Méthode de référence : mesure des rejets de particules de sources fixes : méthode D


Méthode D : Détermination de la teneur en humidité

4.1 Principe

Un échantillon est prélevé en un point unique du courant gazeux confiné où l'on prélève les gaz de cheminée. L'humidité est condensée puis pesée. La masse obtenue, ainsi que le volume de l'échantillon gazeux, permettent de calculer la teneur en humidité des gaz de cheminée. On tient compte de la teneur en humidité des gaz s'échappant du dernier impacteur en supposant que le courant gazeux est saturé à la température moyenne à la sortie de l'impacteur. On détermine la teneur en humidité au moyen d'une table psychrométrique mettant en correspondance la température et la teneur en eau.

Si l'on observe ou soupçonne la présence de gouttelettes d'eau, on devrait déterminer la teneur en humidité des gaz de cheminée en utilisant leur température ainsi que des diagrammes psychrométriques.

4.2 Appareillage

Les appareils suivants sont nécessaires :

Sonde
Sonde d'acier inoxydable, de Pyrex ou d'un autre matériau résistant à la corrosion, équipée d'un filtre destiné à retenir les particules.

Impacteurs
Deux impacteurs modèle réduit de 30 mL.

Bac à glace
Bac dans lequel sont immergés les impacteurs.

Tube de gel de silice
Tube d'une capacité de 250 mL à 500 mL contenant du gel de silice avec indicateur. Ce tube sert à protéger la pompe et le compteur de gaz de type sec; son emploi est facultatif.

Robinet de réglage
Robinet permettant de régler le débit des gaz dans la ligne de prélèvement.

Pompe
Pompe étanche servant à aspirer les gaz dans la ligne de prélèvement.

Compteur de gaz de type sec
Compteur de gaz étalonné pouvant mesurer le volume prélevé avec une précision de 1 % à un débit pouvant atteindre 5 L/min.

Rotamètre
Rotamètre ou débitmètre à diaphragme étalonné, destiné à mesurer le débit des gaz de l'échantillon instantané jusqu'à concurrence de 5 L/min.

Éprouvette graduée
Éprouvette de 25 mL servant à mesurer le volume d'eau versé dans les impacteurs.

Baromètre
Baromètre pouvant mesurer la pression atmosphérique avec une précision de 2,5 mm (0,1 po) de mercure. Il doit être étalonné par référence à un étalon primaire avant l'essai. On peut utiliser les données brutes sur la pression atmosphérique fournies par la station météorologique locale, mais on doit alors apporter une correction pour tenir compte de l'altitude du lieu d'échantillonnage.

Tube de Pitot de type S et manomètre différentiel
Tube de Pitot de type S étalonné et manomètre différentiel, tel qu'un manomètre à tube incliné, pour mesurer la vitesse des gaz durant le prélèvement.

Balance
Balance pouvant mesurer la masse des impacteurs et de leur contenu avec une précision de 0,1 g.

4.3 Mode opératoire

Mesurer et verser 5 mL d'eau dans chacun des deux impacteurs. Peser chaque impacteur avec une précision de 0,1 g et en consigner la masse. Monter la ligne de prélèvement comme le représente la figure D-1, sans toutefois raccorder la sonde. S'assurer que tous les raccords sont bien étanches. Vérifier l'étanchéité du système en mettant la pompe en marche après avoir obturé l'entrée du premier impacteur et en observant le cadran du compteur de gaz de type sec, dont l'aiguille ne doit pas bouger.

Figure D-1: Ligne de prélèvement de l'humidité

Ligne de prélèvement de l'humidité

Raccorder la sonde et la mettre en place dans la cheminée au point de prélèvement choisi. Fermer hermétiquement l'orifice de la cheminée pour empêcher l'entrée d'air de dilution. Laisser la sonde se réchauffer assez pour empêcher la condensation en amont des impacteurs. Mettre en marche la pompe de prélèvement et régler le débit des gaz dans la ligne à environ 2 L/min. Le modifier au besoin pour qu'il demeure proportionnel à la vitesse des gaz de cheminée, en le calculant au moyen de l'équation D-1 (cf. 4.5 pour la nomenclature) :

Equation D-1
Équation du débit de prélèvement indiqué par le rotamètre

Continuer l'échantillonnage durant au moins 15 min, de façon à prélever un volume d'au moins 30 L, selon les indications du compteur de gaz de type sec. À intervalles de 5 min, consigner sur la fiche de données Teneur en humidité (figure D-2) la température des gaz à la sortie du dernier impacteur, le débit de prélèvement, l'indication du compteur de gaz de type sec ainsi que les températures à l'entrée et à la sortie du compteur, s'il y a lieu. À la fin de l'échantillonnage, mesurer la masse finale des deux impacteurs et de leur contenu, avec une précision de 0,1 g.

Figure D-2: Teneur en humidité - Fiche de données

Teneur en humidité - Fiche de données

4.4 Calculs

Volume de vapeur d'eau

Calculer le volume de vapeur d'eau dans l'échantillon de gaz de cheminée, aux conditions de référence de température et de pression, à l'aide de l'équation D-2 :

Equation D-2
Équation du volume de vapeur d'eau

Volume de l'échantillon de gaz de cheminée

Calculer le volume de l'échantillon prélevé, aux conditions de référence de température et de pression, à l'aide de l'équation D-3 :

Equation D-3
Équation du volume de l'échantillon de gaz de cheminée

Teneur en humidité à la sortie du dernier impacteur

Dans une table psychrométrique, chercher la pression de vapeur d'eau partielle correspondant à la température moyenne des gaz à la sortie du dernier impacteur. Calculer ensuite la fraction volumique de la vapeur d'eau dans ces gaz, au moyen de l'équation D-4 :

Equation D-4
Équation de la teneur en humidité à la sortie du dernier impacteur

Teneur en humidité

Calculer la fraction volumique de la vapeur d'eau dans les gaz de cheminée à l'aide de l'équation D-5 :

Equation D-5
Équation de la teneur en humidité

4.5 Nomenclature

k
Constante de proportionnalité, (Lmin)(s/m)

MH2O
Masse molaire de l'eau: 18 kg/kmol

mH2O
Masse de la vapeur d'eau condensée dans les impacteurs, en g

pc
Pression absolue des gaz de cheminée dans le compteur de gaz de type sec, en kPa

pH2O
Pression partielle de la vapeur d'eau à la sortie du dernier impacteur, en kPa

pi
Pression absolue au dernier impacteur, correspondant approximativement à la pression barométrique, en kPa

p0
Pression de référence: 101,3 kPa

q
Débit de prélèvement indiqué par le rotamètre, en L/min

R
Constante universelle des gaz 8,31 (kPa)(m 3)(kmol -1)(K -1)

Moyenne arithmétique des températures des gaz de cheminée dans le compteur de gaz de type sec, en K

T0
Température de référence: 298 K

U
Vitesse des gaz de cheminée à chaque point de prélèvement, en m/s

Vc
Volume de l'échantillon de gaz de cheminée aux conditions du compteur de type sec, en m 3

Vc0
Volume de l'échantillon de gaz de cheminée aux conditions de référence de température et de pression, en m 3

VH2O
Volume de la vapeur d'eau dans l'échantillon de gaz de cheminée aux conditions de référence de température et de pression, en m 3

γ
Facteur d'étalonnage du compteur de gaz de type sec (rapport entre le volume à l'état humide et le volume à l'état sec), sans dimension

φH2O
Fraction volumique de la vapeur d'eau dans les gaz de cheminée, sans dimension

φH2Oi
Fraction volumique de la vapeur d'eau dans le courant gazeux à la sortie du dernier impacteur, sans dimension

10-3
Facteur de conversion (kg → g)
Symbole Tc barre

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