INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES Subdirección de Estudios Ambientales

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1 INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES Subdirección de Estudios Ambientales PRINCIPIO DE MEDICIÓN Y PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN PARA LA MEDICIÓN DE MONÓXIDO DE CARBONO (CO) EN LA ATMÓSFERA (FOTOMETRÍA INFRARROJA NO DISPERSIVA) VERSIÓN No. 1.0 Fecha: Noviembre de 2010 CORRESPONDENCIA: Este método es equivalente al Código Federal de Regulación (Code Federal of Regulations) CFR titulo 40 parte 50 Anexo C de los Estados Unidos de América. Preparó: Viviana Bohórquez IDEAM Revisó: Oscar Ducuara - IDEAM Sergio Hernández MAVDT Aprobó: Margarita Gutiérrez - IDEAM

2 CONTENIDO 1. PRINCIPIO DE MEDICIÓN CONSIDERACIONES DE LA TOMA DE MUESTRA PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN REFERENCIAS

3 1. PRINCIPIO DE MEDICIÓN Las mediciones se basan en la absorción de la radiación infrarroja del monóxido de carbono (CO) en un fotómetro no dispersivo. La energía infrarroja de una fuente se pasa a través de una celda que contiene la muestra de gas a ser analizada, y la cuantificación de la absorción de energía del CO en la celda de muestreo es medida por un detector apropiado. El fotómetro es sensibilizado para el CO empleando gas de CO, ya sea en el detector o en una celda filtro en el camino óptico, limitando así la absorción medida en una o más longitudes de onda características en la que se absorbe CO fuertemente. Filtros ópticos u otros medios también pueden ser utilizados para limitar la sensibilidad del fotómetro a una banda estrecha de interés. Diversos esquemas pueden utilizarse para proporcionar un adecuado cero de referencia en el fotómetro. La absorción medida es convertida a una señal eléctrica de salida, que está relacionada con la concentración de CO en la celda de medición. 2. CONSIDERACIONES DE LA TOMA DE MUESTRA La utilización de un filtro de partículas en la línea de entrada de la muestra de un analizador de CO NDIR es opcional y se deja a criterio del usuario o del fabricante. El uso del filtro debe depender de la susceptibilidad del analizador a la interferencia, mal funcionamiento o daño debido a las partículas. 3. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN 3.1 Principio Cualquiera de los dos métodos se puede utilizar para la calibración dinámica multipunto de los analizadores de CO: Un método utiliza un único cilindro estándar de CO certificado, diluido con aire cero en caso de ser necesario, para obtener las diferentes concentraciones de calibración necesarias. El otro método utiliza cilindros estándar individuales de CO certificados para cada concentración necesitada. Información adicional sobre calibración puede encontrarse en el numeral del documento de la USEPA, Manual de Aseguramiento de la Calidad para Sistemas de Medición de Contaminación Atmosférica Volumen II, Metodos Especificos para Aireambiente 1. 1 Titulo original: Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. Volume II. Ambient Air Specific Methods, disponible en la página web del IDEAM ( dcontenidopublicacion&id=700) 3

4 3.2 Equipos Los principales componentes y configuraciones típicas de los sistemas de calibración para los dos métodos de calibración se muestran en la figuras 1 y Controlador de flujo. Dispositivo capaz de ajustar y regular el flujo. Los flujos para el método de dilución (Figura 1) deben ser regulados a ± 1% Medidores de flujo. Medidor de flujo calibrado capaz de medir y monitorear flujos. Los flujos para el método de dilución (Figura 1) deberán medirse con una precisión de ± 2% del valor medido Reguladores de presión para cilindros estándar de CO. El regulador debe tener un diafragma y partes internas no reactivos, asi como una presión de entrega adecuada Cámara de mezcla. Una cámara diseñada para proporcionar una minuciosa homogeneización de la mezcla de CO y el aire de dilución para el método de dilución Manifold de salida. El manifold de salida debe tener un diámetro suficiente para asegurar una caída de presión insignificante en la conexión del analizador. El sistema debe tener un orificio de ventilación, diseñado para asegurar presión atmosférica en el manifold y prevenir la entrada de aire ambiente al manifold. Figura 1. Método de Dilución para calibración de analizadores de CO. Fuente: Code of Federal Regulations CFR 40 part 50 appendix C, edición

5 Figura 2. Método de cilindros múltiple para calibración de analizadores de CO. Fuente: Code of Federal Regulations CFR 40 part 50 appendix C, edición Reactivos Concentración estándar de CO: cilindro(s) de CO en aire con concentraciones adecuadas de CO para el rango de operación seleccionado en el analizador en calibración; los estándares de CO para el método de dilución pueden estar contenidos en una matriz de nitrógeno si la proporción del aire cero de dilución no es menor de 100:1. La prueba del cilindro debe ser trazable ya sea a un Material de Referencia Estándar (SRM) de CO en aire de la Oficina Nacional de Estándares (NBS) o a un Material de Referencia Certificado (CRM) comercialmente disponible aprobado por la EPA o NBS. Los cilindros de gas CO deben volver a certificarse en forma periódica según lo determine el programa control de la calidad del laboratorio. Los materiales de referencia certificados y la lista de estos materiales están descritos en el documento de la USEPA Procedimiento para Establecer la Trazabilidad de Mezclas de Gases a la Oficina Nacional de Estandares Material Estandar de Referencia 2. Adicionalmente, un protocolo recomendado para la certificación de cilindros de gas CO contra CO SRM o CRM, es proporcionado en el Manual de Aseguramiento de la Calidad para Sistemas de Medición de Contaminación Atmosférica Volumen II, Metodos Especificos para Aireambiente 3 de la USEPA. Los cilindros de CO deben ser certificados nuevamente por el programa de calidad del laboratorio, con las disposiciones ordinarias que el mismo determine. Gas de dilución (aire cero): Aire, libre de contaminantes que cause una respuesta detectable en el analizador de CO. El aire cero debe contener < Titulo original: A Procedure for Establishing Traceability of Gas Mixtures to Certain National Bureau of Standards Standard Reference Materials, disponible en la página del IDEAM ( dcontenidopublicacion&id=700) 3 Titulo original: Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. Volume II. Ambient Air Specific Methods, disponible en la página web del IDEAM ( dcontenidopublicacion&id=700) 5

6 ppm de CO. En la guía Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems, Volume II Ambient Air Specific Methods se brinda un procedimiento para la generación de aire cero. 3.4 Procedimiento utilizando el método de dilución dinámica Ensamble un sistema dinámico de calibración como el que se muestra en la figura 1. Todos los gases de calibración, incluido el aire cero, deben ser introducidos en la entrada de la muestra del analizador. Para instrucciones específicas de funcionamiento se debe referir al manual del fabricante Asegúrese que todos los flujómetros estén debidamente calibrados, de acuerdo con las condiciones de uso, o si es adecuado contra un estándar primario como un medidor de burbuja de jabón o un medidor de prueba húmeda. Todos los flujos volumétricos deben ser corregidos a 25 ºC y 760 mm Hg (101 kpa). Para mayor información sobre la calibración de flujómetros consulte Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems, Volume II Ambient Air Specific Methods Seleccione el rango de funcionamiento del analizador de CO a ser calibrado Conecte la señal de salida del analizador de CO a la entrada del registrador gráfico u otro dispositivo de recolección de datos. Todos los ajustes realizados al analizador deben basarse en las lecturas registradas por el registrador gráfico o el dispositivo de lectura de datos. Las referencias a las respuestas del analizador en el procedimiento que se detalla a continuación se refieren a las respuestas del registrador o dispositivo de datos Ajuste el sistema de calibración para entregar aire cero en el manifold de salida. El flujo total de aire debe ser superior a la demanda total del analizador conectado al manifold de salida para asegurar que no ingresa aire ambiente al venteo del colector. Permita al analizador muestrear aire cero hasta que se obtenga una respuesta estable. Después de que la respuesta se haya estabilizado, ajuste el control cero del analizador. Se recomienda adecuar los ajustes del cero a +5% para facilitar la observación de la desviación negativa del cero. Registre la respuesta estable del aire cero como Z CO Ajuste el flujo de aire cero y el flujo de CO a partir del cilindro estándar de CO para proporcionar una concentración de CO diluida aproximadamente del 80% del límite superior del rango (URL) de operación del analizador. El flujo total de aire debe ser superior a la demanda total del analizador conectado al manifold de salida para asegurar que no ingresa aire ambiente al venteo del colector. La concentración de CO exacta se calcula a partir de: CO OUT Donde: [CO] OUT: Concentración de CO diluida en el colector de salida, ppm. [CO] STD: Concentración del estándar de CO sin diluir, ppm. F CO: Flujo del estándar de CO corregido a 25 C y 760 mm Hg, (101 kpa), l/min. CO F D * F F STD CO CO 6

7 F D: Flujo del aire de dilución corregido a 25 C y 760 mm Hg, (101 kpa), l/min. Muestree esta concentración de CO hasta que se obtenga una respuesta estable. Ajuste el control de span del analizador para obtener una respuesta registrada como se indica a continuación: COOUT Respuestaregistrada(%de la escala) * 100 ZCO URL Donde: URL: Límite superior del rango nominal del rango de operación del analizador Z CO: Respuesta del analizador al aire cero, % de la escala Si se requiere el ajuste del control de span del analizador, es necesario volver a revisar los ajustes de cero y span repitiendo los pasos y Registre la concentración de CO y la respuesta del analizador Genere varias concentraciones adicionales (se recomiendan por lo menos tres puntos espaciados de manera uniforme a través de la escala restante para verificar la linealidad) disminuyendo F CO o aumentando F D. Asegúrese de que el flujo total es superior a la demanda total de flujo del analizador. Para cada concentración generada, calcule la concentración de CO exacta usando la ecuación a partir de la cual se determina la concentración exacta de CO. Registre la concentración y la respuesta del analizador para cada concentración. Grafique la respuesta del analizador contra las correspondientes concentraciones de CO y grafique o calcule la curva de calibración. 3.5 Procedimiento utilizando el método de cilindros múltiples. Utilice el procedimiento para el método de dilución dinámica con los siguientes cambios: Utilice un sistema de varios cilindros como el que se muestra en la figura 2. El flujómetro no necesita ser calibrado con exactitud, siempre y cuando el flujo en el manifold de salida exceda la demanda de flujo del analizador. Las diversas concentraciones de calibración de CO requeridas en los pasos y se obtienen sin dilución, seleccionando el cilindro estándar apropiado. 4. REFERENCIAS 1. Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems, Volume II Ambient Air Specific Methods, EPA 600/ a, U.S. Environmental Protection Agency, Environmental Monitoring Systems Laboratory, Research Triangle Park, NC 27711,

8 2. A procedure for Establishing Traceability of Gas Mixtures to Certain National Bureau of Standards Standard Reference Materials. EPA 600/ , U.S. Environmental Protection Agency, Environmental Monitoring Systems Laboratory (MD 77), Research Triangle Park, NC 27711, January