Los sistemas de monitoreo continuo de emisiones ( CEMS ) se utilizan como una herramienta para monitorear las corrientes de gases efluentes resultantes de la combustión en procesos industriales. Los CEMS pueden medir el oxígeno , el monóxido de carbono y el dióxido de carbono de los gases de combustión para proporcionar información para el control de la combustión en entornos industriales. [1] [2] También se utilizan como un medio para cumplir con los estándares de emisión de aire, como el Programa de Lluvia Ácida de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) , [3] otros programas de emisiones federales de EE. UU. o los estándares de emisión permitidos por el estado. Los CEMS generalmente consisten en analizadores para medir las concentraciones de gas dentro de la corriente, equipo para dirigir una muestra de esa corriente de gas a los analizadores si están remotos, equipo para acondicionar el gas de muestra eliminando agua y otros componentes que podrían interferir con la lectura, tuberías neumáticas con válvulas que pueden ser controladas por un PLC para enrutar el gas de muestra hacia y desde los analizadores, un sistema de calibración y mantenimiento que permite la inyección de gases de calibración en la línea de muestra y un Sistema de Adquisición y Manejo de Datos (DAHS) que recopila y almacena cada punto de datos y puede realizar los cálculos necesarios requeridos para obtener las emisiones de masa total. Un CEMS funciona en todo momento, incluso si el proceso que mide no está en marcha. Puede recopilar, registrar y comunicar continuamente datos de emisiones para el seguimiento del proceso o con fines de cumplimiento normativo.
El sistema CEM estándar consta de una sonda de muestra, un filtro , una línea de muestra ( umbilical ), un sistema de acondicionamiento de gas, un sistema de gas de calibración y una serie de analizadores de gas que reflejan los parámetros que se están monitoreando. Las emisiones monitoreadas típicas incluyen: dióxido de azufre , óxidos de nitrógeno , monóxido de carbono , dióxido de carbono , cloruro de hidrógeno , material particulado en el aire , mercurio , compuestos orgánicos volátiles y oxígeno . Los sistemas CEM también pueden medir el flujo de aire, la opacidad de los gases de combustión y la humedad . Un sistema de monitoreo que mide material particulado se conoce como PEMS.
En los EE. UU., la EPA exige un sistema de adquisición y manejo de datos para recopilar y comunicar los datos. Las mediciones de concentración se pueden convertir a masa/hora incluyendo mediciones de caudal. Los tipos de gases que se miden y los cálculos necesarios dependen del tipo de fuente y cada tipo de fuente tiene su propia subparte en las partes 60 y 75 del Título 40 del CFR. [4] SO2Las emisiones se miden en libras por hora utilizando tanto un SO
2 monitor de concentración de contaminantes y un monitor de flujo volumétrico. Para NO x , se utilizan tanto un monitor de concentración de contaminantes NO x como un monitor de gas diluyente para determinar la tasa de emisiones en peso por volumen o peso por valor calorífico (por ejemplo, lbs/millón Btu, lbs/ft 3 , kg/kWh o kg/m 3 ). A veces se requieren mediciones de opacidad, según el tipo de fuente. La medición de CO 2 es a veces un requisito, sin embargo, si se monitorea, se debe utilizar un monitor de CO 2 u oxígeno más un monitor de flujo. El DAHS debe poder recopilar, registrar y almacenar datos, generalmente a intervalos de 1 minuto. Para fines de cumplimiento, un DAHS debe estar en funcionamiento continuo 24/7/365 incluso cuando no haya ningún proceso en marcha. Para una medición válida, el DAHS debe registrar al menos una lectura cada 15 minutos durante 3 de los 4 trimestres. Luego, las lecturas se promedian cada hora. [5]
Se extrae una pequeña muestra de gas de combustión, por medio de una bomba , en el sistema CEM a través de una sonda de muestreo. Las instalaciones que queman combustibles fósiles a menudo utilizan una sonda de dilución -extracción para diluir la muestra con aire limpio y seco a una proporción típicamente entre 50:1 a 200:1, pero normalmente 100:1. La dilución se utiliza porque el gas de combustión puro puede ser caliente, húmedo y, con algunos contaminantes, pegajoso. Una vez diluida a la proporción adecuada, la muestra se transporta a través de una línea de muestreo (normalmente denominada umbilical) a un colector del que los analizadores individuales pueden extraer una muestra. Los analizadores de gas emplean varias técnicas para medir concentraciones con precisión. Algunas técnicas comúnmente utilizadas incluyen: adsorción infrarroja y ultravioleta , quimioluminiscencia , fluorescencia y absorción de rayos beta . Después del análisis , el gas sale del analizador a un colector común a todos los analizadores donde se ventila al exterior. Un sistema de adquisición y manejo de datos (DAHS) recibe la salida de señal de cada analizador para recopilar y registrar datos de emisiones . [6]
Otro método de extracción de muestras utilizado en fuentes industriales y de servicios públicos con bajas tasas de emisión, se conoce comúnmente como CEMS "extractivo en seco", "extractivo en seco caliente" o "directo". La muestra no se diluye, sino que se transporta a lo largo de una línea de muestra calentada a alta temperatura hasta una unidad de acondicionamiento de muestras. La muestra se filtra para eliminar las partículas y se seca, generalmente con un enfriador , para eliminar la humedad . Una vez acondicionada, la muestra ingresa a un colector de muestreo y se mide mediante varios analizadores de gases, generalmente NO x y O 2 (y, a veces, CO) para turbinas de combustión y motores que funcionan con gas natural o diésel. Los analizadores de NO x generalmente funcionan utilizando quimioluminiscencia . Los analizadores de O 2 son un campo magnético que atrae O 2 para medir la concentración. El O 2 provoca el movimiento de un espejo suspendido dentro del analizador que luego cambia la cantidad de luz que refleja ese espejo sobre una fotocélula. La cantidad de corriente necesaria para mover el espejo de regreso al centro es proporcional a la concentración de O 2. La capacidad de medir el % de oxígeno en la muestra es necesaria para realizar los cálculos requeridos.
La precisión del sistema se demuestra de varias maneras. Se logra un control interno de garantía de calidad mediante la introducción diaria de una concentración certificada de gas en la sonda de muestra. Luego, la medición del CEMS se compara con la concentración conocida para llegar a un porcentaje de error de calibración. También se toma y se compara una lectura de gas cero. Si el porcentaje de error de calibración excede el doble de la especificación de rendimiento durante 5 días consecutivos o el cuádruple de la especificación de rendimiento en 24 horas, se considera que el CEMS está fuera de control, lo que significa que no se puede confiar en la precisión de los datos hasta que se restablezca el control. Se utilizará la sustitución de datos para los períodos fuera de control. El método de sustitución de datos generalmente no es ventajoso, por lo que es fundamental volver a poner el CEMS bajo control lo antes posible.
La EPA también permite el uso de sistemas de calibración de monitoreo continuo de emisiones que diluyen los gases para generar estándares de calibración. [7] La lectura del analizador debe tener una precisión de un cierto porcentaje. El porcentaje de precisión puede variar, pero la mayoría se encuentra entre el 2,5% y el 5%. En las centrales eléctricas afectadas por el Programa de Lluvia Ácida, la certificación anual (o bianual) del sistema debe ser realizada por una empresa independiente. La empresa tendrá un sistema CEM independiente instalado temporalmente para recopilar datos de emisiones en paralelo con el CEMS de la planta. Esta prueba se conoce como Auditoría de Prueba de Precisión Relativa (RATA).
En los EE. UU., se deben informar y registrar las evaluaciones periódicas del equipo. [5] Esto incluye pruebas diarias de error de calibración, pruebas diarias de interferencia para monitores de flujo y pruebas RATA y de sesgo semestrales (o anuales). [8] El equipo CEMS es caro y no siempre asequible para una instalación. En tales casos, una instalación instalará un equipo de análisis que no cumple con las normas de la EPA en el punto de emisiones. Una vez al año, para la evaluación del equipo, una empresa de CEMS móvil mide las emisiones con un equipo que cumple con las normas. Luego, los resultados se comparan con el sistema analizador que no cumple con las normas. [9]