Muestreo y Medicin de la Contaminacin del Aire

Ing. Juan Manuel Moreyra Mercado

Conjunto de muestreo tpico

Colector de la muestra

Medidor de flujo Bomba de succin

Concentracin de los contaminantes

En el caso de la contaminacin atmosfrica la concentracin de los contaminantes gaseosos o de las partculas se determina mediante la relacin que hay entre la masa M del contaminante y el volumen del aire V:

Concentracin = V

Mmg/m3

En gases se puede usar ppm (en volumen) o sea el volumen del gas v entre el volumen del aire V

o sea Concentracin = v/V

Conversin de unidades para contaminantes gaseosos

1 volumen de contaminante gaseoso

106 volmenes (contaminante + aire)1 ppm =

1% volumen = 1%mol = 104 ppm

g/m3 =ppm x PM x 103

24.5

a 1 atm y 298 K

Condiciones estndar o de referenciaSe recomienda reportar el resultado de un anlisis a la presin de referencia (1 atm) y a la temperatura de referencia (298 K, en el caso de los gases, se puede utilizar la ley general de los gases ideales:

P1V1 P2V2T1 T2

=

Ejemplo: Considere que el aire ambiente de una ciudad tiene una concentracin de partculas suspendidas de 175 g/m3 a 580 mm de Hg y 32 C Qu concentracin de partculas tiene el aire si el volumen se refiere a las condiciones de referencia?

Muestreo en la fuente Algunas fuentes se monitorean

continuamente con instrumentos automatizados (Analizadores en tiempo real)

A veces se requieren tcnicas manuales de muestreo y de prueba, por ejemplo una probeta Pitot

Muestreo en la fuenteSe introduce una boquilla de muestreo en la corriente de gas que fluye por una chimenea la boquilla unida a trende muestreo extrae la muestra de gas, que ser analizada en el laboratorio. Los contaminantes gaseosos se colectan por absorcin

en impactadores, por adsorcin en carbn u otro medio, o por condensacin en trampas colectoras.

El material particulado se colecta por un una gran variedad de tcnicas en las que se incluyen lavador hmedo (scrubbing), filtracin, impactacin, y precipitacin electrosttica.

Muestreo en chimenea Es necesario hacer mediciones precisas de la

velocidad del flujo gaseoso, su temperatura, presin esttica, composicin, densidad y rea transversal del ducto de la chimenea.

Los datos de velocidad se determinan a travs de medidas d e presin por medio de un tubo-pitot y se requieren para calcular la masa de los gases a la atmosfera.

Se requiere que el flujo de gas a travs de la boquilla se el mismo que el de la corriente de gas en la chimenea es decir que sea isocintico.

Muestreo en chimenea

Plataforma de chimenea

Boquilla de muestreo

Flujo isocintico

Tren de muestreo

Tren de muestreo

Medicin de gases en una chimenea

Anlisis de Tiempo Real

Hay varios mtodos que proporcionan anlisis de tiempo real, el ms utilizado es el de deteccin remota de UV para el SO2

Colector de partculas

Este equipo es un colector de polvo y el material particulado se sedimenta por gravedad.

La prueba se realiza por un periodo de 30 das aproximadamente - 1 punto por mes

Pueden haber interferencias (como el de las aves, nios, etc.)

Colector de partculas

Muestreador de alto volumen para partculas

Muestreador Hi Vol Es el mtodo ms usado para el muestreo de

material particulado. Se usa anlisis gravimtrico El filtro se pesa

antes y despus de la prueba en una balanza analtica, y por diferencia se determina el material particulado.

Un muestreador de alto volumen colecta partculas de entre 0.1 - 100m aproximadamente.

Muestreador Hi-Vol El flujo de aire se mide por medio de un pequeo

medidor de flujo (calibrado en m3 aire/minuto). La concentracin de material particulado se expresa

como las Partculas Suspendidas Totales (PST), = combinacin de partculas sedimentables y partculas suspendidas.

Se expresa en g/m3 por un periodo de 24 horas normalmente como parte de un ciclo de 6 das.

Los muestreadores de PM10 y PM2.5 solo colectan partculas con tamaos de 10m o menos , o 2.5m o menores respectivamente.

Muestreador Hi-Vol

Ejemplo de Determinacin de Material Particulado(MP)

Flujo de aire a travs del filtro limpio = 1.7 m3/min

Flujo de aire a travs del filtro al final de la prueba = 1.4 m3/min

Flujo promedio de aire = 1.55 m3/min = 2232 m3 en 24 horas

Peso del filtro limpio = 5.000 g

Peso del filtro despus de la prueba = 5.348 g

Peso del MP = 0.348 g = 0.348 x 106 g

Concentracin del MP = 0.348 x 106/2232 = 156 g/m3

Determinacin de material particuladoNefelometria Se usa la dispersin de la luz para medir nmero y el

tamao de las partculas en una muestra dada y para la determinacin de fracciones de diferente tamao.

Usualmente se determina la cantidad de material particulado de rdenes de entre 0.1 2.5m de dimetro que son las que presentan mayor riesgo para la salud humana.

Medicin de Bixido de Azufre

Hay muchos mtodos para la determinacin de SO2 NOM-137-SEMARNAT- 2003. apropriada para SO2 0-

5ppm Se pueden usar los siguientes mtodos de deteccin;

Analizador de fluorescencia UV Detector fotomtrico de flama (con o sin

cromatgrafo de gas) Electroqumico

Determinacin de SO2

Fluorescencia UV = La muestra de aire se colecta y luego se pasa a una cmara de irradiacin donde se expone a la luz UV

El SO2 se absorbe en el rango de 190-230nm

La cantidad de radiacin fluorescente es directamente proporcional a la concentracin de SO2

SO2 + UV SO2*SO2* SO2 + light

Determinacin de xidos de nitrgeno

Se determina usando quimiluminiscencia Es especifico para NO, pero los xidos totales de

nitrgeno se determinan pasando la muestra sobre un catalizador para convertir el NO2 a NO

Es adecuado aire ambiente que contiene NOx(NO and NO2) a niveles menores a 1 mL/m3

Determinacin de xidos de nitrgeno

La reaccin de NO con ozono en una cmara obscura y cerrada para producir luz que es detectada por un tubo fotomultiplicador.

Cuidando de que est en exceso el ozono la luz emitida es directamente proporcional a la concentracin de NO

NO + O3 NO2* + O2 NO2* NO2 + h (luz)

Determinacin de O3 El ozono es determinado ya sea por

quimiluminiscencia o directamente por medio de detectores UV.

La muestra es introducida en una cmara de mezcla donde se une a una corriente de etileno esto causa una reaccin quimoluminiscente por lo que la luz es emitida a 430nm aproximadamente.

En la medicin directa de luz UV Se pasa una corriente de gas de muestra en una celda de flujo donde se irradia con luz UV a 254nm

Determinacin de monxido de carbono

Se utiliza un equipo de infrarojo no-dispersivo d (NDIR), apto para la deteccin de 0-500ppm por volumen.

La muestra se hace fluir a travs de una celda de flujo en el instrumento donde se le irradia con radiacin infraroja

Se utiliza un espectrofotmetro infrarojo de rayo dual

Determinacin de CO

Determinacin de COV

Muestreo y Medicin de la Contaminacin del Aire Conjunto de muestreo tpicoConcentracin de los contaminantesConversin de unidades para contaminantes gaseososCondiciones estndar o de referenciaMuestreo en la fuenteMuestreo en la fuenteMuestreo en chimeneaNmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Boquilla de muestreoFlujo isocinticoTren de muestreoTren de muestreoMedicin de gases en una chimeneaNmero de diapositiva 16Colector de partculasColector de partculasMuestreador de alto volumen para partculasMuestreador Hi-VolMuestreador Hi-VolEjemplo de Determinacin de Material Particulado (MP) Determinacin de material particuladoMedicin de Bixido de AzufreDeterminacin de SO2Determinacin de xidos de nitrgenoDeterminacin de xidos de nitrgenoDeterminacin de O3Determinacin de monxido de carbonoDeterminacin de CODeterminacin de COV