p As chaminés em usinas termelétricas a carvão têm sensores que monitoram continuamente suas emissões medindo o fluxo de gases como o dióxido de carbono, mercúrio, dióxido de enxofre, e óxidos de nitrogênio. Por lei federal, esses sensores precisam ser calibrados todos os anos. Eles são calibrados com pequenos, dispositivos portáteis de medição de fluxo chamados tubos pitot. p Mas os cientistas suspeitam que há incertezas relativamente altas nas medições de calibração realizadas com os tubos pitot. E as incertezas serão um problema para as empresas se as usinas de energia forem cobradas por suas emissões de acordo com as políticas de limite e comércio.

p Em antecipação à eventual necessidade de aumentar a precisão dessas medições, e trabalhando em consulta com o Electric Power Research Institute (EPRI), pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) já mediram as incertezas dos diferentes tipos de tubos pitot usados ​​agora para calibrar sensores de emissão de chaminés.

p "O objetivo deste estudo é dar opções para a indústria, "disse Aaron Johnson do NIST." Podemos fazer as medições melhor? Muito melhor? E podemos fazer isso mais barato? "

p Lutando contra o redemoinho

p A medição das emissões da chaminé requer duas coisas:saber a concentração de poluentes dentro de um gás de combustão e saber com que velocidade o gás está fluindo.

p Os pesquisadores foram capazes de medir com precisão a concentração de poluentes emitidos por décadas. Mas obter medições de fluxo precisas tem sido mais complicado. Isso porque antes de ser emitido, o gás de combustão geralmente viaja ao redor de uma curva fechada. A curva cria redemoinhos e redemoinhos complicados que não desaparecem nem mesmo em chaminés altas.

p "O redemoinho persiste conforme você sobe, "Disse Johnson." Medidores de vazão não gostam disso. Eles têm um desempenho muito fraco quando você tem esses componentes de fluxo cruzado. "

p Agora mesmo, para medir o fluxo, chaminés são instaladas com um sistema ultrassônico chamado Sistema de Monitoramento de Emissão Contínua (CEMS), que consiste em um par de dispositivos que se revezam enviando pulsos ultrassônicos um para o outro, de cima para baixo na chaminé. Em uma direção, o ultrassom viaja com o fluxo e aumenta ligeiramente. Na outra direção, ele se desloca contra ele e diminui ligeiramente a velocidade. O cálculo da velocidade do gás requer a medição de quanto tempo o ultrassom leva para se deslocar em cada direção.

p Tubos de Pitot são pequenos dispositivos portáteis que medem o quão bem este sistema de ultrassom CEMS está fazendo seu trabalho. Cada ano, os técnicos usam tubos pitot para conduzir o que é chamado de Auditoria de Teste de Precisão Relativa (RATA). Para realizar a auditoria, eles inserem um tubo pitot na chaminé horizontalmente. O tubo possui pequenos orifícios ou portas. Uma porta está voltada diretamente para o fluxo de gás e detecta a pressão que se acumula no tubo. Quanto mais rápido o fluxo, quanto maior a pressão; medir a pressão permite calcular a velocidade do fluxo.

p Se o tubo pitot medir o mesmo fluxo que o dispositivo CEMS ultrassônico, a usina passa no teste de emissões. Mas não há regras que exijam que os próprios tubos pitot sejam calibrados. Como resultado, não é exatamente certo quão precisos são os métodos do CEMS ou do tubo de Pitot.

p Economizando dinheiro

p O tubo de Pitot mais comumente usado é chamado de "sonda s". Possui duas portas que apontam em direções opostas. Uma porta aponta diretamente para o fluxo. O outro aponta diretamente para longe do fluxo. A pressão é mais alta na porta a montante do que na porta a jusante. Os técnicos medem essa diferença de pressão e a usam para calcular a velocidade do fluxo de gás.

p Os pesquisadores do NIST testaram este tipo de tubo pitot, bem como dois outros, a "sonda de prisma" e a "sonda esférica, "ambos com cinco portas em vez de duas.

p Iosif Shinder do NIST está testando as três sondas em um túnel de vento, em que o fluxo é medido com alta precisão.

p Depois de ser calibrado no túnel de vento, os tubos pitot também estão sendo testados no simulador de chaminé horizontal do NIST, que produz redemoinhos e redemoinhos semelhantes aos das chaminés industriais.

p Para usar os tubos pitot s-probe em uma chaminé, um técnico da RATA verifica se um dos orifícios está voltado para a direção real do fluxo. Na prática, isso significa girar a sonda para determinar a direção da maior diferença de pressão. O processo, chamado de "anulação de guinadas, "deve ser repetido dezenas de vezes durante um teste RATA.

p "É muito trabalhoso, "Disse Johnson. É tão intenso que uma calibração anual no local pode levar dias para ser concluída." E a usina está perdendo dinheiro o tempo todo que os testadores RATA estão lá, então eles querem que os técnicos entrem e saiam o mais rápido possível. "

p Ao adaptar um processo usado em outras indústrias, Shinder está desenvolvendo uma técnica que elimina a necessidade de anular a guinada. Requer uma calibração mais complexa dos tubos pitot em um laboratório, mas Johnson e Shinder dizem que estão confiantes de que a economia com o encurtamento dos testes RATA compensará a despesa extra de calibração.

p Johnson e Shinder também estavam interessados ​​em melhorar o próprio método de ultrassom CEMS e estão medindo o quanto as medições seriam melhores com um segundo par de transmissores-receptores ultrassônicos. Eles têm testado uma instalação de padrão x usando dois pares de dispositivos de ultra-som em vez de um, Disse Johnson. "Com o padrão x, você compensa o fluxo cruzado. "

p Os pesquisadores estão planejando testar suas descobertas em uma chaminé em funcionamento neste verão. Além de usinas movidas a carvão, Johnson disse que as indústrias de produção de cimento e papel também podem usar as novas informações.