{"id":45860,"date":"2021-07-02T09:25:01","date_gmt":"2021-07-02T07:25:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.matelco.es\/analisadores-laser-e-controlo-da-combustao-medicoes-sem-contacto\/"},"modified":"2021-07-02T09:25:01","modified_gmt":"2021-07-02T07:25:01","slug":"analisadores-laser-e-controlo-da-combustao-medicoes-sem-contacto","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.matelco.es\/pt-pt\/analisadores-laser-e-controlo-da-combustao-medicoes-sem-contacto\/","title":{"rendered":"Analisadores laser e controlo da combust\u00e3o: medi\u00e7\u00f5es sem contacto"},"content":{"rendered":"<p>Na maioria das ind\u00fastrias, os processos de combust\u00e3o s\u00e3o utilizados como fonte de calor e energia. Para o efeito, caldeiras, aquecedores e fornos queimam combust\u00edveis como o g\u00e1s natural, o biog\u00e1s ou mesmo res\u00edduos. Quando se decide por um novo sistema de controlo de combust\u00e3o, devem ser tidos em conta os seguintes pontos:  <\/p>\n<ol>\n<li>Despesas de investimento (CAPEX)<\/li>\n<li>Manuten\u00e7\u00e3o, despesas de funcionamento (OPEX)<\/li>\n<li>Potencial de poupan\u00e7a de combust\u00edvel<\/li>\n<li>Maximizar o desempenho dos aquecedores<\/li>\n<li>Minimizar os poluentes, como os \u00f3xidos de azoto (NOx)<\/li>\n<\/ol>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Efici\u00eancia de combust\u00e3o<\/h3>\n<p>Uma an\u00e1lise da teoria da combust\u00e3o mostra que o ponto de funcionamento ideal \u00e9 uma velocidade ligeiramente magra, ou seja, com um excesso de ar. A combust\u00e3o pobre garante que o combust\u00edvel queima completamente em todas as condi\u00e7\u00f5es. Isto minimiza o potencial de concentra\u00e7\u00f5es elevadas de mon\u00f3xido de carbono (CO) e de combust\u00edvel n\u00e3o queimado nos gases de combust\u00e3o. Caso contr\u00e1rio, o combust\u00edvel seria desperdi\u00e7ado e poderiam ocorrer condi\u00e7\u00f5es de combust\u00e3o inseguras.   <\/p>\n<p>Originalmente, apenas o oxig\u00e9nio (O2) era utilizado como medida de controlo e o ponto de funcionamento situava-se normalmente entre 5 % e 10 % de ar em excesso, o que significava uma baixa efici\u00eancia e uma elevada produ\u00e7\u00e3o de NOx. Atualmente, s\u00e3o utilizadas medi\u00e7\u00f5es adicionais de CO para evitar opera\u00e7\u00f5es ricas em combust\u00edvel e para fornecer informa\u00e7\u00f5es sobre o ponto de regula\u00e7\u00e3o do O2. Com esta medi\u00e7\u00e3o adicional, o ponto de funcionamento pode ser reduzido para uma gama entre 3 % e 6 % de excesso de ar.  <\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Exemplos<\/h3>\n<p>Como exemplo, escolhemos um t\u00edpico <strong>CRACKER DE ETILENO<\/strong>, 200 MBTU por aquecedor por hora. Ao reduzir o ponto de funcionamento de 7% de excesso de ar para 4%, a uma taxa de queima de 85% a 100%, a poupan\u00e7a anual de combust\u00edvel \u00e9 de aproximadamente 80 000 d\u00f3lares por aquecedor (assumindo 2,33 d\u00f3lares\/MBTU). Isto significa que para um cracker de etileno com seis c\u00e9lulas de aquecimento, a poupan\u00e7a anual combinada de combust\u00edvel \u00e9 de quase $500.000. Ao mesmo tempo, as emiss\u00f5es de NOx seriam reduzidas em cerca de 33% devido ao menor excesso de ar (figura 1).   <\/p>\n<div id=\"attachment_3521\" style=\"width: 1136px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-3521\" class=\"wp-image-3521 size-full\" src=\"https:\/\/www.matelco.es\/wp-content\/uploads\/2021\/07\/punto-de-operacion.jpg\" alt=\"\" width=\"1126\" height=\"476\"><p id=\"caption-attachment-3521\" class=\"wp-caption-text\">Figura 1: Poupan\u00e7a anual de combust\u00edvel por aquecedor em k$ (direita, eixo azul) e redu\u00e7\u00e3o das emiss\u00f5es de NOx em % (esquerda, blocos amarelos) para v\u00e1rios pontos de funcionamento em rela\u00e7\u00e3o a um ponto de funcionamento de 7%.<\/p><\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Tecnologias de otimiza\u00e7\u00e3o da combust\u00e3o<\/h3>\n<p>Ao longo do tempo, foram desenvolvidas v\u00e1rias tecnologias diferentes para otimizar a combust\u00e3o. A maior parte delas baseia-se em sensores de medi\u00e7\u00e3o de ponto \u00fanico (sondas), que devem estar em contacto f\u00edsico com o g\u00e1s de processo. As sondas de \u00f3xido de zirc\u00f3nio (ZrO2) e os sensores electroqu\u00edmicos s\u00e3o atualmente os mais utilizados. No entanto, estes sensores sofrem de uma r\u00e1pida degrada\u00e7\u00e3o devido \u00e0s duras condi\u00e7\u00f5es do processo; envenenamento do catalisador ou inibi\u00e7\u00e3o se expostos a gases redutores (por exemplo, enxofre). Al\u00e9m disso, os sensores de combust\u00edvel (COe) n\u00e3o s\u00e3o espec\u00edficos do CO, mas medem a soma de todos os gases combust\u00edveis, ou seja, medem tamb\u00e9m o hidrog\u00e9nio (H2) e os hidrocarbonetos.    <\/p>\n<p>Ao contr\u00e1rio destas, a espetroscopia de absor\u00e7\u00e3o por laser de d\u00edodo modul\u00e1vel (TDLAS) efectua a medi\u00e7\u00e3o sem contacto com a amostra, atrav\u00e9s da intera\u00e7\u00e3o da luz laser com as mol\u00e9culas de g\u00e1s. As medi\u00e7\u00f5es podem ser efectuadas diretamente no processo (in situ) atrav\u00e9s da c\u00e2mara de combust\u00e3o, obtendo-se assim resultados representativos de toda a c\u00e2mara, e n\u00e3o apenas de um ponto pr\u00f3ximo da parede. <\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Medi\u00e7\u00e3o sem contacto<\/h3>\n<p>Al\u00e9m disso, como a medi\u00e7\u00e3o \u00e9 feita sem contacto, os analisadores n\u00e3o est\u00e3o expostos a gases corrosivos e a temperaturas elevadas e, em geral, n\u00e3o \u00e9 necess\u00e1rio um sistema de extra\u00e7\u00e3o de amostras complexo e de elevada manuten\u00e7\u00e3o. Al\u00e9m disso, as sondas de ZrO2 requerem uma recalibra\u00e7\u00e3o mensal devido \u00e0 degrada\u00e7\u00e3o, ao contr\u00e1rio dos analisadores TDLAS, que s\u00e3o validados apenas uma vez por ano. <\/p>\n<p>O analisador TDLAS n\u00e3o necessita de um sistema de extra\u00e7\u00e3o de amostras e a manuten\u00e7\u00e3o \u00e9 muito menor, o que implica uma redu\u00e7\u00e3o significativa das despesas de funcionamento (OPEX) em compara\u00e7\u00e3o com outras tecnologias. Al\u00e9m disso, os analisadores TDLAS s\u00e3o muito sens\u00edveis e selectivos, pelo que se conseguem limites de dete\u00e7\u00e3o muito baixos sem a interfer\u00eancia de outros gases de processo.  Isto significa que, ao contr\u00e1rio das medi\u00e7\u00f5es de COe, os analisadores TDLAS medem o valor real de CO, o que leva a uma maior otimiza\u00e7\u00e3o do ponto de funcionamento.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Solu\u00e7\u00f5es de an\u00e1lise de combust\u00e3o<\/h3>\n<p>Uma das solu\u00e7\u00f5es da NEO Monitors para uma an\u00e1lise completa da combust\u00e3o seria a utiliza\u00e7\u00e3o de dois analisadores  <strong>LaserGas\u2122 III<\/strong> in situ:<\/p>\n<ol>\n<li>Medi\u00e7\u00e3o de O2 e da temperatura do processo<\/li>\n<li>Mede o CO, o metano (CH4) e o vapor de \u00e1gua (H2O).<\/li>\n<\/ol>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-3524\" src=\"https:\/\/www.matelco.es\/wp-content\/uploads\/2021\/07\/analizador-in-situ.jpg\" alt=\"\"><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Cada analisador LaserGas\u2122 III \u00e9 constitu\u00eddo por um emissor e um recetor, montados em lados diametralmente opostos da c\u00e2mara de combust\u00e3o. Os custos de instala\u00e7\u00e3o do transmissor-recetor s\u00e3o um pouco mais elevados do que os dos sensores de medi\u00e7\u00e3o de ponto \u00fanico; os custos de manuten\u00e7\u00e3o significativamente mais baixos e uma melhor otimiza\u00e7\u00e3o da combust\u00e3o compensam este facto ap\u00f3s um curto per\u00edodo de funcionamento.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>C\u00e1lculos de economia de combust\u00edvel<\/h3>\n<p>Se olharmos novamente para o c\u00e1lculo da poupan\u00e7a de combust\u00edvel do exemplo anterior e tivermos tamb\u00e9m em conta a diferen\u00e7a de CAPEX e OPEX entre os sensores do tipo medi\u00e7\u00e3o pontual (ZrO2 e CO) e os analisadores TDLAS, obtemos os benef\u00edcios totais do TDLAS por aquecedor durante os primeiros cinco anos de funcionamento (Figura 2).<\/p>\n<div id=\"attachment_3527\" style=\"width: 1136px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-3527\" class=\"wp-image-3527 size-full\" src=\"https:\/\/www.matelco.es\/wp-content\/uploads\/2021\/07\/tdlas-beneficios.jpg\" alt=\"\" width=\"1126\" height=\"558\"><p id=\"caption-attachment-3527\" class=\"wp-caption-text\">Figura 2: Benef\u00edcios totais do TDLAS em k$ por aquecedor durante os primeiros cinco anos de funcionamento<\/p><\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Para um cracker de etileno com seis aquecedores, os benef\u00edcios ap\u00f3s cinco anos de funcionamento s\u00e3o superiores a 2,7 milh\u00f5es de d\u00f3lares.<\/p>\n<p>Outra solu\u00e7\u00e3o proposta pela NEO Monitors para reduzir ainda mais o CAPEX \u00e9 o seu analisador <strong>LaserGas\u2122 iQ2<\/strong>.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-3530\" src=\"https:\/\/www.matelco.es\/wp-content\/uploads\/2021\/07\/laser-gas-iq2.jpg\" alt=\"\"><\/p>\n<p>Este analisador combina as unidades transmissora e recetora numa \u00fanica configura\u00e7\u00e3o de transdutor. Neste caso, \u00e9 utilizado um refletor para enviar o feixe de volta ao recetor, de modo a que o feixe passe duas vezes pela amostra de g\u00e1s monitorizada. Tamb\u00e9m est\u00e1 dispon\u00edvel uma vers\u00e3o especial de sonda, a <strong>LaserGas\u2122 iQ2 Vulcan<\/strong>, especialmente concebida para a substitui\u00e7\u00e3o de sondas existentes de outros fabricantes. Neste caso, apenas \u00e9 necess\u00e1ria uma \u00fanica flange para a instala\u00e7\u00e3o, o que reduz os custos de investimento ao m\u00ednimo, mantendo todas as outras vantagens das medi\u00e7\u00f5es do analisador laser.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-3516\" src=\"https:\/\/www.matelco.es\/wp-content\/uploads\/2021\/07\/laser-gas-iq2-2.jpg\" alt=\"\"><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Outros benef\u00edcios<\/h3>\n<p>Outra vantagem da utiliza\u00e7\u00e3o de analisadores LaserGas\u2122 para o controlo da combust\u00e3o \u00e9 que estes analisadores podem tamb\u00e9m medir CH4, H2O e a temperatura do processo.<\/p>\n<ul>\n<li><strong>CH4.<\/strong>  Durante a fase de arranque de um processo de combust\u00e3o, a informa\u00e7\u00e3o sobre a concentra\u00e7\u00e3o de CH4 \u00e9 essencial por raz\u00f5es de seguran\u00e7a, a fim de evitar explos\u00f5es.<\/li>\n<li><strong>H2O.<\/strong>  As medi\u00e7\u00f5es de H2O podem ser utilizadas para detetar rupturas de tubos em caldeiras, e\/ou a convers\u00e3o de medi\u00e7\u00f5es h\u00famidas em secas, para garantir a concord\u00e2ncia com as medi\u00e7\u00f5es fornecidas por sistemas t\u00edpicos de an\u00e1lise extractiva (seca).<\/li>\n<li><strong>Temperatura.<\/strong>  Uma medi\u00e7\u00e3o da temperatura do processo baseada em TDLAS \u00e9 a melhor solu\u00e7\u00e3o para uma compensa\u00e7\u00e3o adequada das medi\u00e7\u00f5es de concentra\u00e7\u00e3o.<\/li>\n<\/ul>\n<p>EM RESUMO: AS MEDI\u00c7\u00d5ES SEM CONTACTO S\u00c3O O FUTURO DA DETEC\u00c7\u00c3O DE GASES.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Na maioria das ind\u00fastrias, os processos de combust\u00e3o s\u00e3o utilizados como fonte de calor e energia. 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