UF1907 - Mantenimiento y reparación básica de los equipos de medida de contaminación atmosférica

Por Sergio Jesús Lopez del Pino, Sonia Martín Calderón y María Mercedez Sánchez Escolano

La finalidad de esta Unidad Formativa es enseñar a realizar el mantenimiento preventivo de los equipos de toma de muestras para su posterior uso, verificar los equipos, y realizar reparaciones básicas siguiendo los protocolos de trabajo e instrucciones técnicas, para disponer de ellos en condiciones de funcionamiento.

Para ello, se estudiarán los principios electromecánicos de los equipos usados en la toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica y la organización y planificación del mantenimiento preventivo de dichos equipos.

Tema 1. Principios electromecánicos de los equipos usados en la toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica
1.1. Patrones de calibración de equipos de toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica
1.2. Captadores de volumen
1.3. Equipos isocinéticos
1.4. Analizadores dotados de sensores electroquímicos
1.5. Bombas opacimétricas
1.6. Analizadores de ionización en llama
1.7. Equipos de análisis “in situ”
1.8. Bombas de caudal constante

Tema 2. Organización y planificación del mantenimiento preventivo de equipos usados en la toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica
2.1. Organización del taller
2.2. Planes de mantenimiento para los equipos de medida
2.3. Partes de trabajo
2.4. Control de repuestos y organización del almacén
2.5. Limpieza de equipos y maquinaria usados en la toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica

• Idioma: Español
• Editorial: Editorial Elearning
• Fecha de lanzamiento: 14 ene 2019

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1.1. Patrones de calibración de equipos de toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica

1.1.1. Gases industriales

1.1.2. Trazabilidad y rangos de concentración

1.1.3. Protocolo de uso y almacenaje de botellas

1.1.4. Manorreductores y válvulas

1.2. Captadores de volumen

1.2.1. Tipos

1.2.2. Funcionamiento

1.2.3. Mantenimiento

1.2.4. Calibración

1.3. Equipos isocinéticos

1.3.1. Tipos

1.3.2. Funcionamiento

1.3.3. Mantenimiento

1.3.4. Calibración

1.4. Analizadores dotados de sensores electroquímicos

1.4.1. Tipos

1.4.2. Funcionamiento

1.4.3. Mantenimiento

1.4.4. Calibración

1.5. Bombas opacimétricas

1.5.1. Tipos

1.5.2. Funcionamiento

1.5.3. Mantenimiento

1.5.4. Calibración

1.6. Analizadores de ionización en llama

1.6.1. Tipos

1.6.2. Funcionamiento

1.6.3. Mantenimiento

1.6.4. Calibración

1.7. Equipos de análisis in situ

1.7.1. Tipos

1.7.2. Funcionamiento

1.7.3. Mantenimiento

1.7.4. Calibración

1.8. Bombas de caudal constante

1.8.1. Tipos

1.8.2. Funcionamiento

1.8.3. Mantenimiento

1.8.4. Calibración

1.1.Patrones de calibración de equipos de toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica

Vamos a empezar el tema recordando algunos principios y términos básicos.

Definición

La Contaminación atmosférica es la presencia en la atmósfera de materias, sustancias o formas de energía que conlleven una molestia grave, riesgo o daño para la seguridad y la salud del ser humano, el medio ambiente y demás bienes de cualquier naturaleza.

Estas materias y fuentes de energía que llamamos contaminantes son las que pueden poner en grave peligro nuestra salud, bienes o recursos.

Los principios electromecánicos son aquellos principios de la física que se basan en la electromecánica, la cual se define como la aplicación heterogénea que surge de la mixtura sinérgica de diferentes áreas, como pueden ser el electromagnetismo, la electrónica, la mecánica y la electricidad.

Es con la aplicación de estos principios físicos como podremos realizar el análisis, diseño, desarrollo, elaboración y mantenimiento de sistemas, aparatos y, en general, de los dispositivos electromecánicos. El mecanismo de dichos dispositivos es resultado de la unión de partes eléctricas y mecánicas ajustadas convenientemente.

Modelos de estos aparatos, pueden ser los motores eléctricos usados en los aparatos domésticos, como por ejemplo: ventiladores, frigoríficos, lavadoras, secadoras y demás, que son dispositivos con el mecanismo de convertir energía eléctrica en energía mecánica.

La lista que abarca estos aparatos electromecánicos es interminable, e incluye a los equipos usados en la toma de muestras y medida de la contaminación del aire.

Recuerda

La mayor parte de equipos de medida de la contaminación están formados por partes eléctricas y partes clasificadas como mecánicas. La energía es recibida o suministrada por estas partes dependiendo de la naturaleza y aplicación del equipo en concreto. El almacenamiento y la trasferencia de energía eléctrica también forman parte ineludible del proceso que se lleva a cabo en estos equipos.

Importante

La toma de muestras es un procedimiento mediante el cual se captan los contaminantes presentes en el aire.

Los contaminantes a medir por los equipos que nos ocupan, pueden clasificarse a partir de su propia formación primaria. El carbono integrante de los combustibles y el nitrógeno del aire atmosférico, al oxidarse en los procesos de combustión, producen dióxido de carbono, en este proceso se da este gas que no es tóxico en sí mismo, pero que si tiene substanciales consecuencias indirectas sobre el medio ambiente y la salud, sobre todo nos referimos a su elevada contribución al cambio climático con el calentamiento de la temperatura global. Como elementos de menor importancia también se producen óxidos de nitrógeno. Los principales componentes de las materias primas de las industrias así como de los combustibles más usados son los óxidos de azufre, compuestos orgánicos volátiles (COV), dioxinas y una larga lista. En cuanto a los procesos de ignición inacabados generan en mayor cuantía monóxido de carbono, partículas y bifenilos policlorados.

Para obtener la concentración de contaminantes en una muestra necesitamos:

–Realizar la toma de la muestra en cuestión sobre un soporte de captación, que deberá permitir una conservación del contaminante en sus condiciones originales.

–Enviar la muestra al laboratorio de análisis, allí se desglosa el contaminante, se prepara y acondiciona la muestra tomada con anterioridad, y se analiza dentro del marco de un procedimiento analítico determinado para cada elemento o compuesto.

Sabías que

Las fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos de origen antropogénico pueden ser puntuales, localizadas en un foco fijo, en la mayoría de los casos con un gran caudal de emisión, o pueden ser zonales, es decir, una mezcla de fuentes fijas y móviles de distinta entidad, normalmente cercanas en el espacio, en ese espacio se encontrarán los seres vivos y bienes susceptibles de su afectación.

Para la buena marcha y correcto manejo de los equipos de toma de muestras y medida de la contaminación atmosférica, es imprescindible partir del buen conocimiento de los contaminantes y de las fuentes de emisión. Las características estructurales y dinámicas de la atmósfera y las características morfológicas del terreno determinan la dispersión de los contaminantes en el espacio y su evolución temporal. La dispersión configura la diferente concentración de contaminantes en la atmósfera, denominada inmisión, en la zona de dominio del germen emisor.

El desarrollo o progreso en el aire de los elementos químicos, sus reacciones y las características de los contaminantes, conllevan la aparición de otros nuevos no emitidos por el foco en sí mismo, son los contaminantes secundarios. Un ejemplo es el ozono, cuya formación se da a partir de los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles en presencia de la luz solar, o el ácido sulfúrico, formado a partir de la oxidación del dióxido de azufre.

La situación del contaminante es de gran valor cuando tratamos la exposición de una persona, debemos tener en cuenta también la climatología de la zona en ese momento, la actividad química de ese contaminante, la situación en ese ambiente sea laboral o no. El hecho de conocer los valores de inmisión en el ambiente es una aproximación a la dosis a la que está expuesta la población, pudiendo hacer una primera estimación de los efectos que tendría sobre ésta.

Vamos a definir ahora el término calibración.

Definición

La calibración es el procedimiento de comparar los valores obtenidos por un aparato de medición, siendo una comparación respecto a la medida correspondiente de un modelo de referencia que se considere estándar. Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la calibración es una operación que, atendiendo a unas condiciones específicas, nos proporciona en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de medida provistas por estándares, que son los patrones establecidos con anterioridad, e indicaciones correspondientes con las incertidumbres de medida asociadas y, en segundo lugar, utiliza esta información para confirmar una relación para obtener un resultado de la medida a partir de una indicación.

La calibración de un elemento implica la comparación de la lectura del instrumento o aparato que se está calibrando, con los valores de lectura generados por un instrumento de que se considera una referencia o patrón, siempre en condiciones fijadas preliminarmente y que han de ser comunes para poder realizar la comparación.

Se debe tener en cuenta en la calibración el protocolo de desvíos registrados entre el instrumento a calibrar y el patrón de referencia, con ello se obtiene el cálculo de la incertidumbre resultante y conlleva la creación del certificado de calibración conteniendo los datos obtenidos y la trazabilidad.

1.1.1.Gases industriales

Como de afirmó en el punto anterior, la calibración hace referencia al hecho de revisar y ajustar los valores de un instrumento en su salida de modo que sea proporcional a los valores que se dan a su incio a través de un rango concreto. Para calibrar un utensilio, debemos tener siempre en cuenta las cantidades de entrada y/o salida asociadas al instrumento bajo el estudio.

Recuerda

En este caso, nos referimos a calibración de equipos de medida de los gases que, en concentraciones, forma o cantidad indeseada, forman parte de la contaminación atmosférica.

El dióxido de azufre y las partículas derivadas de la oxidación de combustibles fósiles son los principales contaminantes atmosféricos en las zonas industriales del mundo y, por ello, los más estudiados, tanto dentro como fuera de España. Además del dióxido de azufre (SO2) y las partículas como contaminantes de mayor afección a personas, animales y bienes, podemos señalar otros contaminantes son de gran interés para el estudio por sus elevadas afecciones: el monóxido de carbono (CO), el dióxido de nitrógeno (NO2 ) y el ozono (O3).

Para todos estos compuestos, las fuentes de emisión antropogénicas y concentraciones de fondo conocidas aparecen en el siguiente esquema.

Contaminantes atmosféricos: fuentes antropogénicas y concentraciones de fondo.

Importante

Las redes de vigilancia de la contaminación atmosférica controlan y miden valores de inmisión, es decir, la concentración en el aire de cada contaminante. De forma más usual, se usan para expresar esta concentración los mg/m³ o los mg/m³, aunque también se utilizan las partes por millón (ppm).

1.1.2.Trazabilidad y rangos de concentración

Para de una manera más o menos detallada intentar que sea conocida la trazabilidad y los rangos de concentración de los contaminantes presentes en la atmósfera, la legislación vigente indica los valores límite en industrias, focos fijos o móviles, en las emisiones a la atmósfera de agentes contaminantes. Al mismo tiempo, nos marca unos valores de referencia para los niveles de contaminación en el aire ambiente, conocidos como niveles de inmisión.

Las emisiones de gases se dan en partes por millón (ppm), siendo ésta una medida que indica el número de centímetros cúbicos del gas que existen en un metro cubico de aire, como ejemplo podemos señalar que un 1% de concentración equivale a 10000 ppm. En los equipos actuales de medición se tiende a utilizar las relaciones peso/volumen, de las más manejables es la que relaciona el microgramo (1 μg = 10-6 gramos) o el miligramo (1 mg = 10-3 gramos) contaminante por metro cúbico.

Las medidas deben poder cotejarse, por lo que para homogeneizar las medidas usadas, se necesita que los volúmenes de cada gas vengan dados en condiciones equivalentes de temperatura y presión. En la normativa nacional se utiliza el término m3N para indicar que se trata de un metro cúbico en condiciones normales de presión y temperatura (a una temperatura de 0º C y a una presión de 760 mmHg).

En otras ocasiones las concentraciones se establecen en partes por billón ( 1 ppm = 1000 ppb).

Se suelen determinar las concentraciones de gases presentes en la atmósfera con 2 objetivos a controlar:

–Emisión (fuentes estacionarias o móviles).

–Inmisión (ambiente).

Aunque las técnicas de análisis suelen ser muy similares en emisión e inmisión, con las técnicas de toma de muestra se diferencian notablemente.

Para dar los datos de niveles de contaminación, el procedimiento incluye la toma de muestras y la selección del punto de medida, la buena elección de este punto es crucial, de su buena elección dependerá la representatividad de la muestra. También la preparación del punto de muestreo y la separación de una porción representativa del gas objeto de estudio será un punto a controlar para que la medición sea válida y de calidad.

Cuando la muestra ha llegado al laboratorio, se procede a la separación del contaminante del seno del gas segregado, normalmente mediante retención en un absorbente en fase líquida o sólida.

Esta última etapa es la más delicada en cuanto a manipulación de instrumentos y, en algunos casos (como en las medidas por equipos isocinéticos), especialmente dedicada. La manipulación que en todo momento del proceso se dé a la muestra recogida, ha de ser gestionado adecuadamente según los criterios de calidad marcardos, para tener valor. La cantidad de muestra tomada vendrá fijada por las características del análisis, y también deberá tenerse en cuanta a la hora de su recogida por el equipo pertinente.

Si, por el contrario, dicho análisis no se realiza enviando la muestra al laboratorio sino que se hace evaluando sobre el mismo gas el compuesto sin necesidad de segregar una porción de él, muchas veces en el lugar mismo de la toma, se denomina "in situ. De la buena selección del punto de toma de muestra y emplazamiento físico del reparto, que debe ser una elegido tras estudio del técnico competente, dependerá la obtención de una muestra representativa.

Los siguientes pasos son:

–Preparación de la muestra:

Se debe proceder a la conciliación del caudal de gas aspirado con las circunstancias de funcionamiento equipos de gestión del resultado.

Como ejemplo, tenemos que el análisis automático y la absorción anteriores al análisis manual, para poder realizarse con precisión, requiere una muestra con unas determinadas características (una determinada temperatura, ausencia de partículas que distorsionen el resultado, con extracción de la posible humedad, ausencia de otros contaminantes que puedan interferir, etc). Esta preparación o acondicionamiento de la muestra es una etapa importante previa al análisis.

–Análisis:

Es la fase en la que se realiza la evaluación cuantitativa del elemento contaminante. Podrá realizase in situ, en laboratorio, con métodos más manuales y sencillos o de forma automática. Existen multitud te técnicas aplicables en función de la naturaleza del elemento a analizar.

Definición

Trazabilidad se puede considerar como el conjunto de aquellos modos de trabajo preestablecidos y autosuficientes que permiten conocer el histórico a lo largo del tiempo (puede ser desde su origen mismo), la localización geográfica o ubicación y el recorrido o trayectoria de un elemento, en este caso, un contaminante atmosférico. Este proceso se dará a conocer en un momento dado, aunque puede dar información de todo un recorrido del contaminante, todo ello a través de los análisis correspondientes.

El rango hace referencia al margen de valores o intervalo entre el valor máximo y el valor mínimo, en este caso, el tolerable en cuanto a concentración de sustancias o elementos en la atmósfera.

Definición

Valor límite hace referencia a los horizontes establecidos respecto a las nociones científicas con el fin de evitar, prevenir o reducir