APENDICELE 5

ECHIPAMENTUL DE MĂSURARE A NUMĂRULUI DE PARTICULE EMISE

1. SPECIFICAȚII

1.1. Prezentare generală a sistemului

1.1.1. Sistemul de eșantionare a particulelor este alcătuit dintr-un tunel de diluare, o sondă de prelevare și un separator de particule volatile (VPR) situate în amonte de contorul de particule (PNC), precum și dintr-o conductă de transfer adecvată.

1.1.2. Se recomandă utilizarea unui preclasificator granulometric (de exemplu, un ciclon, separator inerțial etc.) situat înainte de intrarea în VPR. Cu toate acestea, se consideră o alternativă acceptabilă la utilizarea unui preclasificator pentru mărimea particulelor o sondă de prelevare corespunzătoare celei prezentate în figura A4a.App4/13, care funcționează ca un dispozitiv adecvat de clasificare pentru mărimea particulelor.

1.2. Cerințe generale

1.2.1. Punctul de eșantionare a particulelor se află în interiorul tunelului de diluare.

Sonda de prelevare a eșantioanelor (PSP) și conducta de transfer a particulelor (PTT) alcătuiesc împreună sistemul de transfer al particulelor (PTS). PTS conduce eșantionul prelevat din tunelul de diluare la intrarea în VPR. PTS trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

Trebuie să fie instalat în apropierea axei tunelului, în aval de intrarea gazelor, la o distanță față de aceasta cuprinsă între 10 și 20 de diametre ale tunelului, orientat în sens invers direcției de curgere în tunel, cu axa la vârf paralelă cu axa tunelului.

Trebuie să aibă un diametru interior ≥ 8 mm.

Eșantionul de gaz prelevat din PTS trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să aibă un număr Reynolds al curgerii (Re) < 1 700;

timpul de retenție în PTS să fie ≤ 3 secunde.

Se consideră acceptabilă orice altă configurație pentru PTS pentru care poate fi demonstrată o penetrare echivalentă a particulelor la 30 nm.

Tubul de ieșire (OT) care conduce eșantionul diluat de la VPR la intrarea în PNC trebuie să aibă următoarele caracteristici:

un diametru interior ≥ 4 mm;

fluxul de gaz al eșantionului prin OT trebuie să aibă un timp de retenție ≤ 0,8 secunde.

Se consideră acceptabilă orice altă configurație pentru OT pentru care poate fi demonstrată o penetrare echivalentă a particulelor la 30 nm.

1.2.2. VPR trebuie să includă dispozitive pentru diluarea eșantionului și pentru separarea particulelor volatile. Sonda de prelevare pentru fluxul gazului de încercare trebuie astfel amplasată în canalul de diluare încât să permită prelevarea unui eșantion reprezentativ de gaz din amestecul omogen de aer și gaze de evacuare.

1.2.3. Toate părțile sistemului de diluare și ale sistemului de eșantionare, de la țeava de evacuare până la PNC, care sunt în contact cu gazul de evacuare brut și diluat trebuie proiectate astfel încât să se minimizeze depunerea particulelor. Toate componentele trebuie realizate din materiale bune conducătoare de electricitate, care să nu intre în reacție cu constituenții gazelor de evacuare, și trebuie să fie legate la pământ pentru a preveni efectele electrostatice.

1.2.4. Sistemul de eșantionare a particulelor trebuie să corespundă bunelor practici de prelevare a aerosolilor, care includ evitarea coturilor bruște și a variațiilor bruște de secțiune, utilizarea unor suprafețe interne netede și prescrierea unei lungimi minime pentru conducta de prelevare. Sunt permise modificări progresive ale secțiunii transversale.

1.3. Cerințe specifice

1.3.1. Eșantionul de particule nu trebuie să treacă printr-o pompă înainte de a trece prin PNC.

1.3.2. Se recomandă utilizarea unui preclasificator al eșantionului.

1.3.3. Dispozitivele de precondiționare trebuie:

1.3.3.1. să poată dilua eșantionul într-una sau mai multe etape, pentru a ajunge la o concentrație de particule sub limita superioară a modului de numărare particulă cu particulă al PNC și la o temperatură a gazelor la intrarea în PNC sub 35 °C;

1.3.3.2. să includă o etapă inițială de diluare încălzită, în urma căreia temperatura eșantionului să fie ≤ 150 °C și ≤ 400 °C, factorul de diluare fiind de cel puțin 10;

1.3.3.3. să controleze etapele încălzite astfel încât temperaturile nominale de funcționare să se afle în domeniul specificat la punctul 1.3.3.2 din prezentul apendice cu o toleranță de ±10 °C; să fie prevăzute cu o funcție care să indice dacă etapele încălzite se află sau nu în domeniul de temperaturi specificat;

1.3.3.4. să atingă un factor de reducere a concentrației de particule [fr(di)], astfel cum este definit la punctul 2.2.2 din prezentul apendice, pentru particule având diametrele mobilității electrice de 30 nm și, respectiv, de 50 nm, care este mai mare cu maximum 30 %, respectiv 20 % și este mai mic cu maximum 5 % decât factorul obținut pentru particule cu diametrul mobilității electrice de 100 nm pe ansamblul VPR;

1.3.3.5. de asemenea, să poată permite, prin încălzirea și reducerea presiunilor parțiale ale tetracontanului [CH3(CH2)38CH3], o vaporizare > 99,0 % a particulelor de tetracontan de 30 nm, cu o concentrație la intrare ≥ 10 000 cm– 3.

1.3.4. PNC trebuie:

1.3.4.1. să poată funcționa la debit maxim;

1.3.4.2. să aibă o precizie de numărare de ± 10 % pe domeniul cuprins între 1 cm– 3 și limita superioară a modului de numărare particulă cu particulă al PNC în raport cu un standard identificabil. La concentrații mai mici de 100 cm– 3, pot fi solicitate măsurători a căror medie este calculată pe perioade extinse de prelevare pentru a demonstra precizia PNC cu un grad de fiabilitate statistică ridicat;

1.3.4.3. să aibă o rezoluție de lectură de cel puțin 0,1 particule/cm– 3 la concentrații sub 100 cm– 3;

1.3.4.4. să aibă un răspuns liniar la concentrațiile de particule pe întregul domeniu de măsurare în modul de numărare particulă cu particulă;

1.3.4.5. să aibă o frecvență de transmitere a datelor mai mare sau egală cu 0,5 Hz;

1.3.4.6. să aibă un timp de răspuns T90 pe întregul domeniu de măsurare a concentrațiilor mai mic de 5 s;

1.3.4.7. să încorporeze o funcție de corecție de coincidență până la o corecție maximă de 10 % și să poată utiliza un factor de etalonare intern, determinat în conformitate cu punctul 2.1.3 din prezentul apendice, dar să nu poată utiliza niciun alt algoritm de corectare sau de definire a eficienței de numărare;

1.3.4.8. să aibă eficiențe de numărare pentru particule cu diametrele mobilității electrice de 23 nm (± 1 nm) și, respectiv, 41 nm (± 1 nm) de 50 % (± 12 %) și, respectiv, > 90 %. Aceste eficiențe de numărare pot fi atinse prin mijloace interne (de exemplu, prin proiectarea adecvată a aparatului de măsură) sau externe (de exemplu, prin preclasificare dimensională;

1.3.4.9. Dacă PNC utilizează un lichid de lucru, acesta trebuie înlocuit cu frecvența specificată de producătorul aparatului de măsură.

1.3.5. Dacă nu sunt menținute la o valoare constantă cunoscută în punctul în care este reglat debitul PNC, presiunea și/sau temperatura la intrarea în PNC se măsoară și se înregistrează în scopul aplicării corecției măsurătorilor concentrației de particule pentru condițiile normale de temperatură și presiune.

1.3.6. Suma timpilor de retenție ai PTS, VPR și OT plus timpul de răspuns T90 al PNC nu trebuie să depășească 20 s.

1.4. Descrierea sistemului recomandat

În paragraful de mai jos, este prezentat sistemul recomandat pentru măsurarea numărului de particule. Cu toate acestea, este considerat acceptabil orice sistem care îndeplinește criteriile de performanță specificate la punctele 1.2 și 1.3 din prezentul apendice.

Figura A4a.App5/14 reprezintă schematic sistemul recomandat de eșantionare a particulelor.

Figura A4a.App5/14

Reprezentare schematică a sistemului recomandat de eșantionare a particulelor

Filtrele cu carbon şi HEPA furnizează aer lipsit de particule şi cu un conținut scăzut de HC

Intrare aer de diluare

Umiditate şi T controlate

PNC: numărător de particule – Eficiența numărării d50 la 23 nm

OT

ET: tub de evaporare încălzit

PND2: răcire prin diluare

PND1: încălzire şi diluare

PTT

Spre pompa şi regulatorul de debit masic

PCF: oferă un punct de separare precis la 2,5 μm

Spre tubul Venturi cu curgere critică (sau similar)

PSP şi PTT cuprind sistemul de PTS de transfer al particulelor

VPR

Tunelul CVS

PSP

1.4.1. Descrierea sistemului de eșantionare

Sistemul de eșantionare a particulelor este alcătuit dintr-o sondă de prelevare în tunelul de diluare (PSP), un PTT, un PCF și un separator de particule volatile (VPR) în amonte de contorul de particule (PNC). VPR trebuie să includă dispozitive pentru diluarea eșantionului (dispozitivele de diluare a concentrației de particule: PND1 și PND2) și pentru evaporarea particulelor (tubul de evaporare ET). Sonda de prelevare pentru fluxul gazului de încercare trebuie astfel amplasată în canalul de diluare încât să permită prelevarea unui eșantion reprezentativ de gaz din amestecul omogen de aer și gaze de evacuare. Suma timpilor de retenție ai sistemului plus timpul de răspuns T90 al PNC nu trebuie să depășească 20 s.

1.4.2. Sistemul de transfer al particulelor

PSP și PTT alcătuiesc împreună PTS. PTS conduce eșantionul din tunelul de diluare la intrarea în primul dispozitiv de diluare a numărului de particule. PTS trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

Trebuie să fie instalat în apropierea axei tunelului, în aval de intrarea gazelor, la o distanță față de aceasta cuprinsă între 10 și 20 de diametre ale tunelului, orientat în sens invers direcției de curgere în tunel, cu axa la vârf paralelă cu axa tunelului.

Trebuie să aibă un diametru interior ≥ 8 mm.

Eșantionul de gaz prelevat din PTS trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să aibă un număr Reynolds al curgerii (Re) < 1 700;

timpul de retenție în PTS să fie ≤ 3 secunde.

Orice altă configurație de prelevare din PTS pentru care se poate demonstra că pătrunderea particulelor cu un diametru al mobilității electrice de 30 nm este echivalentă este considerată acceptabilă.

OT care conduce eșantionul diluat de la VPR la intrarea în PNC trebuie să aibă următoarele caracteristici:

un diametru interior ≥ 4 mm;

fluxul de gaz al eșantionului prin OT trebuie să aibă un timp de retenție ≤ 0,8 secunde.

Orice altă configurație de prelevare din OT pentru care se poate demonstra că pătrunderea particulelor cu un diametru al mobilității electrice de 30 nm este echivalentă este considerată acceptabilă.

1.4.3. Preclasificatorul de particule

Preclasificatorul de particule recomandat se amplasează în amonte de VPR. Punctul de separare de 50 % al preclasificatorului corespunde unui diametru al particulelor situat între 2,5 μm și 10 μm la debitul volumic selectat pentru eșantionarea particulelor din emisii. Preclasificatorul este astfel construit încât să permită ca cel puțin 99 % din particulele cu diametrul de 1 μm care intră în preclasificator să ajungă la ieșirea din preclasificator la debitul volumic selectat pentru eșantionarea particulelor din emisii.

1.4.4. Separatorul de particule volatile (VPR)

VPR este alcătuit dintr-un prim dispozitiv de diluare a concentrației numărului de particule (PND1), dintr-un tub de evaporare și dintr-un al doilea dispozitiv de diluare a concentrației numărului de particule (PND2), conectate în serie. Funcția de diluare are ca obiectiv reducerea concentrației numărului de particule din eșantion care intră în unitatea de măsurare a concentrației de particule sub limita maximă la care PNC poate funcționa în modul de numărare particulă cu particulă și suprimarea formării de nuclee în eșantion. VPR trebuie să indice dacă PND1 și tubul de evaporare se află la temperatura corectă de funcționare a acestora.

VPR trebuie să permită, prin încălzirea și reducerea presiunilor parțiale ale tetracontanului [CH3(CH2)38CH3], o vaporizare > 99,0 % a particulelor de tetracontan de 30 nm, cu o concentrație la intrare ≥ 10 000 cm– 3. De asemenea, trebuie să permită obținerea unui factor de reducere a concentrației de particule (fr), pentru particule având diametrele mobilității electrice de 30 nm și, respectiv, de 50 nm, care este mai mare cu maximum 30 %, respectiv 20 % și este mai mic cu maximum 5 % decât factorul obținut pentru particule cu diametrul mobilității electrice de 100 nm pe ansamblul VPR.

1.4.4.1. Primul dispozitiv de diluare a concentrației de particule (PND1)

Primul dispozitiv de diluare a concentrației de particule trebuie proiectat special pentru a dilua concentrația de particule și a funcționa la temperaturi (ale peretelui) cuprinse între 150 °C-400 °C. Valoarea fixată a temperaturii peretelui trebuie menținută la o temperatură nominală constantă de funcționare în acest domeniu cu toleranța de ± 10 °C și nu trebuie să depășească temperatura peretelui ET (punctul 1.4.4.2 din prezentul apendice). Dispozitivul de diluare trebuie alimentat cu aer de diluare filtrat cu ajutorul unui filtru HEPA și să poată reduce concentrația eșantionului cu factor de diluare cuprins între 10 și 200 de ori.

1.4.4.2. Tubul de evaporare

Pe toată lungimea ET, temperatura peretelui trebuie să fie mai mare sau egală cu cea a primului dispozitiv de diluare a concentrației de particule și menținută constantă la o valoare nominală de funcționare situată între 300 °C și 400 °C cu o toleranță de ± 10 °C.

1.4.4.3. Al doilea dispozitiv de diluare a concentrației de particule (PND2)

PND2 trebuie proiectat special pentru a dilua concentrația numărului de particule. Dispozitivul de diluare trebuie alimentat cu aer de diluare filtrat cu ajutorul unui filtru HEPA și poate menține un factor de diluare unic cuprins între 10 și 30 de ori. Factorul de diluare al PND2 se alege din domeniul dintre 10 și 15, astfel încât concentrația de particule în aval de cel de al doilea dispozitiv de diluare să fie mai mică decât limita superioară la care PNC poate funcționa în modul de numărare particulă cu particulă, iar temperatura gazului înainte de intrare în PNC să fie < 35 °C.

1.4.5. Contorul de particule (PNC)

Contorul de particule PNC trebuie să îndeplinească cerințele de la punctul 1.3.4 din prezentul apendice.

2. ETALONAREA/VALIDAREA SISTEMULUI DE EȘANTIONARE A PARTICULELOR (1)

2.1. Etalonarea contorului de particule

2.1.1. Serviciul tehnic se asigură de existența unui certificat de etalonare pentru PNC, în care să fie atestată conformitatea acesteia cu un standard identificabil, redactat cu cel mult 12 luni anterior încercării privind emisiile.

2.1.2. De asemenea, după fiecare operațiune importantă de întreținere, PNC se reetalonează și se emite un nou certificat de etalonare.

2.1.3. Etalonarea trebuie efectuată în conformitate cu o metodă de etalonare standard:

(a) prin compararea răspunsului dispozitivului PNC supus etalonării cu cel al unui electrometru cu aerosol etalonat la eșantionarea simultană a particulelor de etalonare clasificate electrostatic; sau

(b) prin compararea răspunsului PNC supus procedurii de etalonare cu cel al unui alt PNC care a fost etalonat direct prin metoda de mai sus.

În cazul electrometrului, etalonarea se efectuează folosind cel puțin șase concentrații standard distribuite cât mai uniform posibil pe domeniul de măsurare al PNC. Unul dintre aceste puncte este punctul corespunzător unei concentrații nominale egale cu zero obținute prin instalarea la intrarea în fiecare instrument a unui filtru HEPA cu caracteristici corespunzătoare cel puțin celor din clasa H13 conform EN 1822:2008 sau a unui filtru cu performanțe echivalente. Fără ca un factor de etalonare să fie aplicat dispozitivului PNC supus etalonării, concentrațiile măsurate trebuie să fie în limitele de ± 10 % din concentrația standard pentru fiecare concentrație utilizată, cu excepția punctului zero, în caz contrar etalonarea fiind respinsă. Se calculează și se înregistrează gradientul obținut prin regresia liniară a celor două seturi de date. Dispozitivului PNC supus etalonării i se aplică un factor de etalonare egal cu inversul gradientului. Liniaritatea răspunsului se calculează pe baza pătratului coeficientului de corelație Pearson (R2) al celor două seturi de date și trebuie să aibă o valoare mai mare sau egală cu 0,97. Atât pentru calculul gradientului, cât și pentru cel al lui R2, dreapta regresiei liniare trebuie forțată să treacă prin origine (situație corespunzătoare concentrației zero pentru ambele instrumente).

În cazul dispozitivului PNC de referință, etalonarea se efectuează folosind cel puțin șase concentrații standard distribuite pe domeniul de măsurare al PNC. Cel puțin trei puncte trebuie să fie la concentrații sub 1 000 cm– 3, restul concentrațiilor fiind liniar distanțate între 1 000 cm– 3 și maximul domeniului de măsurare al PNC în modul de numărare particulă cu particulă. Unul dintre aceste puncte este punctul corespunzător unei concentrații nominale egale cu zero obținute prin instalarea la intrarea în fiecare instrument a unui filtru HEPA cu caracteristici corespunzătoare cel puțin celor din clasa H13 conform EN 1822:2008 sau a unui filtru cu performanțe echivalente. Fără a se aplica dispozitivului PNC supus etalonării vreun factor de etalonare, concentrațiile măsurate trebuie să fie în limitele de ± 10 % din concentrația standard pentru fiecare concentrație, cu excepția punctului de zero, în caz contrar etalonarea fiind respinsă. Se calculează și se înregistrează gradientul obținut prin regresia liniară a celor două seturi de date. Dispozitivului PNC supus etalonării i se aplică un factor de etalonare egal cu inversul gradientului. Liniaritatea răspunsului se calculează pe baza pătratului coeficientului de corelație Pearson (R2) al celor două seturi de date și trebuie să aibă o valoare mai mare sau egală cu 0,97. Atât pentru calculul gradientului, cât și pentru cel al lui R2, dreapta regresiei liniare trebuie forțată să treacă prin origine (situație corespunzătoare concentrației zero pentru ambele instrumente).

2.1.4. Etalonarea cuprinde de asemenea o verificare a cerințelor specificate la punctul 1.3.4.8 din prezentul apendice cu privire la eficiența dispozitivului PNC de detectare a particulelor cu diametrul mobilității electrice de 23 nm. Nu este necesară verificarea eficienței de numărare a particulelor cu 41 nm.

2.2. Etalonarea/validarea separatorului de particule volatile

2.2.1. Etalonarea factorilor de reducere a concentrației de particule aplicabili dispozitivului VPR pe întregul său domeniu de valori de diluare, la temperaturile nominale constante de funcționare, este necesară atunci când aparatul este nou și după orice operații importante de întreținere. Cerința privind validarea periodică a factorului de reducere a concentrației al dispozitivului VPR se limitează la efectuarea verificării pentru o singură reglare, și anume pentru reglarea utilizată în mod uzual la măsurătorile pe vehicule cu motorină echipate cu filtru de particule. Serviciul tehnic trebuie să se asigure de existența unui certificat de etalonare sau de validare pentru separatorul de particule volatile, care să fie emis în cursul celor șase luni anterioare încercării privind emisiile. Dacă separatorul de particule volatile este prevăzut cu dispozitive de alarmă pentru monitorizarea temperaturilor, este admis un interval între validări de 12 luni.

Caracteristicile VPR în ceea ce privește factorul de reducere a concentrației de particule trebuie determinate pentru particule solide cu diametrul mobilității electrice de 30 nm, 50 nm și 100 nm. Factorii de reducere a concentrației de particule [fr(d)], pentru particule având diametrele mobilității electrice de 30 nm și, respectiv, de 50 nm trebuie să fie mai mari cu maximum 30 %, respectiv 20 % și mai mici cu maximum 5 % decât factorul obținut pentru particule cu diametrul mobilității electrice de 100 nm. Pentru validare, factorul mediu de reducere a concentrației de particule trebuie să se încadreze în limita de ± 10 % din factorul mediu de reducere a concentrației de particule ( ) obținut la etalonarea primară a dispozitivului VPR.

2.2.2. Aerosolul de încercare utilizat la aceste măsurări trebuie să conțină particule cu diametrul mobilității electrice de 30, 50 și 100 nm și să prezinte la intrarea în VPR o concentrație minimă de 5 000 de particule/cm– 3. Concentrațiile particulelor se măsoară în amonte și în aval de părțile componente.

Factorul de reducere a concentrației de particule în funcție de dimensiunile particulelor [fr(di)] se calculează după cum urmează:

unde:

Nin(di) = concentrația de particule cu diametrul d i din amonte; Nout(di) = concentrația de particule cu diametrul di din aval; și di = diametrul mobilității electrice a particulelor (30, 50 sau 100 nm).

Nin(di) și Nout(di) se corectează pentru a fi aduse în aceleași condiții.

Reducerea medie a concentrației de particule ( ) pentru un nivel de diluare dat se calculează după cum urmează:

Este recomandabil ca VPR să fie etalonat și validat ca unitate completă.

2.2.3. Serviciul tehnic trebuie să se asigure de existența unui certificat de etalonare pentru VPR care să ateste eficiența efectivă de separare a acestuia, emis în cursul celor șase luni anterioare încercării privind emisiile. Dacă separatorul de particule volatile este prevăzut cu dispozitive de alarmă pentru monitorizarea temperaturilor, este admis un interval între validări de 12 luni. Atunci când este reglat pentru diluare minimă și funcționează la temperatura de funcționare recomandată de producător, dispozitivul VPR, la o concentrație la intrare ≥ 10 000 cm– 3, trebuie să separe peste 99,0 % din particulele de tetracontan [CH3(CH2)38CH3] având diametrul mobilității electrice de cel puțin 30 nm.

2.3. Proceduri de verificare a sistemului de determinare a numărului de particule

2.3.1. Înainte de fiecare încercare, contorul de particule trebuie să indice o concentrație mai mică de 0,5 particule/cm– 3, atunci când la intrarea întregului sistem de eșantionare a particulelor (VPR și PNC) a fost instalat un filtru HEPA cel puțin din clasa H13 conform normei EN 1822:2008 sau un filtru cu performanțe echivalente.

2.3.2. Cu ajutorul unui debitmetru etalonat o dată pe lună, se verifică dacă valoarea măsurată a debitului emisiilor în contorul de particule se abate cu mai mult de 5 % față de debitul nominal al contorului de particule.

2.3.3. Zilnic, după instalarea unui filtru HEPA cu performanțe corespunzătoare cel puțin celor din clasa H13 conform EN 1822:2008 sau a unui filtru cu performanțe echivalente, la intrarea în contorul de particule, se verifică dacă acesta indică o concentrație ≤ 0,2 cm– 3. După înlăturarea acestui filtru, contorul de particule trebuie să indice o creștere a concentrației măsurate la cel puțin 100 de particule/cm– 3, dacă prin contor trece aer ambiant, concentrația indicată revenind la ≤ 0,2 cm– 3 dacă este reinstalat filtrul HEPA.

2.3.4. Înainte de începutul fiecărei încercări, se verifică dacă sistemul de măsurare arată că tubul de evaporare, dacă acesta face parte din sistem, a ajuns la temperatura corectă de funcționare.

2.3.5. Înainte de începutul fiecărei încercări, se verifică dacă sistemul de măsurare arată că dispozitivul de diluare PND1 a ajuns la temperatura corectă de funcționare.

(1) Exemple de metode de etalonare/validare sunt disponibile la adresa: http://www.unece.org/trans/main/wp29/wp29wgs/wp29grpe/pmpFCP.html