PF Sistemi: Implementazioni del DM 21/12/95

CALCOLO EMISSIONI

1. INTRODUZIONE

Il sistema di programmi per analisi e calcolo emissioni realizzato da PF Sistemi gestisce tutte le operazioni necessarie per acquisire, elaborare ed archiviare i dati relativi alle misure dei gas prelevati a camino.

Le metodologie, i controlli, le analisi svolte sui dati e le loro registrazioni, così come le informazioni estraibili dal sistema di programmi, consentono di organizzare e realizzare completamente le regole sancite con il DM 21/12/1995.

Al fine di rispettare le regole definite dal DM citato, ogni impianto va realizzato e caratterizzato secondo i dettami specifici di ciascuna tipologia, secondo le specifiche esigenze concordate tra il conduttore dell’impianto e l’ente di controllo preposto.

La configurazione hardware prevede:

Unità di elaborazione basata su Personal Computer con ambiente operativo MS Windows

Apparecchiature di conversione analogico/digitale installate nelle cabine di analisi, per l’acquisizione degli ingressi analogici e dei digitali di controllo, oltre che all’eventuale collegamento diretto con gli analizzatori.

Il sistema di programmi esegue le seguenti attività:

Acquisizione dei valori ‘tal quale’ provenienti dagli strumenti di monitoraggio in continuo

Acquisizione dello stato dei digitali di controllo correlabili alle emissioni

Gestione della strumentazione e delle procedure di calibrazione periodica automatica o manuale

Introduzione manuale dei parametri necessari per le elaborazioni, quali:

Ossigeno di riferimento

Retta di correlazione Estinzione/Polveri

Validazione dei dati ed applicazione della correzione in O2 delle misure e normalizzazione secondo normativa

Presentazione a video, in forma grafica, dei valori acquisiti e calcolati

Segnalazione di eventuali anomalie e/o guasti;

Gestione di soglie di preallarme ed allarme sulle misure acquisite

Determinazione dei valori di emissione per la verifica del rispetto della normativa vigente e archiviazione delle relative medie orarie

Presentazione delle misure acquisite ed elaborate in forma di trend

Generazione di tabelle per l'autorità di controllo ed altri Enti interessati o ad uso interno.

Analisi grafica dei valori medi e ‘tal quale’ acquisiti con possibilità di confronto tra le misure e stampa, anche a colori, dei grafici.

Esportazione dei dati in formato DIF accessibile dai più comuni fogli elettronici

2. TERMINOLOGIA

CONCENTRAZIONE MISURATA: è il valore di concentrazione della specie chimica in misura corrispondente alla misura elettrica dell’analizzatore (curva di taratura); per gli analizzatori di tipo estrattivo è riferita al secco, per gli analizzatori in situ al tal quale (fumi umidi); in entrambi i casi è la misura riferita alla concentrazione di ossigeno effettivamente presente nei fumi.

CONCENTRAZIONE NORMALIZZATA: concentrazione espressa in mg/Nm3, (0°C e 0,1013 MPa), riferita ai fumi secchi ed al tenore di 02 libero nei fumi (DM 12.7.90).

GRANDEZZA CALCOLATA: è ottenuta combinando con un algoritmo di calcolo due o più misure, oppure misure e parametri inseriti dall’operatore.

ESTINZIONE (o densità ottica): logaritmo in base 10 del rapporto della luce incidente (Io) e della luce trasmessa (I). E = log Io/I ovvero E = log 1/T dove T è la trasmittanza cioè il rapporto I / Io.

PREELABORAZIONE DATI: si intende l'insieme delle procedure di calcolo che consentono di definire, partendo dai valori elementari acquisiti espressi in unità ingegneristiche di sistema, i valori medi orari espressi nelle unità di misura richieste e alle condizioni fisiche prescritte (Decreto 21.12.95).

TARATURA: procedimento che determina come i segnali di uscita degli strumenti sono legati alle misure dei misurandi ed i valori nominali dei campioni materiali alle misure delle grandezze da essi riprodotte. In generale la taratura ha lo scopo di determinare tutte le caratteristiche metrologiche di un dispositivo. In ogni caso essa deve determinare il diagramma di taratura (UNI 4546).

DATO ELEMENTARE: dato istantaneo campionato con opportuna frequenza (Decreto 21.12.95), oppure il valor medio dei dati istantanei calcolati in un prefissato intervallo di tempo (un minuto).

DISPONIBILITÀ DEI DATI ELEMENTARI: la percentuale del numero delle misure elementari valide acquisite, rispetto al numero dei valori teoricamente acquisibile nell’arco dell’ora (Decreto 21.12.95).

DATO MEDIO ORARIO: valori delle medie aritmetiche calcolate sulla base dei "valori elementari" acquisiti in un ora.

DATO ISTANTANEO: dato relativo al segnale elettrico acquisibile in modo continuo da un analizzatore ( Decreto 21.12.95).

ORA: ora solare (Decreto 21.12.95).

GIORNO: giorno di calendario (Decreto 21.12.95).

MESE: mese di calendario ove non diversamente specificato (Decreto 21.12.95).

ANNO: periodo dal primo gennaio al trentun dicembre successivo (Decreto 21.12.95).

MINIMO TECNICO: si intende il carico minimo di processo compatibile con l'esercizio dell'impianto in condizione di regime; il mimino tecnico viene dichiarato dall'esercente alle Autorità competenti tramite la definizione dei parametri di impianto che lo caratterizzano (Decreto 21.12.95).

IMPIANTO IN AVVIAMENTO: si intende un impianto che, salvo diversa disposizione normativa o autorizzativa venga messo gradualmente in servizio fino al superamento del minimo tecnico (Decreto 21.12.95).

IMPIANTO IN FERMATA o fase di arresto: dicasi di impianto che, per varie cause, viene (gradualmente) messo fuori servizio ed escluso dal ciclo produttivo; salvo diversa disposizione normativa o autorizzativa la fase di arresto inizia al di sotto del minimo tecnico (Decreto 21.12.95).

ORE DI NORMALE FUNZIONAMENTO: numero delle ore di funzionamento del processo produttivo, con l'esclusione dei periodi di avviamento ed arresto e dei periodi di guasto, salvo ove non diversamente specificato dalle norme o in sede di autorizzazione (Decreto 21.12.95).

VALORE ORARIO: media aritmetica delle misure istantanee valide campionate nel corso dell'ora trascorsa. Ad esempio la media oraria delle ore 23 di una determinata grandezza va intesa come la media aritmetica dei dati istantanei validi campionati tra le 22:00:01 e le 23:00:00 (hh:mm:ss), (Decreto 21.12.95).

VALORE DI 48 ORE: media aritmetica dei dati orari validi rilevati nel corso di 48 ore di normale funzionamento anche non consecutivo (Decreto 21.12.95).

VALORE GIORNALIERO: media aritmetica dei valori orari validi rilevati dalle ore 00:00:01 alle ore 24:00:00 (hh:mm:ss), (Decreto 21.12.95).

VALORE MENSILE: media aritmetica dei valori medi orari validi rilevati nel corso del mese (Decreto 21.12.95).

VALORE ANNUALE: media aritmetica dei valori medi orari validi rilevati nell'arco dell’anno (Decreto 21.12.95)

3. ACQUISIZIONE DATI

Questa funzione provvede alla lettura dei segnali elettrici provenienti dalla risposta degli analizzatori ed alla trasformazione in valori elementari espressi nelle opportune unità di misura oltre che al rilievo dei segnali di stato delle apparecchiature principali ed ausiliarie necessarie per la gestione del sistema di analisi.

I dati elementari validi vengono utilizzati per il calcolo delle medie orarie, il sistema provvede automaticamente a validare sia i valori elementari acquisiti sia i valori medi orari calcolati. Le procedure di validazione adottate si basano sia sulla elaborazione dei segnali di stato forniti dalle apparecchiature sia sull’analisi numerica dei valori istantanei acquisiti. Le logiche di validazione dei dati elementari sono caratteristiche per ciascun impianto e devono essere stabilite in base al tipo di processo ed alla tipologia degli analizzatori, di seguito vengono descritte le regole generali applicate per la validazione dei dati.

I dati elementari non sono validi se:

sono stati acquisiti in presenza di segnalazioni di anomalia dell'apparato di misura tali da rendere inaffidabile la misura stessa;

i segnali elettrici di risposta dei sensori sono al di fuori di tolleranze predefinite

lo scarto tra l’ultimo valore acquisito ed il valore precedente supera una soglia massima prefissata.

I dati medi orari sono validi se:

Il numero di misure elementari valide che hanno concorso al calcolo del valore medio non è inferiore al 70% del numero dei valori teoricamente acquisibili nell’arco dell'ora.

il massimo scarto tra le misure elementari nell’ora non è inferiore ad un valore prefissato;

il massimo scarto tra le misure elementari nell’ora non è superiore ad un valore prefissato;

il valore orario non è inferiore ad una soglia prefissata;

il valore orario non è superiore ad una soglia prefissata;

Le soglie di validità e le percentuali di validazione vanno impostate in funzione del tipo di processo e del sistema di misura.

I valori medi orari vengono memorizzati con associato l’indice di validità che permette di escludere automaticamente i valori non validi o non significativi dalle elaborazioni successive. In particolare lo stato di funzionamento dell’impianto (Fermo/Regime) può essere dedotto in automatico dal sistema qualora sia disponibile una misura dalla quale dedurre, per via diretta (es. Potenza generata, Portata Combustibile) o indiretta (es. tenore di O2 nei fumi), il carico impianto o lo stato di fermo.

4. CALCOLO DELLE CONCENTRAZIONI A CONDIZIONI NORMALI

I dati elementari acquisiti espressi in unità ingegneristiche di sistema vengono elaborati per ottenere i valori medi orari espressi nelle unita di misura richieste.

Le concentrazioni di inquinanti vengono normalizzate, riferite cioè a fumi secchi alle condizioni normali (0 °C e 0,1013 MPa) ed ad un contenuto di ossigeno pari al valore di riferimento tipico dell’impianto (es. 3% per le centrali termiche, 11% per gli inceneritori).

Per i sistemi di misura di tipo estrattivo dotati di apparato di deumidificazione del campione con umidità residua corrispondente all’umidità di saturazione ad una temperatura non superiore e a 4 °C, le concentrazioni misurate possono essere considerate come già riferite ai fumi secchi, in caso contrario la misura di concentrazione viene riportata ad un valore riferito ai fumi secchi applicando la seguente formula:

               Cu
Cs = -------------------------
                  Uf
       1  -  ------------
                 100


 
dove
 





Cs è la concentrazione riferita ai fumi secchi;
 
Cu è la concentrazione riferita ai fumi umidi;
 
Uf è il contenuto di -vapor d’acqua nei fumi espresso come percentuale in volume (% v/v)
 
 




Per le misure effettuate a valle del impianto di estrazione e condizionamento; poiché il sistema di refrigerazione ed estrazione della condensa riporta il gas in condizioni normali, si applica la sola correzione in ossigeno:
 
					  21 - O2rif

	Cn	=	Cm	*	----------------

					  21 - O2mis

dove:
	Cn	Valore normalizzato [mg/Nm3]
	Cm	Concentrazione tal quale [mg/m3]
	O2rif	Ossigeno di riferimento [%Vol.]
	O2mis	Ossigeno misurato [%Vol.]
 
 
Il valore delle Polveri viene calcolato per deduzione dalla misura di opacità effettuata direttamente in camino. Il valore del contenuto in polveri viene determinato a seguito di una campagna gravimetrica che consenta di correlare il valore di estinzione alla concentrazione di polveri con la:
 
	P	=	a E + b

dove:
	P	Concentrazione polveri
	E	Valore estinzione [mA]
	a	fattore moltiplicativo
	b	fattore additivo
 
Al valore cosi ottenuto si applica la correzione in ossigeno e, se non già effettuata in fase di calcolo della retta di correlazione, la correzione in temperatura e pressione ed umidità.
 
			  21 - O2rif

	Pn  =	P  *	----------------	* Kt	* Kp	* Ku

			  21 - O2mis

dove:
	Pn	Valore normalizzato [mg/Nm3]
	P	Concentrazione tal quale [mg/m3]
	O2rif	Ossigeno di riferimento [%Vol.]
	O2mis	Ossigeno misurato [%Vol.]
	Kt 	Correzione in temperatura
	Kp 	Correzione in pressione
	Ku 	Correzione in umidità
 
 
CORREZIONE IN TEMPERATURA (per i gas)
 
			     273 + Tf

		Kt-gas =  ---------------

			        273

	dove:
		Tf	Temperatura Fumi [°C]
 
 
 
CORREZIONE IN TEMPERATURA (per la portata)
 
			                   273

		Kt-portata =	---------------

			                273 + Tf

	dove:
		Tf	Temperatura Fumi [°C]
 
 
CORREZIONE IN PRESSIONE
 
			  1013.25

		Kt =	------------------

			1013.25 + dPf

	dove:
		dPf	Delta P Fumi [mbar]
 
5.	ELABORAZIONE DEI DATI
 
I dati medi orari calcolati dal sistema vengono elaborati per produrre gli stampati necessari per la verifica del rispetto dei limiti di emissioni imposti dall’Ente di controllo.
 
Con riferimento a quanto stabilito dal decreto del Ministero dell’Ambiente del 21/12/95 si richiamano le seguenti definizioni:
 


Ai fini della elaborazione, presentazione e valutazione dei risultati si intende per periodo di osservazione l'intervallo temperale a cui si riferisce il limite di emissione da rispettare. Tale periodo, a seconda della normativa da applicare, può quindi essere orario, giornaliero, di 48 ore, di sette giorni, di un mese, di un anno.
 
In relazione ad un determinato periodo di osservazione si intende per ore di normale funzionamento il numero delle ore di funzionamento del processo produttivo, con l’esclusione dei periodi di avviamento ed arresto e dei periodi guasto salvo ove non diversamente specificato dalle norme o in sede di autorizzazione.
 
Relativamente ad un valore medio orario di una misura si definisce disponibilità dei dati elementari la percentuale del numero delle misure elementari valide acquisite, rispetto al numero dei valori teoricamente acquisibili nell'arco dell'ora.
 

Tutte le elaborazioni finalizzate al calcolo di valori medi da confrontare con i limiti di legge hanno il dato orario come base di partenza,
 
I dati medi orari calcolati, sono utilizzabili nelle elaborazioni successive ai fini della verifica dei limiti, se, oltre ad essere validi relativamente alla disponibilità dei dati elementari (> del 70%), sono relativi ad ore di normale funzionamento. Il sistema di elaborazione dati è in grado di discriminare automaticamente, in fase di calcolo delle medie la validità o meno del dato orario in funzione dello stato dell’impianto. Come opzione, qualora richiesto dall’Ente di controllo, si possono includere i valori acquisiti a impianto fermo nel calcolo delle medie relative al periodo di osservazione.
 
I valori medi calcolati dal sistema sono:
 
Media giornaliera
Media aritmetica dei valori orari validi rilevati dalle ore 00:00:01 alle ore 24:00:00.
Nel caso che la disponibilità di dati orari validi nel giorno sia inferiore al 70% il valore medio giornaliero non è valido.
Il calcolo della media giornaliera non è applicabile (N.A.) se le ore di normale funzionamento nel giorno sono inferiori a 6 (25%).
 
 
Media di 48 ore
Media delle ultime 48 ore di normale funzionamento anche non consecutive, viene calcolata partendo dalle 24.00.00 del giorno di riferimento e cercando all’indietro (ore precedenti) fino a trovare 48 valori orari di normale funzionamento. Il processo viene interrotto per insufficienza di campioni dopo avere analizzato 480 ore.
Nel caso che la disponibilità di dati orari validi nelle 48 ore considerate sia inferiore al 70% il valore medio non è valido
 
Media mobile di 7 giorni
Media degli ultimi sette giorni di calendario trascorsi (media mobile di sette giorni) calcolata all’indietro partendo dalle 24.00.00 del giorno di riferimento.
Nel caso che la disponibilità dei dati orari validi relativa ai sette giorni sia inferiore al 70% il dato medio viene invalidato.
Il calcolo della media dei sette giorni non è applicabile (N.A.) nel caso che le ore di funzionamento nei sette giorni sia inferiore a 42 (25%).
 
Media mensile
Media dei valori orari del mese di calendario.
Nel caso che la disponibilità di medie orarie valide nel mese sia inferiore all’80%, il valore medio mensile calcolato non è valido.
Il calcolo della media mensile non è applicabile (N.A.) nel caso che le ore di normale funzionamento nel mese civile siano inferiori a 144 (20%).
 
Media di 720 ore di normale funzionamento 
Media aritmetica dei valori medi orari validi rilevati nel corso di 720 ore di normale funzionamento anche non consecutive, viene calcolata partendo dalle 24.00.00 del giorno di riferimento e cercando all’indietro (ore precedenti) fino a trovare 720 valori orari di normale funzionamento. Il processo viene interrotto per insufficienza di campioni dopo avere analizzato 7200 ore.
Nel caso che la disponibilità dalle medie orarie valide nelle 720 ore considerate sia inferiore all'80%, il valore medio calcolato non è valido.
 
Media annuale
Media dei valori orari validi acquisiti nell’arco dell’anno solare.
Nel caso che la disponibilità di medie orarie valide nell’anno sia inferiore all’80%, il valore medio annuale calcolato non è valido.
Il calcolo della media annuale non è applicabile (N.A.) nel caso che le ore di normale funzionamento nell’anno sia inferiore al 20% del totale teorico.
 
 
6.	PRESENTAZIONE DEI DATI
 
In funzione del tipo di impianto i limiti all’emissione si applicato alle concentrazioni mediate su periodi temporali differenti, il sistema di elaborazione è in grado di presentare i dati di emissioni sotto forma di tabelle dati configurabili per soddisfare le varie richieste del DM 21/12/97.
 
I dati vengono mantenuti su memoria di massa in linea per un periodo minimo di 5 anni, è gestita dal sistema una procedura di salvataggio dati guidata che consente di estendere a piacere il periodo di tempo di conservazione dei dati.
 
Si riporta di seguito l’elenco delle tabelle che il sistema di calcolo emissioni è in grado di produrre tramite il programma di stampa tabelle "Analisi Valori Medi e SPC" (PF-xMed)
 
TABELLA GIORNALIERA ORARIA (Semioraria)
Per ciascun inquinante vengono presentati:
	Dati per ogni ora (semiora) del giorno:



-	Ora di riferimento
-	Valore medio orario (semiorario)
-	Indice di disponibilità dei dati elementari (opzionale)



	Riepilogo statistico dei dati orari (semiorari) presentati



-	Limite di emissione da rispettare
-	Numero di medie orarie (semiorarie) che superano il limite
-	Media aritmetica dei dati validi presentati
-	Valore massimo dei dati validi presentati
-	Valore minimo dei dati validi presentati



	Media mobile di periodo
	Selezionabile tra:




-	24H/24H N.F.	Media delle ultime 24 ore solari/normale funzionamento
-	48H/48H N.F.	Media delle ultime 48 ore solari/normale funzionamento
-	3gg/3gg N.F.	Media degli ultimi 3 giorni solari/normale funzionamento
-	4gg/4gg N.F.	Media degli ultimi 4 giorni solari/normale funzionamento
-	5gg/5gg N.F.	Media degli ultimi 5 giorni solari/normale funzionamento
-	6gg/6gg N.F.	Media degli ultimi 6 giorni solari/normale funzionamento
-	7gg/7gg N.F.	Media degli ultimi 7 giorni solari/normale funzionamento
 
-	Numero di medie orarie valide nel periodo selezionato
-	Ore di normale funzionamento nel periodo selezionato
 
 



TABELLA MENSILE LINEARE
Per ciascun inquinante vengono presentati:
	Dati per ogni giorno del mese:



-	Data di riferimento
-	Valore medio di 24 ore (giornaliero)
-	Indice di disponibilità dei dati (opzionale)
 



	Riepilogo statistico dei dati giornalieri presentati



-	Limite di emissione da rispettare
-	Numero di medie giornaliere che superano il limite
-	Media aritmetica dei dati validi presentati
-	Valore massimo dei dati validi presentati
-	Valore minimo dei dati validi presentati



	Media mensile



-	Valore della media del mese
-	Numero di medie orarie valide nel mese selezionato
-	Ore di normale funzionamento nel mese selezionato
 
 



TABELLA MENSILE DI NORMALE FUNZIONAMENTO
Per ciascun inquinante vengono presentati:
	Dati per ogni giorno del mese:



-	Data di riferimento
-	Valore medio di 48 ore di normale funzionamento
-	Indice di disponibilità dei dati (opzionale)



	Riepilogo statistico dei dati giornalieri presentati



-	Limite di emissione da rispettare
-	Numero di medie di 48 ore che superano il limite
-	Media aritmetica dei dati validi presentati
-	Valore massimo dei dati validi presentati
-	Valore minimo dei dati validi presentati



	Media di 720 ore di normale funzionamento



-	Valore medio delle 720 ore di normale funzionamento
-	Numero di medie orarie valide
-	Ore di normale funzionamento trovate, <720 se dati insufficienti
 
 



TABELLA ANNUALE
Per ciascun inquinante vengono presentati:
	Dati per ogni mese dell’anno:



-	Data di riferimento
-	Valore medio mensile
-	Indice di disponibilità dei dati



	Riepilogo statistico dei dati giornalieri presentati



-	Limite di emissione da rispettare
-	Numero di medie mensili che superano il limite
-	Media aritmetica dei dati validi presentati
-	Valore massimo dei dati validi presentati
-	Valore minimo dei dati validi presentati



	Media annuale



-	Media dei valori orari validi dal 1/1 al 31/12
-	Numero di medie orarie valide nell’anno
-	Ore di normale funzionamento nell’anno
 
 



L’indice di disponibilità delle medie orarie del singolo inquinante è calcolato nel seguente modo:
 
					Ns
			Id = 100 x ------------------
					Onf
 
Dove
		Ns è il numero delle medie orarie valide registrate dal sistema di acquisizione
 
		Onf sono le ore di normale funzionamento dell’impianto nel periodo considerato
 
 
Di seguito viene riportata una tabella di riferimento che consente di individuare rapidamente tramite quali rapporti si possono ottenere i dati elaborati dal sistema e richiesti dalla normativa vigente.
 


 
Media oraria
 

 
TABELLA GIORNALIERA (le ore del giorno)
 


 
Media giornaliera
 

 
TABELLA MENSILE LINEARE (i giorni del mese)
 


 
Media di 48 ore n.f.
 

 
TABELLA GIORNALIERA (ultime 48h n.f.)
TABELLA MENSILE DI NORMALE FUNZIONAMENTO
(evoluzione mensile delle medie 48h n.f.)
 


 
Media mobile di 7 giorni
 

 
TABELLA GIORNALIERA (media mobile degli ultimi 7 gg)


 
Media mensile
 

 
TABELLA ANNUALE (tutti i mesi)
TABELLA MENSILE LINEARE (mese richiesto)
 


 
Media di 720 ore n.f.
 

 
TABELLA MENSILE DI NORMALE FUNZIONAMENTO


 
Media annuale
 

 
TABELLA ANNUALE (anno richiesto)



 
 



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Ultima Modifica

Media oraria	TABELLA GIORNALIERA (le ore del giorno)
Media giornaliera	TABELLA MENSILE LINEARE (i giorni del mese)
Media di 48 ore n.f.	TABELLA GIORNALIERA (ultime 48h n.f.) TABELLA MENSILE DI NORMALE FUNZIONAMENTO (evoluzione mensile delle medie 48h n.f.)
Media mobile di 7 giorni	TABELLA GIORNALIERA (media mobile degli ultimi 7 gg)
Media mensile	TABELLA ANNUALE (tutti i mesi) TABELLA MENSILE LINEARE (mese richiesto)
Media di 720 ore n.f.	TABELLA MENSILE DI NORMALE FUNZIONAMENTO
Media annuale	TABELLA ANNUALE (anno richiesto)