Conversión a condiciones normales

Una lectura real (estado 1) se convierte a condiciones normales (estado 2) usando la fórmula:

c2 = c1 * ((T1 * p2) / (T2 * p1))

Nota sobre la fórmula anterior:

Las variables usadas en la fórmula significan lo siguiente:

Condición 1: Condición de medición T1:  

Temperatura del gas a la medición (273 + temperatura real en °C)

p1: Presión de gas a la medición en hPa

c1: Concentración medida

Condición 2: Condición normal T2: Temperatura normal (= 273 K)

p2: Presión normal (= 1013 hPa)

c2: Concentración convertida a condiciones normales

Ejemplo: 200 mg/m3 a 35°C y 920 hPa producen 248,4 mg/Nm3 en condiciones normales después de la conversión

Concentración volumen/volumen (%v/v; ppm):

Una forma habitual de expresar la concentración de los gases es el valor volumen/volumen porcentual. Es decir:

Concentración porcentual de gas "X" (% vol/vol) = 100 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total

Otra forma de expresar ese mismo valor de una forma más conveniente cuando ese valor de concentración es muy pequeño es pasarlo a ppm (abreviatura de partes por millón). 

Conc. en partes por millón de gas "X" (ppm vol/vol) = 1000000 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total

En otras palabras:

1% = 10000 ppm

 

Ejemplo:

En una chimenea a la salida de un proceso de combustión se tienen 15 cm3 de CO por cada 1000000 de cm3 de gas de combustión. 

En tanto por uno: 15 cm3 /1000000 cm3 = 0,000015 de CO

En valor porcentual sería: 100 * 0,000015 de CO = 0,0015% de CO

En ppm (partes por millón), se observa que son "15 partes por millón" directamente en el enunciado. De la misma forma se obtendría multiplicando por un millón el valor en tanto por uno, es decir:

1000000 * 0,000015 de CO = 15 ppm de CO

 

Obsérvese que al expresar ambos volúmenes en la misma unidad, éstas se simplifican. El "%" y las "ppm" no son unidades físicas. Entonces la expresión de una concentración "volumen sobre volumen" es adimensional. La concentración masa/volumen, en cambio, sí tiene unidades.

 

Concentraciones volumen/volumen en base seca y en base húmeda:

Los analizadores de gases de combustión que poseen celdas electroquímicas para sensar los gases necesitan secar el gas de combustión antes de secarlo. Es decir, se remueve el vapor de agua del gas de combustión y ese vapor de agua retirado debe ser restado del volumen total de gas. Por lo tanto, en las concentraciones v/v vistas anteriormente, cuando se divide por "volumen total del gas", en realidad se divide por el "volumen total de gas seco". Y por lo tanto, la concentración está expresada en "base seca".

Si el método de medición no requiriese el secado del gas, se expresaría considerando el vapor de H₂O en el volumen total. Es decir, en "base húmeda".

Ambas formas son correctas y siempre debe aclararse en qué base están expresadas las concentraciones. Los valores numéricos son distintos: al restarse el vapor de agua, el denominador es menor y por lo tanto la concentración en base seca es mayor que la misma concentración pero en base húmeda.

Reescribiendo las fórmulas anteriores con más detalle:

Concentración porcentual de gas "X" (% vol/vol) en base húmeda = 100 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total húmedo

C_x (% vol/vol) base húmeda = 100 * Vol "X" / V_Gas-Húmedo       (1)

Concentración porcentual de gas "X" (% vol/vol) en base seca= 100 * Volumen del gas contaminante "X" / volumen del gas total seco

C_x (% vol/vol) base seca = 100 * Vol "X" / V_Gas-Seco             

Como el volumen del gas seco es el volumen total húmedo sustrayendo el vapor de agua

V_Gas-Seco= V_Gas-Húmedo - V_H2O                                                 

y de forma análoga

V_{Gas-Húmedo =} V_Gas-Seco + V_H2O                                                

Considerando ésto, podemos pasar de base seca a base húmeda y viceversa si conocemos el valor del volumen o concentración de vapor de agua en el gas.

C_x (% vol/vol) base seca   =    C_x (% vol/vol base húmeda) / [ 100% - H₂O% (v/v base húmeda)]

C_x (% vol/vol) base húmeda = C_x (% vol/vol) base seca * [ 100% - H₂O% (v/v base húmeda)]

El valor de H₂O% puede obtenerse analizando una muestra del gas por método gravimétrico o volumétrico (el equivalente en vapor de la cantidad de condensado obtenido a partir del secado de un volumen conocido de gas de combustión).

Secar un gas implica bajar la temperatura del mismo por debajo de su punto de rocío, para que condense todo el vapor de agua y pueda ser removido.

Ejemplo:

Se mide a la salida de un proceso el gas de combustión con un analizador portátil de gases de combustión que trabaja en base seca. El analizador muestra en pantalla un valor de O₂% = 3,5%. Mediante otro método, se seca 1 m3 de ese gas de combustión (incluyendo el vapor de agua) y se determina que en ese metro cúbico había inicialmente 0,2 m3 de vapor de H2O.

Si se midiese con una sonda de O₂ que trabaja en base húmeda (por ejemplo, una sonda de dióxido de circonio como la sonda lambda de los vehículos), ¿cuál sería el valor obtenido?

Respuesta:

O₂ (% vol/vol) base húmeda = O₂ (% vol/vol) base seca * [ 100% - H₂O% (v/v base húmeda)]

por otro lado,

H2O% base húmeda = 100 * 0,2 m3 de H2O / 1 m3 de gas húmedo = 20% v/v base húmeda 

Entonces

O₂ (% vol/vol) base húmeda = 3,5% * [ 100% - 20%] = 2,8%

Un valor de 3,5% en base seca equivale a un 2,8% en base húmeda considerando que el contenido de vapor de agua del gas es del 20%.

 

Conversión de ppm a concentración masa/volumen:

Una especificación en [ppm] se puede convertir a la unidad de concentración en masa/volumen [mg/Nm3] (miligramos sobre metro cúbico normalizado) correspondiente, usando la densidad normal del gas en cuestión como factor para las fórmulas mostradas a continuación. La "dilución" de los gases de combustión por el aire (del exceso de aire y donde sea necesario por aportes de aire adicionales o por las posibles fugas en la instalación), de la cual la concentración de oxígeno es una medida, también se debe tener en cuenta. Por consiguiente, las lecturas deben ser convertidas, en general, a una determinada concentración de oxígeno (llamada "O2 de referencia"). Por esta razón, los valores de referencia de oxígeno correspondientes también se especifican siempre en los requisitos oficiales junto con los contaminantes.

Además, la concentración real de oxígeno medida, que es una medida de la dilución real, también es necesaria para la conversión (O2 en el denominador de la fórmula).

Fórmulas de conversión para los gases CO, NO_x y SO₂:

Nota sobre las fórmulas de conversión:

 El factor numérico (1,25 etc.) usado en las fórmulas corresponde a la densidad normal del gas respectivo en Kg/m3. Se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Valores de densidad normal de 2,86 - 2,93 kg/m3 se especifican para el SO₂ en la literatura (diferencia entre el comportamiento ideal y real del gas SO₂).
• La densidad normal del NO₂ de 2,05 se usa para el NO_x, ya que el NO₂ es el único compuesto estable (el NO se une al oxígeno con mucha rapidez después de su formación para convertirse en NO₂).
• El factor 1,52 se debe usar para el H₂S con el resto de la fórmula sin modificar.

Si la conversión se ha de realizar sin referencia al contenido de oxígeno, la fórmula se simplifica omitiendo el cociente, quedando para el CO:

CO[mg/m³] = CO[ppm] x 1,25 [Kg/m³]

 

Esto aplica igualmente a los demás gases.

Conversión de ppm a unidades relacionadas con la energía
Para representar la concentración de contaminantes en las dos unidades relacionadas con la energía, g/GJ y mg/kWh (1 kWh = 3,6 MJ), se requieren conversiones usando factores específicos del combustible (FF); consultar las fórmulas que siguen y la tabla para el factor FF.

 

 

Fórmula para la conversión de ppm a g/GJ:

Teniendo en cuenta que 1kWh =3,6 MJ, entonces 

1 g/GJ  =  1000 mg / 1000MJ  =  1000 mg/ (3,6x1000MJ)  = 3,6 mg/kWh 

1 g/GJ=3,6 mg/kWh, por lo tanto, multiplicamos cada una de las fórmulas anteriores por un factor de 3,6.