Amostragem isocinética em chaminés: como funciona

Quem opera caldeira, forno, secador ou britagem com exaustão para a atmosfera conhece a condicionante: medir material particulado na chaminé com a periodicidade definida na licença. O que nem sempre fica claro é por que essa medição tem um nome próprio, amostragem isocinética, e por que pequenos desvios de procedimento podem tornar um laudo inútil perante o órgão ambiental.

Este texto explica o princípio do isocinetismo, o que muda no resultado quando ele não é respeitado, quais parâmetros auxiliares acompanham a coleta e o que a empresa precisa deixar pronto antes de a equipe chegar.

O que significa isocinetismo

Isocinético quer dizer "mesma velocidade". Na amostragem de material particulado, uma sonda com um bocal calibrado é introduzida no duto e aspira uma fração do gás. A condição isocinética é atingida quando a velocidade do gás que entra no bocal é igual à velocidade do gás que passa naquele ponto do duto.

A razão é física. Partículas têm massa e, portanto, inércia. Os gases mudam de direção com facilidade para entrar ou contornar o bocal, mas as partículas maiores tendem a seguir em linha reta. Se as linhas de fluxo forem perturbadas na entrada da sonda, a proporção de partículas que entra no bocal deixa de representar a proporção real do gás.

Por isso a amostragem isocinética exige acompanhar continuamente a velocidade no duto e ajustar a vazão de sucção do trem de amostragem ponto a ponto. Gases e vapores se misturam de forma homogênea e não sofrem esse efeito, motivo pelo qual a coleta de CO, O2 ou NOx não depende do isocinetismo.

Quando a sucção não acompanha o gás

Os desvios têm efeitos opostos e conhecidos, ainda que sua intensidade dependa do tamanho das partículas presentes.

• Sucção mais lenta que o gás (subisocinética): parte do gás que deveria entrar no bocal é desviada para fora, mas as partículas maiores, pela inércia, continuam entrando. A amostra fica enriquecida em partículas grossas e a concentração tende a ser superestimada.
• Sucção mais rápida que o gás (superisocinética): o bocal puxa gás de uma área maior do que a sua seção, mas as partículas maiores dessa vizinhança não fazem a curva e passam direto. A amostra fica empobrecida em partículas grossas e a concentração tende a ser subestimada.
• Partículas muito finas: acompanham bem o gás, de modo que o erro é menor. Em fontes com partículas grossas, como britagem, secagem de minério ou combustão de biomassa, o efeito do desvio é mais pronunciado.

Os métodos de referência estabelecem uma faixa de tolerância para a razão entre a velocidade no bocal e a velocidade no duto. Uma corrida fora dessa faixa não é válida e precisa ser repetida. Esse controle aparece no laudo como o percentual de isocinetismo de cada corrida, e o órgão ambiental costuma conferir esse número antes de olhar a concentração.

Parâmetros auxiliares que sustentam o cálculo

A massa de partículas coletada no filtro só vira concentração e taxa de emissão com um conjunto de medições complementares. Elas fazem parte do mesmo serviço de amostragem em fontes estacionárias.

Pontos de amostragem e perfil de velocidade

O gás não escoa com a mesma velocidade em toda a seção do duto. Junto às paredes ele é mais lento, e curvas, ventiladores ou reduções criam perfis assimétricos. Por isso a seção é dividida em áreas iguais e a coleta percorre vários pontos ao longo de diâmetros perpendiculares. O número de pontos depende da distância entre as tomadas e as perturbações a montante e a jusante. Quanto mais próximo de uma curva, mais pontos são necessários e maior o risco de fluxo ciclônico, que precisa ser verificado antes da coleta.

Velocidade e vazão

A velocidade é medida com tubo de Pitot tipo S e manômetro, acompanhada da temperatura do gás em cada ponto. Com a área da seção, obtém-se a vazão volumétrica. As normas ABNT NBR 11966 e os métodos CETESB e USEPA listados para dutos e chaminés tratam dessa etapa.

Umidade

O vapor d'água presente no gás altera a densidade e a vazão em base seca. A umidade é determinada pelo condensado recolhido nos frascos borbulhadores e pela sílica do trem de amostragem, ou por método específico, conforme a ABNT NBR 11967 e equivalentes.

Composição do gás: O2, CO2 e CO

A composição do gás seco entra no cálculo da massa molecular e, na maioria dos casos, na correção da concentração para o teor de oxigênio de referência fixado pela resolução aplicável. Sem essa correção, uma fonte com muito ar de diluição poderia parecer mais limpa do que é.

Como a campanha é conduzida

Uma campanha típica de material particulado segue uma sequência que se repete em cada chaminé:

1. Verificação preliminar: conferência da geometria do duto, das tomadas e da plataforma, medição de pressão estática, temperatura e um perfil inicial de velocidade.
2. Escolha do bocal: com a velocidade e a umidade estimadas, a equipe seleciona o diâmetro do bocal que permite manter o isocinetismo dentro da capacidade da bomba.
3. Teste de vazamento: o trem de amostragem (bocal, sonda aquecida, porta-filtro, borbulhadores, bomba e medidor de gás seco) é testado antes e depois de cada corrida.
4. Coleta ponto a ponto: em cada ponto a equipe lê a pressão do Pitot e a temperatura, calcula a vazão de sucção necessária e ajusta a bomba. O tempo em cada ponto é igual.
5. Recuperação da amostra: o filtro é retirado com cuidado e o bocal e a sonda são lavados para recuperar o material depositado nas paredes, que também conta como emissão.
6. Pesagem e cálculo: filtros e resíduos de lavagem são secos e pesados em laboratório, e a concentração é calculada em base seca, nas condições de referência.

O método de material particulado é a ABNT NBR 12019, com equivalentes CETESB e USEPA. Em muitas licenças, a mesma campanha inclui metais, névoa ácida ou outros poluentes coletados com trens isocinéticos semelhantes.

O que a empresa precisa preparar

A maior parte dos atrasos e das campanhas canceladas tem origem em questões de infraestrutura, não no método. Antes de agendar, verifique:

• Tomadas de amostragem: luvas ou flanges nas posições corretas, com diâmetro compatível com a sonda e tampas que abram sem ferramentas especiais. Tomadas soldadas próximas a curvas ou a ventiladores costumam exigir reposicionamento.
• Plataforma e acesso: plataforma com guarda-corpo, rodapé e espaço para manobrar a sonda pelo comprimento do diâmetro do duto. Escada fixa ou outro acesso seguro, liberado pela área de segurança do trabalho.
• Energia: ponto de energia próximo à plataforma, com capacidade para bomba, aquecimento da sonda e do filtro.
• Operação estável: processo funcionando na condição de rotina prevista na licença, sem partidas, paradas ou sopragem de fuligem durante as corridas, salvo quando o plano de monitoramento pedir especificamente essa condição.
• Registro de produção: dados de produção, consumo de combustível e funcionamento do sistema de controle (filtro de mangas, lavador, precipitador) no período de coleta, para anexar ao laudo.
• Documentação: licença, condicionantes e plano de monitoramento, para que os parâmetros e o número de corridas sigam exatamente o que foi exigido.

Quando a chaminé ainda não tem estrutura adequada, vale fazer a avaliação e a adequação dos pontos antes da campanha, em vez de improvisar no dia.

Como ler o laudo de material particulado

Antes de comparar o resultado com o limite fixado na resolução aplicável ou o valor definido na licença, confira alguns itens:

• se cada corrida tem isocinetismo dentro da faixa do método;
• se os testes de vazamento foram aprovados antes e depois;
• se a concentração está expressa em base seca e corrigida para o oxigênio de referência, quando exigido;
• se a condição de operação está descrita e é compatível com a rotina;
• se o laboratório que emitiu o laudo é acreditado para o ensaio, com o escopo correspondente.

Para fontes novas, os limites de emissão vêm da CONAMA 382/2006; para fontes instaladas antes de sua vigência, da CONAMA 436/2011. Unidades de tratamento térmico de resíduos seguem a CONAMA 316/2002, e em Minas Gerais a DN COPAM 187/2013 também entra no enquadramento. Saber qual delas se aplica evita comparar o resultado com a tabela errada.

Quando a dispersão das emissões no entorno também é exigida, os dados de vazão, temperatura e taxa de emissão medidos na chaminé alimentam o estudo de dispersão de poluentes.

Como a GeoAvaliar pode ajudar

A GeoAvaliar realiza amostragem em dutos e chaminés com escopo acreditado pela Cgcre segundo a ABNT NBR ISO/IEC 17025, incluindo material particulado, gases e os parâmetros auxiliares descritos aqui. A equipe pode avaliar previamente as tomadas e a plataforma, indicar a adequação necessária e planejar a campanha conforme a licença. Para conhecer o escopo, consulte a página de acreditação Cgcre ou fale com a equipe técnica.