 27foll.Concentración 47foll.Condensado 22Condición estequiométrica 10Condiciones estándar 48Contenido de humedad 53Control de emisiones (USA) 41Control de proceso 30foll.Conversión, de concentraciones 49foll.Crematorios 40, 113Deficiencia de aire 12,28Diagrama de combustión 13,27Dióxido de azufre 17Efecto de dilución 14Efecto invernadero 7Eficacia 19Electrolito de estado sólido 68Emisión, control de emisiones 33foll.

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137136

Oficina central de Testo

Testo AGPostfach 11 40D-79849 LenzkirchTesto-Straße 1D-79853 Lenzkirch

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Procesamiento mineral 98Proceso de desnitrificación 45Proceso de desulfurización 46Proceso de extracción de polvo 44Proceso SCR 17,45Producción de acero 101Producción de aluminio 104Producción de cal 96Producción de cemento 30,88Producción de cerámica 90Producción de hierro 99Producción de ladrillos 92Producción de vidrio 93Prueba de viabilidad 40,41Punto de rocío 22Refinería 108Refrigerador de gas muestra 24,53Rentabilidad 29Sensibilidad cruzada 54Sensor, sistema de sensores 57foll.Sensores electroquímicos 61foll., 117Sonda de circonio 68Sondas de muestreo 52,124Sulfuro de hidrógeno 17Suministro de aire por etapas 46Testo, datos de analizadores 126foll.Testo, la empresa 115Testo, visión general de accesorios 123Testo, visión general de analizadores 117foll.TI Aire, Technical Instruction Air 33foll.Tratamiento de superficie 31, 105Umbral del lugar de trabajo 17Unidad preparadora Peltier 24USA, legislación 4lfoll.Valor aire 10folI., 27foll.Valor calorífico 19Valor de referencia 14, 15Valor límite de emisiones 35Velocidad de flujo 23Volumen de gas 14

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