Detecção de gás
Os detectores de gás podem ser encontrados em todos os sectores da vida, desde fábricas de processamento alimentar a garagens de estacionamento, desde aviões a casinos. Qualquer lugar que possa ter uma potencial falta de oxigénio ou presença de gás tóxico precisa de um detector de gás presente para monitorizar a segurança das pessoas. Alguns usos comuns durante projectos de campo são: entrada em espaços confinados, perfuração de poços, rastreio de solos, monitorização de áreas, segurança dos trabalhadores, qualidade do ar interior, e detecção de fugas.
Claro que já existem há muito tempo, a começar pelo canário, que infelizmente foi um truque de um tiro que, quando sujeito ao metano, tendia a morrer muito rapidamente, sem qualquer capacidade de alarme sonoro visual a não ser um ligeiro chilrear e uma total falta de movimento. Felizmente, a tecnologia avançou significativamente e, neste momento, encontramo-nos com algum equipamento electrónico muito sofisticado.
Vamos cobrir algumas noções básicas:
- Um ppm é uma parte em 1.000.000 partes. Geralmente, ppm (partes por milhão) é a unidade de medida mais baixa 10.000 ppm = 1% por volume
- LEL (Limite Explosivo Inferior) é a unidade de medida seguinte e é uma percentagem do nível %(vol) explosivo de um composto
- 100% LEL é a concentração mais baixa à qual uma substância inflamável pode produzir um incêndio ou explosão quando inflamada
- UEL (Limite Explosivo Superior) é a concentração máxima de gás no ar que irá arder
- Cada composto (gás) tem um LEL diferente, ou o ponto em que o composto irá queimar ou tornar-se explosivo
- A maioria dos compostos inflamáveis torna-se explosiva a um volume inferior a 5%
- Cada gás tem um LEL e UEL diferentes
- A percentagem de gás é a unidade de medida mais elevada, que é a quantidade de gás puro
Como funcionam os sensores de detecção de gás?
A tecnologia moderna tornará sem dúvida a explicação abaixo desactualizada à medida que avança, tão rapidamente abaixo estão as noções básicas.
O sensor de oxigénio é um sensor electromecânico. Qualquer gás que possa ser oxidado ou reduzido electromecanicamente pode ser detectado por meio de um sensor electroquímico à base de combustível. O consumo de oxigénio produz uma corrente que é linearmente proporcional à concentração de gás no ar.
Uma vez que o sensor de oxigénio está constantemente exposto ao oxigénio, a vida normal do sensor é entre um e dois anos.
O sensor de combustível consiste em duas bobinas de fio fino de platina cada uma embebidas num grânulo de alumina, ligadas electricamente num circuito de ponte. Um dos grânulos é impregnado com um catalisador especial que promove a oxidação e o outro é tratado para inibir a oxidação. A corrente é passada através das bobinas de modo a atingir uma temperatura em que a oxidação de um gás ocorre prontamente no grânulo catalítico (cerca de 500°C).
Isto aumenta ainda mais a temperatura, o que aumenta a resistência da bobina de platina no grânulo catalítico, levando a um desequilíbrio da ponte. Esta alteração de saída é linear, para a maioria dos gases, até e para além de 100% LEL e o tempo de resposta é de apenas alguns segundos para detectar níveis de alarme (tipicamente 20% LEL).
Os sensores tóxicos são também electromecânicos e funcionam segundo os mesmos princípios básicos que o sensor de oxigénio. Os sensores electromecânicos consomem quantidades mínimas de gás, sendo a absorção de gás e a saída eléctrica controladas por uma "barreira de difusão".
Espaços confinados e detecção de gás
Um espaço confinado é qualquer espaço suficientemente grande para alguém entrar e executar trabalho atribuído que tenha meios limitados de entrada ou saída, e que não seja concebido para ocupação contínua do trabalhador. Isto abrange praticamente todas as indústrias, incluindo serviços públicos, construção, exploração e processamento de hidrocarbonetos, petroquímica, marinha, agricultura, processamento alimentar e cervejaria, bem como os serviços de emergência.
Os empregadores devem avaliar os riscos que estes locais de trabalho representam para os seus empregadores e esforçar-se por os evitar. Na maioria dos casos, tanto a avaliação como o sistema de trabalho seguro exigirão testes da atmosfera com equipamento de teste de gás.
Os riscos de gás em espaços confinados podem ser divididos em três grandes categorias: gás combustível, gás tóxico e esgotamento ou enriquecimento de oxigénio.
Riscos de gás combustível
Para que a combustão ocorra, o ar deve conter uma concentração mínima de gás ou vapor combustível. Esta quantidade é denominada LEL. Os diferentes compostos têm LEL diferentes, pelo que é vital que os detectores sejam capazes de detectar nos níveis correctos.
Tipicamente, os recipientes de armazenamento que contêm hidrocarbonetos combustíveis e óleos representam um perigo. Outros perigos provêm de fugas de combustível: rebentamento de contentores de combustível; condutas dentro e fora do local, cilindros de gás e instalações motorizadas. Para os trabalhadores em poços, esgotos e outros locais sub-superficiais, o metano formado pela decomposição da matéria orgânica é um perigo quase universal.
Gás e vapores tóxicos
Os trabalhadores de espaços confinados podem ser expostos a muitos compostos tóxicos, dependendo da natureza do trabalho. Deve ser feita uma avaliação do risco a que substâncias tóxicas um trabalhador pode ser exposto em qualquer situação de trabalho.
Ao analisar os gases tóxicos relacionados com aplicações específicas, a indústria da água, por exemplo, utiliza muitos compostos tóxicos para a limpeza e processamento tanto de resíduos como de água limpa. Perigos como o cloro, ozono, dióxido de enxofre e dióxido de cloro representam então riscos adicionais tanto nas áreas de armazenamento como nas áreas de tratamento.
Oxigénio - demasiado alto ou demasiado baixo?
A concentração normal de oxigénio no ar fresco é de 20,9%. Uma atmosfera é perigosa se a concentração descer abaixo de 19,5% ou for acima de 23,5%.
Sem ventilação adequada, o simples acto de respirar provocará uma queda surpreendentemente rápida dos níveis de oxigénio. A combustão também consome oxigénio, pelo que as plantas movidas por motores e chamas nuas, tais como tochas de soldadura, são perigos potenciais. O oxigénio também pode ser deslocado. O nitrogénio, por exemplo, quando utilizado para purgar recipientes de armazenamento de hidrocarbonetos antes de ser reutilizado, expulsa o oxigénio do recipiente e deixa-o altamente perigoso até ser completamente ventilado.
Níveis elevados de oxigénio são também perigosos. Tal como com muito poucos, demasiados prejudicam a capacidade da vítima de pensar claramente e agir com sensatez. Além disso, as atmosferas enriquecidas com oxigénio representam um risco de incêndio significativo.
Tipos de detectores de gás
Tanto os detectores de gás portáteis como os fixos podem ser utilizados para a monitorização de espaços confinados. Os sistemas fixos são tipicamente constituídos por uma ou mais "cabeças" de detectores ligadas a um painel de controlo separado. Se um detector lê um nível de gás perigoso, o painel lança o alarme accionando sirenes e balizas externas. Este tipo de instalação é adequado para espaços maiores, como salas de plantas, que têm espaço suficiente para o hardware ou estações remotas que normalmente não são tripuladas.
No entanto, muito trabalho em espaços confinados tem lugar em áreas mais restritas, tornando as unidades portáteis compactas mais adequadas. A facilidade de utilização, com um botão de operação, significa que é necessária uma formação mínima enquanto é garantida uma maior segurança. Combinando um ou mais sensores com poderosos sinais sonoros e visuais para avisar quando são atingidos níveis de gás pré-definidos, os detectores portáteis podem ser transportados ou usados onde quer que sejam necessários. Além disso, um instrumento compacto é facilmente transportado num espaço confinado, assegurando que não se perdem bolsas de alta concentração de gás.
Certas características devem ser esperadas em cada detector de gás portátil. As ferramentas claramente salva-vidas para ambientes exigentes devem ser tão resistentes quanto possível, com electrónica fiável alojada em invólucros resistentes ao impacto. Embora a necessidade de deixar os sensores de gás expostos à atmosfera signifique que nenhum instrumento pode ser totalmente selado, é essencial um elevado grau de protecção contra a entrada de pó e água. Apesar da dureza, um detector bem projectado será também leve e compacto o suficiente para ser usado durante todo um turno.
Finalmente, devido às dificuldades de trabalhar num espaço apertado, talvez sob má iluminação, os instrumentos devem ser fáceis de utilizar. Não importa quão avançada seja a arquitectura interna de um detector ou as opções de gestão de dados, o pessoal no terreno não deve ser confrontado com nada mais assustador do que uma visualização clara, uma operação simples com um só botão e alarmes sonoros/brilhantes.
Sensores de gás combustível
Como detalhado abaixo, os sensores de gás combustível vêm na forma de catalisador, semicondutor de óxido metálico e infra-vermelho.
Sensores catalíticos de gás combustível
Procurando atmosferas explosivas, os sensores de gases combustíveis catalíticos detectam gases combustíveis, provocando uma combustão de gases dentro da câmara do sensor.
Os sensores catalíticos não só oferecem boa linearidade, como também podem reagir à maioria dos gases combustíveis. Como a resistência muda para %LEL é relativamente pequena, no entanto, funcionam melhor em concentrações entre 1.000 e 50.000ppm.
Quanto aos seus inconvenientes:
- Não medem quantidades vestigiais (inferiores a 200ppm) de gás e, portanto, não devem ser utilizadas para determinar os níveis tóxicos
- Para funcionarem com precisão, requerem 14% de oxigénio mínimo no ar
- Não recomendado para utilização em atmosferas de acetileno
- O sensor pode ser danificado por chumbo, silicone ou outros venenos catalíticos
- As leituras podem ser afectadas pela condensação do vapor de água e humidade
- Má resposta a hidrocarbonetos de baixa energia, por exemplo vapores de petróleo, querosene, gasóleo e combustíveis de aviação comercial
- Muitas vezes perdem a linearidade após aproximadamente um ano
Sensor de gás combustível de semicondutor de óxido metálico (MOS)
Também conhecidos como sensores de estado sólido, os sensores de óxido metálico semicondutor (MOS) de gás combustível existem há anos. Com uma longa vida operacional de três a cinco anos, este é um sensor muito resistente que recupera bem de concentrações elevadas de gás que podem danificar outros tipos de sensores.
Tal como os sensores catalíticos, as leituras dos sensores MOS também podem ser afectadas pela condensação da humidade e do vapor de água. Além disso, embora não necessitem de tanto oxigénio como a sua contraparte catalítica, também necessitam de oxigénio para funcionar com precisão.
Para além das desvantagens acima mencionadas, outras desvantagens específicas dos sensores MOS incluem:
- Elementos de aquecimento em alguns sensores MOS requerem uma grande quantidade de energia, o que significa que são necessários conjuntos de baterias maiores
- Apesar de responderem a muitos COV, HFC e solventes, os sensores MOS não são específicos de qualquer composto único
Sensores de infravermelhos combustíveis
Relativamente recentemente, estes sensores têm vindo a aparecer em alguns instrumentos. Funcionam bem em baixos níveis de oxigénio ou atmosferas de acetileno; no entanto, são bastante caros. Estes sensores funcionam reflectindo a luz de um espelho e medindo a quantidade de luz absorvida durante a refracção. Os sensores infravermelhos requerem tipicamente um fluxo constante através do conjunto de detecção e podem ser lentos a desaparecer do alarme. São incapazes de detectar hidrogénio. Um sensor infravermelho calibrado para um hidrocarboneto simples como o metano ou o etano não será preciso para o vapor de hidrocarbonetos de peso molecular mais elevado, solventes ou combustíveis.
Sensores tóxicos
Sensores tóxicos electroquímicos (químicos húmidos)
Estes sensores reagem a uma substância química específica (substância). Estão disponíveis sensores quimicamente específicos para até 30 gases diferentes, incluindo cloro, amoníaco, monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de azoto, óxido nítrico, cianeto de hidrogénio, sulfureto de hidrogénio e dióxido de enxofre. A informação técnica dos fabricantes indicará que sensores estão disponíveis para a sua unidade.
Estes sensores têm uma boa linearidade, o que os torna muito precisos para a substância a que reagirão. Podem medir grandes ou pequenas quantidades e estes sensores têm uma duração de vida típica de aproximadamente um ano para muitos gases tóxicos e até dois anos para o sulfureto de hidrogénio e monóxido de carbono.
Como com todos os sensores, os sensores químicos húmidos não estão sem as suas limitações. O fluido electrolítico pode congelar quando deixado em ambientes com temperaturas inferiores a 0ºC. Alguns sensores químicos podem ser adversamente afectados pela altitude, uma vez que podem ser sensíveis à pressão.
Semicondutores de óxido metálico (MOS) sensores de gases tóxicos de largo espectro
Existem vários sensores MOS diferentes no mercado e um foi desenvolvido para a detecção de gases tóxicos. A sua composição e funcionamento é semelhante ao utilizado para a detecção de gases combustíveis. No entanto, o sensor de tóxicos MOS de vasta gama é capaz de reagir a baixos níveis de PPM de uma vasta gama de gases tóxicos, incluindo monóxido de carbono, sulfureto de hidrogénio, amoníaco, estireno, tolueno, gasolina e muitos outros hidrocarbonetos e solventes. Os sensores MOS não conseguem detectar dióxido de carbono ou dióxido de enxofre. O sensor é incapaz de lhe dizer que gás encontrou ou a concentração, apenas que a atmosfera pode ser perigosa para a sua saúde.
Detectores de foto ionização (PIDs)
Os profissionais de saúde e segurança e outros têm utilizado a tecnologia de sensores de fotoionização para avaliar os perigos atmosféricos no local de trabalho desde os anos 60. A esperança de vida destes sensores é de um a três anos. São normalmente demasiado caros para serem utilizados num instrumento multi-sensor.
Conclusão
Para aqueles de vós que trabalham em atmosferas que podem ser perigosas para a vossa saúde, seleccionar o detector de gás certo pode ser a decisão mais importante que alguma vez tomaram. A sua vida pode depender dessa decisão, pelo que é fundamental que o utilizador/comprador tome consciência dos perigos que podem ser encontrados e dos sensores adequados para os proteger. Dados recolhidos no final dos anos 70 e início dos anos 80 indicavam que 65% das pessoas que morreram em espaços confinados não tinham consciência de que o espaço em que estavam a entrar era um perigo potencial. Mais de 50% de mortes em espaços confinados ocorrem aos socorristas e mais de um terço das mortes ocorreram depois de o espaço ter sido testado, declarado seguro e o detector de gás ter sido removido.
A selecção de um detector de gás deve ser baseada no perigo enfrentado. Infelizmente, demasiados compradores fazem uma das maiores e mais cruciais despesas individuais de equipamento sem realmente compreenderem o que estão a comprar. Os sensores e as suas capacidades são o factor mais importante na escolha de um detector de gás, no entanto, na maioria das vezes, as decisões baseiam-se no tamanho, preço e características que nada têm a ver com as capacidades de detecção do instrumento.
Os detectores de gás vêm numa variedade de tamanhos, formas, cores e configurações de sensores. Para trabalhos em espaços confinados, é necessário monitorizar a deficiência/enriquecimento de oxigénio, gases combustíveis e tóxicos. Um instrumento capaz de lidar com estes três perigos é essencial.
Fonte: HSI
