ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MARÍTIMA
Navios-Tanque
Segurança e Riscos Particulares
Março 2010
Navios-Tanque
Índice
1 Atmosferas inflamáveis
1
2 Fontes de ignição
1
2.1
Electricidade estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2.1.1
Separação de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.1.2
Acumulação de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2.1.3
Descargas electrostáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2.2
Efeito da rádio, radar e raios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.3
Origem mecânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.4
Processos de ignição espontânea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.5
Combustão pirofórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3 Realização de trabalhos a quente
10
3.1
Avaliação das condições para a realização do trabalho . . . . . . . . . . . . . .
10
3.2
Preparativos para um trabalho a quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3.3
Verificações a realizar pelo oficial responsável pela segurança . . . . . . . . . .
14
3.4
Conclusão dos trabalhos a quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
4 Análise de atmosferas
14
4.1
Sequência de medições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
4.2
Tipos de analisadores de gases
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
4.2.1
Sensor catalı́tico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
4.2.2
Sensor de filamento quente não catalı́tico . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
4.2.3
Medidor do ı́ndice de refracção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.4
Sensores electroquı́micos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
Medição da concentração de oxigénio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
4.3.1
Sensores paramagnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
4.3.2
Lı́quidos quı́micos de absorção selectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
4.4
Tubos indicadores quı́micos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
4.5
Teste e calibração dos aparelhos de medição de gases . . . . . . . . . . . . . . .
20
4.3
i
Navios-Tanque
1
Atmosferas inflamáveis
Uma mistura de gases ou vapores combustı́veis e ar não pode ser inflamada e portanto arder,
a menos que a sua composição tenha valores que se situem dentro de determinados limites de
concentração de gás no ar designados por ”campo de inflamação” ou ”zona de inflamabilidade”.
O limite inferior deste campo é designado por Limite Inferior de Explosividade - LIE
(Lower Explosive Limit - LEL), indica que para concentrações de gás no ar abaixo deste limite
não há combustı́vel, gases ou vapores, suficiente para manter e propagar a combustão. Acima
do Limite Superior de Explosividade - LSE (Upper Explosive Limit - UEL), a concentração
de gases no ar é tal que não existe ar suficiente para manter e propagar a combustão. A
Fig. 1 ilustra graficamente a zona de explosividade ou inflamabilidade, limitada pelo LEL e
UEL. Em geral, por razões que mais à frente analisaremos, o campo de medição dos aparelhos
destinados à medição da explosividade (explosı́metros), é limitado ao LEL.
Figura 1: Campo de medição dos explosı́metros.
Os limites de inflamabilidade variam ligeiramente entre os hidrocarbonetos gasosos puros e
as misturas de gases derivados de diferentes lı́quidos petrolı́feros. Na prática, os limites inferior
e superior de inflamabilidade dos óleos de carga transportados nos navios-tanque podem, para a
maior parte das finalidades, ser considerados como 1% e 10% em volume, respectivamente. Os
limites de explosividade de diversas substâncias constam na Tab. 1. Um combustı́vel com um
campo de inflamabilidade grande, limites de explosividade afastados, é potencialmente mais
perigoso que outro que possua um menor campo de inflamabilidade, dado que a possibilidade
de formação de uma mistura inflamável, pode ocorrer numa maior variedade de circunstâncias
operacionais.
Em muitas situações, a medição do teor de gases ou vapores explosivos num tanque ou
reservatório é efectuada quando a atmosfera desse tanque ou reservatório se encontra a uma
temperatura perto da temperatura ambiente. Nesta situação, pode ocorrer que a atmosfera
se encontre abaixo do LEL (fora da zona de explosividade). Contudo, se forem efectuados
trabalhos que envolvam o aumento da temperatura, mesmo que em zonas localizadas, por
exemplo trabalhos de soldadura, deve ser sempre considerada a possibilidade desse aumento
da temperatura originar a evaporação de substâncias lı́quidas residuais, o que poderá implicar
que a atmosfera dentro do espaço se torne explosiva.
2
2.1
Fontes de ignição
Electricidade estática
A electricidade estática constitui um perigo de incêndio e explosão durante a movimentação
dos produtos petrolı́feros. Certas operações podem conduzir à acumulação de carga eléctrica
que pode descarregar-se repentinamente sob a forma de faı́scas ou ”coronas” luminosas com
1
Navios-Tanque
LFL/LEL
(% Vol.)
2.6
2.5
16
12.5
3
4
4.3
5
3.0
2.12
1.86
1.40
1.18
1.10
1.00
Substância
acetona
acetileno
amonı́aco
monóxido de carbono
óxido de etileno
hidrogénio
sulfureto de hidrogénio
metano
etano
propano
butano
pentano
hexano
heptano
octano
UFL/UEL
(% Vol.)
12.8
100
25
74
100
75
46
15
12.5
9.3
8.4
7.8
7.4
6.7
6.5
Tabela 1: Limites de explosividade
energia suficiente para inflamar as misturas de hidrocarbonetos e ar.
O risco potencial da electricidade estática forma-se através de três fases básicas:
- separação de cargas;
- acumulação de cargas;
- descargas electrostáticas.
Todas estas três fases são necessárias para a ocorrência da ignição de uma mistura. Não
há evidentemente risco de ignição quando não existem misturas inflamáveis.
2.1.1
Separação de cargas
Sempre que duas substâncias diferentes entram em contacto verifica-se na interface uma separação de cargas. A interface pode ser entre dois sólidos, entre um sólido e um lı́quido ou
entre dois lı́quidos não miscı́veis. Na interface, uma carga com determinado sinal, digamos
positivo, move-se do material A para o material B, de modo que os materiais A e B tornam-se
carregados negativa e positivamente respectivamente.
Em certos materiais, como os metais por exemplo, pelo menos um dos electrões das órbitais
exteriores está fracamente ligado ao núcleo do átomo. Estes electrões são chamados electrões
livres e movem-se de um átomo para outro apenas com uma ligeira excitação exterior. Daı́ a
facilidade com que certos materiais se tornam carregados positivamente e outros carregados
negativamente. Portanto, se um ou mais electrões forem removidos, o átomo fica carregado
porque contém um excesso de protões relativamente aos electrões, adquirindo carga positiva.
Como referido anteriormente, um metal, que possui electrões livres, é relativamente bom
condutor de electricidade. Outras substâncias com poucos ou nenhuns electrões livres, conduzem mal a electricidade mas é possı́vel carregar estas substâncias por aplicação de uma
excitação exterior, a fricção por exemplo.
2
Navios-Tanque
Quando uma substância má condutora tenha sido carregada electricamente haverá tendência para a recombinação das cargas separadas. Enquanto os materiais permanecem em
contacto e sem movimento relativo, as cargas encontram-se muito aproximadas. A diferença
de potencial (d.d.p.) entre as cargas de sinais contrários é neste caso muito fraca, não existindo
perigo de uma descarga electrostática. No entanto, as cargas podem ser separadas por muitos
processos, tais como:
- escoamento de lı́quidos (misturas petrolı́feras ou petróleo e água) através de tubagens,
ver Fig. 2, ou filtros de malha apertada;
- deposição de um sólido ou de um lı́quido não miscı́vel no seio de outro lı́quido (ferrugem
ou água no petróleo, ver Fig. 3);
- expulsão de partı́culas ou de gotas de uma agulheta (operações com vapor)
- dispersão ou agitação de um lı́quido contra uma superfı́cie sólida (lavagens com jacto de
água ou momentos iniciais de enchimento de um tanque com óleo);
- fricção intensa entre certos materiais do tipo polı́meros sintéticos, com subsequente separação dos mesmos (o deslizar de um cabo de polipropileno através de luvas de PVC).
Figura 2: Separação de cargas num encanamento
Figura 3: Separação de cargas por decantação de gotas de água
Quando as cargas são separadas geram-se grandes d.d.p. entre elas. Cria-se assim um
campo electrostático na zona envolvente das cargas. Como exemplo, pode-se mencionar:
- as cargas eléctricas produzem um campo electrostático num tanque cheio de lı́quido
petrolı́fero, tanto no lı́quido como no volume livre acima do nı́vel do lı́quido
- as cargas eléctricas existentes nas misturas de água, formadas na lavagem de tanques,
produzem um campo electrostático através do tanque.
3
Navios-Tanque
Se um condutor sem carga for introduzido num campo electrostático a sua tensão será
aproximadamente igual à tensão do meio em que se encontra. O campo electrostático existente
provoca um movimento de cargas eléctricas através do condutor, cargas com um sinal são
atraı́das pelo campo para uma das extremidades do condutor e uma carga igual e de sinal
contrário surge na extremidade oposta. As cargas separadas por este processo são conhecidas
por cargas induzidas e enquanto se mantiverem separadas pela presença do campo, são também
susceptı́veis de contribuir para uma descarga electrostática.
2.1.2
Acumulação de cargas
As cargas que tenham sido separadas tendem a recombinar-se para se neutralizarem mutuamente. Se um ou ambos os materiais separados transportando cargas, for mau condutor
de electricidade a recombinação é dificultada e o material retém ou acumula a sua carga. O
perı́odo de tempo durante o qual a carga eléctrica é conservada está relacionado com a condutibilidade do material, quanto mais baixa esta for maior o perı́odo de retenção da carga. Se
o material tiver uma elevada condutibilidade comparativamente, a recombinação das cargas é
muito rápida e pode actuar em sentido oposto ao processo de separação, e consequentemente
pouca ou nenhuma electricidade estática é acumulada no material. Tais materiais de elevada
condutibilidade apenas podem reter ou acumular cargas se forem isolados por meio de uma
substância má condutora sendo portanto a taxa de dissipação da carga dependente do material
isolante.
2.1.3
Descargas electrostáticas
A ocorrência de umadescarga eléctrica entre dois pontos depende da magnitude do campo
electrostático no espaço entre os pontos. A intensidade do campo ou gradiente de tensão é
dada aproximadamente dividindo a diferença de tensão entre os dois pontos pela distância que
os separa. Um campo electrostático de cerca de 3000 kV/m é suficiente para causar a ruptura
do dieléctrico constituı́do pelo ar e pelos gases de petróleo.
A intensidade do campo é maior junto às saliências do que no espaço adjacente e consequentemente as descargas electrostáticas geralmente ocorrem com origem naquelas zonas.
Pode ocorrer uma descarga entre uma saliência e o espaço adjacente, sem atingir qualquer
objecto. Estas descargas de eléctrodo simples são no entanto raras.
Mais frequentes, são as descargas entre dois eléctrodos próximos. Como exemplo, temos:
- entre um recipiente de colheita para amostra introduzido num tanque e a superfı́cie do
lı́quido petrolı́fero;
- entre um objecto flutuante na superfı́cie do lı́quido não ligado à terra e a estrutura
adjacente do tanque;
- entre um equipamento não ligado à terra, suspenso num tanque e a estrutura adjacente
do mesmo.
A descarga entre dois eléctrodos poderá ser incendiária se estiverem reunidas várias condições:
- uma distância entre eléctrodos suficientemente curta para permitir que a descarga se
realize com a d.d.p. existente mas não tão curta que a chama resultante se extinga por
efeito de ”quenching” (extinção de chama por contacto com paredes frias);
- energia eléctrica suficiente para fornecer a energia mı́nima de ignição;
4
Navios-Tanque
- descarga quase instantânea desta energia.
Esta última condição depende em grande medida da condutibilidade dos eléctrodos. Tendo
este aspecto em atenção, podem classificar-se os sólidos e os lı́quidos em três grupos.
Lı́quidos e sólidos condutores
No caso dos sólidos os condutores são metais e no caso dos lı́quidos existe uma gama variada
de soluções aquosas, incluindo a própria água do mar. A caracterı́stica importante dos condutores é que, sendo incapazes de armazenar carga a não ser que sejam isolados, se o forem e
surgir uma oportunidade para descarga eléctrica toda a carga disponı́vel é descarregada quase
instantaneamente. A descarga entre dois condutores ocorre frequentemente sob a forma de
faı́scas, com elevada energia e potencialmente mais perigosas do que as descargas entre dois
objectos, dos quais um é não condutor. Neste último caso as descargas geralmente verificamse de forma mais difusa e muito menos perigosas, conhecidas como descargas ”corona” ou
luminosas, em vez de faı́scas.
Lı́quidos e sólidos não condutores
O segundo grupo é o dos não condutores, que têm condutibilidades tão baixas, que ao receberem uma carga a retêm por perı́odos longos. Podem evitar a perda de carga dos condutores
actuando como isoladores. Os não-condutores quando carregados têm grande importância
porque podem transferir carga, ou induzir carga em condutores vizinhos isolados, que poderão provocar faı́scas. Não-condutores fortemente carregados, podem também eles próprios
contribuir directamente para a ocorrência de faı́scas incendiárias.
Os lı́quidos são considerados não-condutores quando têm condutibilidades inferiores a 50
pS/m, com tempos de dissipação de carga superiores a 0,2 seg.; são também vezes classificados
como acumuladores estáticos. Muitos dos produtos petrolı́feros, como os produtos destilados
brancos com condutibilidade frequentemente inferior a 10 pS/m, incluem-se nesta categoria.
Um aditivo anti-estático é uma substância deliberadamente adicionada a um produto destilado
com a finalidade de elevar a sua condutibilidade acima de 100 pS/m. Esta aditivação contribui
para aumentar a segurança das operações com este tipo de produtos.
Sólidos não-condutores são materiais de elevado isolamento, tais como o polipropileno,
PVC, nylon e muitos tipos de borracha. A sua condutividade aumenta quando as suas superfı́cies estão contaminadas com sujidade ou humidade.
Lı́quidos e sólidos com condutibilidade intermédia
O terceiro grupo é constituı́do por uma gama de lı́quidos com condutibilidades intermédias
entre o primeiro e o segundo grupo. Os lı́quidos que têm condutibilidades superiores a 50 pS/m,
juntamente com os lı́quidos condutores, são classificados como não-acumuladores estáticos.
Exemplos destes lı́quidos são os óleos pretos (contendo produtos residuais) petróleos brutos,
os quais têm tipicamente condutibilidade na gama de 10.000-100.000 pS/m. Alguns produtos
quı́micos, por exemplo os álcoois são também não-acumuladores estáticos.
Os sólidos nesta categoria intermédia incluem matérias como madeira, cortiça, sisal e
substâncias orgânicas. Devem a sua condutibilidade à rápida absorção de água e tomam-se
melhores condutores quando as suas superfı́cies se encontram contaminadas com sujidade ou
humidade. Em muitos casos a sua condutibilidade pode baixar por limpeza e secagem de modo
a serem incluı́dos na categoria dos não-condutores. Se os materiais desta categoria intermédia
não estiverem isolados da terra, as suas condutibilidades são normalmente suficientemente
elevadas, de modo a evitar a acumulação de cargas electrostáticas. Contudo as suas condu5
Navios-Tanque
tibilidades são normalmente tão baixas que não permitem a produção de faı́scas de elevada
energia.
Em condições normais os gases são bons isolantes. Isto tem implicações importantes relativamente ao comportamento dos nevoeiros e das suspensões de partı́culas no ar ou em outros
gases. Durante a projecção de vapor húmido através de uma agulheta enquanto se usam
máquinas de lavagem dos tanques formam-se nevoeiros carregados electricamente. Apesar de
que o lı́quido, por exemplo a água, possuir grande condutibilidade, a dissipação de carga das
gotas é retardada pelas propriedades isolantes do gás envolvente. De forma análoga, pequenas
partı́culas presentes na corrente de gás inerte podem encontrar-se carregadas. A dissipação
gradual das cargas ocorre como resultado da deposição das partı́culas ou gotas e se a intensidade do campo for elevada a dissipação dá-se por descarga ”corona”, nas saliências que
fornecem uma carga de neutralização de sinal contrário, à das partı́culas em suspensão.
A Tab. 2 mostra os valores mı́nimos da energia de ignição para alguns compostos importantes. Estes valores são relativamente baixos e podem ser obtidos simplesmente sob a forma
de cargas electrostáticas estabelecidas por fricção. De notar ainda que a energia mı́nima de
ignição depende da concentração de combustı́vel na mistura.
Substância
(na fase gasosa)
Metano
n-Heptano
Benzeno
Acetileno
Hidrogénio
Sulfureto de carbono
Energia de acendimento
mJ
0.28
0.24
0.22
0.19
0.19
0.009
Tabela 2: Energia de acendimento eléctrico
Em resumo, as descargas electrostáticas ocorrem como resultado da acumulação de cargas
em:
- lı́quidos ou sólidos não-condutores, por exemplo, óleo acumulador estático bombeado
para um tanque, ou num cabo de polipropileno.
- lı́quidos ou sólidos condutores isolados, por exemplo, nevoeiros, ”sprays” ou partı́culas
em suspensão no ar ou numa vara metálica suspensa pela extremidade de um cabo de
fibra sintética.
Para além dos aspectos referidos devem ainda ser tidos em consideração mais algumas
situações, que podem conduzir a descargas electrostáticas. Há um certo número de riscos
associados aos tanques de carga, que podem causar uma descarga electrostática. Se um objecto
tiver saliências, por exemplo as anteparas do tanque, a recombinação das cargas eléctricas
torna-se mais fácil. Os navios tanque modernos têm instaladas, permanentemente, máquinas
para lavagens dos tanques que podem facilitar a ocorrência de uma descarga electrostática.
As fitas de sondagem ao entrarem em contacto com os tubos de sonda ficam carregadas com
carga de sinal contrário à do produto dentro do tanque, actuando como um objecto saliente à
semelhança do que acontecia no exemplo anterior com as máquinas de lavagem dos tanques,
podendo dar origem a uma descarga eléctrica capaz de inflamar a atmosfera do tanque.
Durante a movimentação de produtos brancos, deve ter-se o cuidado de aguardar pelo
menos 30 minutos antes de introduzir uma fita metálica de sondagem num tanque que tenha
sido carregado. Desta forma previne-se a ocorrência de faı́scas, pois a água que eventualmente
6
Navios-Tanque
se tenha introduzido no tanque, tem tempo para decantar no fundo do tanque, permitindo-se
desta forma a dissipação das cargas acumuladas, através da estrutura do tanque. As faı́scas
eléctricas podem também ser causadas durante a colheita de amostras, uma vez que este
procedimento é semelhante à operação de sondagem.
Nos casos em que produtos brancos sejam bombeados através de tubagens não condutoras,
a carga eléctrica acumular-se-á em pontos de material condutor como é o caso das flanges
metálicas que ligam as quarteladas de mangueira. Esta situação causa imediatamente um
risco de descarga electrostática nas proximidades. Não havendo ligação nestas flanges, a carga
acumular-se-á. Se um objecto ligado à terra tal como uma grua de suspensão de mangueira
entrar em contacto com a flange electricamente carregada ocorrerá a descarga. Por esta razão,
as mangueiras de carga não-condutoras devem ser imediatamente ligadas de forma a que a
carga se possa dissipar de modo seguro para a terra.
Este mesmo princı́pio aplica-se a todos os objectos metálicos que devem ser interligados
de forma a evitar as descargas entre eles, que podem ser de alta energia e consequentemente
perigosas. Para evitar as descargas entre condutores e a terra é prática normal estabelecer a
sua ligação. Nos navios a ligação interna é efectivamente realizada pela ligação dos objectos
metálicos à estrutura metálica do navio, que está naturalmente ligado à terra através do mar.
2.2
Efeito da rádio, radar e raios
A transmissão nas instalações de rádio e a operação dos radares dos navios é responsável por
induzir campos eléctricos com intensidade suficiente para puderem ser causa de perigo durante
o embarque ou o manuseamento de produtos lı́quidos inflamáveis como, por exemplo, quando
se está a fazer o abastecimento de combustı́vel ao navio.
As condições atmosféricas adversas, propı́cias à ocorrência de trovoadas, deverão também
ser consideradas no planeamento das operações de manuseamento de produtos lı́quidos inflamáveis.
2.3
Origem mecânica
As partı́culas incandescentes provocadas pelo batimento de metais duros em contacto com uma
atmosfera de vapores inflamáveis, pode causar a inflamação dos mesmos. O perigo derivado
das referidas ”chispas”, pode eliminar-se utilizando ferramentas construı́das com metais macios
(cobre, bronze, etc.), quando se tenha que trabalhar em zonas onde existam ou se suspeite
que possam existir vapores combustı́veis.
2.4
Processos de ignição espontânea
A energia de ignição pode ser também fornecida por fenómenos quı́micos exotérmicos. Quase
todos os fenómenos de oxidação produzem calor e são por isso exotérmicos. Este tipo de
processos pode desempenhar um papel dominante no processo de auto-inflamação. Estas
ignições podem ocorrer em cargas a granel, em particular no caso de óleos vegetais, e em
acumulações de resı́duos, especialmente se estes estiverem embebidos em óleo.
Os óleos vegetais que se oxidam rapidamente são particularmente propı́cios a causar problemas. O processo de combustão espontânea começa pela oxidação e geração do calor no
interior da massa material, desenvolvendo-se gradualmente esta produção de calor, actuando
as camadas exteriores como isolador térmico. Ao fim de certo tempo o calor toma-se sufici-
7
Navios-Tanque
entemente intenso, atingindo-se a temperatura de auto-inflamação, iniciando-se desta forma
a combustão. Este processo desenvolve-se de forma dissimulada, uma vez que o fogo pode
encontrar-se latente durante muito tempo antes de ser detectado.
Outra forma de combustão espontânea pode ser causada pela interacção de certos produtos
quı́micos e ao contrário do fenómeno anteriormente referido, este pode acontecer de forma
rápida. As substâncias oxidantes, ou sejam produtos não combustı́veis mas que libertam
oxigénio ou outros gases que promovem a combustão, estão muitas vezes envolvidos em fogos.
Por isso, clorato de potássio (KClO3 ), nitrato de sódio (NaNO3 ), ou peróxido de sódio (Na2 O2 )
não devem ser armazenados junto com sólidos inflamáveis, tais como o enxofre ou naftalina
(C10 H8 ) ou com lı́quidos inflamáveis uma vez que, em caso de fogo, a situação agravar-se-á pela
presença dos agentes oxidantes. O peróxido de sódio pode inflamar o papel ou a madeira. Os
incêndios compreendendo sobretudo matérias combustı́veis inorgânicas deste tipo apresentam
quase sempre desenvolvimento explosivo. São em geral difı́ceis de extinguir e a formação
de óxido é muitas vezes de tal modo violenta que o oxigénio da água de extinção pode ser
libertado. Esta água alimenta assim a combustão, razão porque é necessário substituı́-la neste
caso por outros produtos de extinção, como por exemplo, os pós.
O hipoclorito de cal é outro poderoso agente oxidante que pode causar fogo, quando em
contacto com materiais orgânicos, tais como madeira, algodão, palha ou óleos vegetais.
Os peróxidos orgânicos devem ser armazenados com cuidados especiais, uma vez que além
de serem agentes oxidantes, são também substâncias inflamáveis. A hidrazina, que é utilizada
no tratamento de água das caldeiras, para remover o oxigénio, está sujeita a arder espontaneamente no ar, em contacto com matérias orgânicas e por esta razão não deve ser armazenada
no mesmo compartimento onde se encontram outras matérias inflamáveis.
2.5
Combustão pirofórica
Numa atmosfera isenta de oxigénio onde exista sulfureto de hidrogénio (ou especificamente
quando a concentração de sulfureto de hidrogénio exceda a concentração de oxigénio), o óxido
de ferro é transformado em sulfureto de ferro. Quando o sulfureto de ferro é posteriormente
exposto ao ar volta a oxidar-se, formando óxido de ferro e enxofre livre ou dióxido de enxofre. Esta oxidação pode ser acompanhada pela geração de uma quantidade de calor considerável, de modo que as partı́culas individualizadas podem tornar-se incandescentes. A
oxidação exotérmica rápida, acompanhada de incandescência é designada por oxidação pirofórica. O sulfureto de ferro pirofórico, isto é, sulfureto de ferro susceptı́vel de oxidação no
ar, pode inflamar misturas inflamáveis de gases de hidrocarbonetos.
Como se pode concluir do anteriormente exposto, a formação de piróforos está dependente
de três factores:
- presença de óxido de ferro (ferrugem);
- presença de sulfureto de hidrogénio gasoso;
- carência de oxigénio;
Contudo, ela também depende da influência relativa destes factores. A presença do oxigénio
impede a transformação de óxido de ferro em sulfureto de ferro. Enquanto que a concentração
de sulfureto de hidrogénio gasoso tem uma influência directa na formação de piróforos, o grau
de porosidade do óxido de ferro e o caudal de gás sobre a sua superfı́cie influenciam a taxa de
sulfuração. Várias experiências têm sustentado a ideia que não existe um nı́vel de segurança
de sulfureto de hidrogénio, abaixo do qual, não se possa gerar um piróforo.
8
Navios-Tanque
Analisemos agora algumas situações particulares:
- Operações em Terminais. Nas operações em terminais é bem conhecido que o sulfureto
de ferro pirofórico é uma potencial fonte de ignição. Os depósitos pirofóricos tendem
a acumular-se em tanques de armazenamento ao serviço de petróleos brutos ácidos ou
em equipamento de processo movimentando correntes ácidas. Quando estes tanques
são retirados de serviço é prática normal manter as suas superfı́cies internas completamente húmidas, durante a ventilação, de modo a que não se possa produzir reacção
pirofórica antes do equipamento ficar isento de gases. Depósitos e lamas devem ser mantidos húmidas, até que sejam removidos para local seguro, onde posterior ignição não
cause perigo. Numerosos incêndios têm ocorrido quando os depósitos secaram prematuramente.
- Operações a bordo. Enquanto que o sulfureto de ferro pirofórico é geralmente reconhecido como uma fonte de ignição em operações desenvolvidas em terra tem sido raramente
citado como causa de ignição a bordo e apenas nos casos em que a concentração de
H2 S era muito alta. Presumivelmente as operações a bordo têm estado livres deste perigo, porque os tanques de carga de navios não inertizados, normalmente contêm algum
oxigénio no espaço de vapores como resultado da aerificação dos tanques.
- Tanques com gás inerte. O uso de gás inerte em navios de petróleo bruto pode aumentar a possibilidade de formação de depósitos pirofóricos devido à redução inicial do
nı́vel de oxigénio com o subsequente enchimento. No entanto, os gases de evacuação da
caldeira do navio tanque normalmente contêm de 1 a 5% de oxigénio, sendo este teor
posteriormente reduzido pela absorção na carga de petróleo bruto. Além disso, como os
tanques de carga são mantidos com gás inerte, com baixo teor de oxigénio, não entra
ar no espaço livre acima do nı́vel da carga. Se a pressão tiver que ser aumentada ela
sê-lo-á com gás inerte, contendo baixo teor de oxigénio As medições em navios com gás
inerte têm demonstrado que o teor de oxigénio nos tanques de carga é muitas vezes
virtualmente zero.
A generalizada utilização dos sistemas de gás inerte, durante a descarga dos navios de
petróleo bruto, tem provavelmente aumentado as possibilidades de formação de depósitos
pirofóricos, mas enquanto os tanques de carga permanecerem inertizados não há perigo de
ignição devido à reacção exotérmica pirofórica. Contudo é imperativo que não se permita que
a atmosfera no tanque se tome inflamável. As atmosferas inflamáveis formar-se-ão inevitavelmente, se os tanques forem descarregados enquanto a instalação de gás inerte estiver fora de
serviço. Isto não significa que a probabilidade de ignição seja alta, se a descarga se efectuar
sem controlo da atmosfera do tanque. Vários factores podem impedir a formação de piróforos
ou reacção pirofórica. Estes factores são:
i) a ausência de depósitos suficientemente espessos de óxido de ferro;
ii) a inclusão de enxofre elementar e de petróleo bruto nos depósitos do tanque;
iii) a introdução de oxigénio.
Estes factores inibidores não são contudo previsı́veis, nem nenhum deles poderá dar a
garantia de ser sempre efectivo. Assim, o grau de risco deve ser considerado suficientemente
elevado, para exigir que a atmosfera seja sempre mantida sob controlo, durante e após a
descarga. Para se garantir que o controlo da atmosfera possa ser mantido devem observar-se
as seguintes práticas:
- manutenção adequada das instalações de gás inerte
9
Navios-Tanque
- as peças de reserva dos componentes crı́ticos, que não possam ser obtidos rapidamente
ou que possam falhar repentinamente (ex: ventiladores) devem ser mantidas em stock.
- no caso de falta da instalação de gás inerte, antes ou durante a carga ou descarga de lastro, não devem estas operações ser começadas ou continuadas, até que o funcionamento
da instalação de gás inerte seja restaurado ou obtida uma fonte alternativa de gás inerte.
É evidente que qualquer depósito pirofórico formado durante a viagem em carga, não será
necessariamente desactivado durante a viagem em lastro subsequente. Portanto, a atmosfera
nos tanques deve ser mantida inerte ou não inflamável, tanto durante a viagem como durante
a descarga de lastro.
3
Realização de trabalhos a quente
Os armadores e operadores de navios-tanque deverão emitir orientações claras para os comandantes e tripulações, sobre o controle do trabalho a quente a bordo quando o navio está
em serviço. Os parágrafos seguintes têm por objectivo indicar as principais áreas que devem
receber particular atenção para aumentar a segurança na realizaç ao deste tipo de trabalhos.
Classifica-se como trabalho a quente, qualquer trabalho que exija o uso de arco eléctrico
ou equipamento de soldadura a gás, equipamentos de corte ou com outras formas de chama,
bem como quaisquer ferramentas que possam gerar faı́scas. Abrange todos estes trabalhos, independentemente do local onde sejam realizada a bordo de um navio, incluindo os pavimentos
descobertos, espaços com equipamentos e a casa da máquina.
Os trabalhos de reparação fora da casa da máquina que necessitem de trabalho a quente
devem ser realizados apenas quando forem essenciais para a segurança ou operação imediata
do navio, e quando nenhum outro procedimento alternativo de reparação é possı́vel. Trabalho
a quente fora da casa da máquina (e no seu interior quando associado a sistemas de combustı́vel
ou lubrificação) deve ser proibido até que os requisitos legais e outros regulamentos aplicáveis
forem cumpridos, as considerações de segurança tomadas em conta, e uma autorização de
trabalho a quente for emitida. Isto pode envolver o comandante, superintendente do armador,
fretador, representante do terminal e a autoridade portuária, conforme apropriado.
O trabalho a quente num terminal é normalmente proibido. Se o trabalho se tornar
essencial para a segurança ou por urgentes necessidades operacionais, então as normas regulamentares portuárias e do terminal devem ser respeitadas. Antes que qualquer trabalho seja
iniciado deve ser estabelecidada uma forma de comunicação com as autoridades portuárias e
do terminal.
3.1
Avaliação das condições para a realização do trabalho
O comandante é responsável por decidir se a realização do trabalho a quente é justificada, e
se ele pode ser realizado com segurança. Qualquer trabalho a quente em áreas fora da casa da
máquina não deve ser iniciado até que um procedimento tenha sido discutido e acordado, e o
comandante informado o armador ou operador do navio dos detalhes do trabalho a realizar.
Antes do inı́cio da realização do trabalho a quente deve ser realizada uma reunião de
segurança, dirigida pelo comandante do navio, para revisão cuidadosa do plano de trabalhos
e das precuções de segurança. Todos aqueles que têm responsabilidades na realização do
trabalho, pelo menos, devem estar presentes nesta reunião. Deve ser elaborado e acordado um
plano escrito para o trabalho e precauções de segurança com ele relacionadas. O plano deve,
10
Navios-Tanque
de forma clara e inequı́voca, designar um oficial responsável pela supervisão do trabalho, e um
outro oficial, responsável por precauções de segurança e comunicações entre todas as partes
envolvidas. A Fig. 4 inclui um fluxograma relativo ao processo de decisão da realização de
um trabalho a quente.
Figura 4: Fluxograma de apoio à decisão da realização de um trabalho a quente.
11
Navios-Tanque
Todo o pessoal envolvido na preparação e realização de um trabalho a quente deve ser
informado e instruı́do sobre o seu próprio papel. Devem entender claramente qual o oficial
responsável pela supervisão do trabalho e qual o responsável pela segurança. Deve ser emitida
uma autorização de trabalho a quente para cada tarefa prevista. A autorização deve especificar
o prazo de validade, que não deve exceder um dia de trabalho. Um exemplo de uma autorização
de trabalho a quente é dado na Fig. 5.
3.2
Preparativos para um trabalho a quente
Nenhum trabalho a quente deve ser realizado dentro de um compartimento até que ele tenha
sido limpo e ventilado. Os testes da atmosfera no compartimento devem indicar a concentração
de 21% em volume de oxigénio, tão baixa quanto possı́vel mas nunca superior a 1% LIE quanto
a vapores inflamáveis, e que o compartimento está isento de gases tóxicos. É importante
continuar a ventilação durante a realização do trabalho a quente.
Nenhum trabalho a quente deve ser realizado no convés aberto a menos que a área esteja livre de vapores inflamáveis e todos os compartimentos (incluindo tanques) dentro de um
raio especificado em torno da área de trabalho tenham sido lavados e removidos os vapores
inflamáveis e/ou com atmosfera inerte. Regulamentação nacional, ou até interna do armador, poderá dar orientações sobre aquela distância de segurança. Se não houver orientação
disponı́vel, então as recomendações do ISGOTT deverão ser tidas em conta. Todas as lamas, carepa impregnada com carga, sedimentos ou outros materiais susceptı́veis de libertar
vapores tóxicos ou inflamáveis, especialmente quando aquecidos, devem ser removidos de uma
área de pelo menos 10 metros em torno do local do trabalho a quente. Todos os materiais
combustı́veis, tais como o isolamento, devem ser removidos ou protegidos do calor.
Os compartimentos adjacentes devem ser limpos e desgasificados até que a concentração
de vapores da carga não seja superior a 1% LIE e mantidos inertizados, ou completamente
preenchidos com água. Nenhum trabalho a quente deve ser realizado num compartimento
debaixo de um tanque em uso.
Devem ser tomadas precauções para garantir que nenhuma libertação de vapores ou
lı́quidos inflamáveis possa ocorrer a partir de compartimentos adjacentes não desgasificados.
Um tanque de reserva de combustı́vel adjacente pode ser considerado seguro se os testes indicarem uma leitura não superior a 1 % do LIE no espaço vazio do tanque, e o trabalho a
quente não causar transmissão de calor através da antepara do tanque. Não deve ser realizado
nenhum trabalho a quente nas anteparas de tanques de combustı́vel em uso.
Todas as tubagens com ligação a espaços de carga devem ser lavadas, drenadas, ventiladas e
isoladas do compartimento ou da área do convés onde terá lugar o trabalho a quente. Trabalho
a quente em tubagem e válvulas só deve ser permitido após a desmontagem do componente
a necessitar de reparação e o isolamento, com juntas e flanges cegas, do restante sistema. O
componente a ser trabalhado deve ser limpo e desgasificado apropriadamente para trabalho a
quente, independentemente de ser ou não removido da área perigosa.
Todas as restantes operações utilizando o sistema de carga ou de lastro devem ser interrompidas antes do inı́cio da realização do trabalho a quente, e durante toda a duração do
mesmo.
Se o trabalho a quente for interrompido por qualquer motivo durante um longo perı́odo,
não deve ser reiniciado até que todas as precauções sejam novamente verificadas e uma nova
autorização de trabalho a quente seja emitida.
12
Navios-Tanque
Figura 5: Exemplo de uma autorização de trabalho a quente.
13
Navios-Tanque
3.3
Verificações a realizar pelo oficial responsável pela segurança
Devem estar previstos e prontos para utilização imediata os adequados equipamentos de combate a incêndio. Imediatamente antes do trabalho a quente ser iniciado, o responsável pelo
precauções de segurança deve examinar a área e assegurar que os testes com um indicador de
gás combustı́vel não mostram mais de 1% do LIE e, se o trabalho se realizar dentro de um
espaço fechado, que a concentração de oxigénio é de 21%, em volume. A atmosfera deve ser
analisada periodicamente e após cada interrupção de trabalho. Deve ser definida a frequência
com que a atmosfera é monitorizada.
Devem ser definidos procedimentos para a área de trabalho a quente e para os espaços
adjacentes não-inertizados, onde a transmissão de calor possa criar situações de perigo. Devem
ser estabelecidos meios eficazes para conter e extinguir faı́scas e escórias de soldadura. A área
de trabalho deve ser adequada e continuamente ventilada. Não devem estar presentes na zona
de trabalho solventes inflamáveis, nem mesmo para uso na limpeza de ferramentas.
As máquinas de soldadura e outros equipamentos a serem utilizados devem ser cuidadosamente inspeccionados antes de cada utilização para garantir que se encontra em boas condições
e, quando necessário, com a apropriada ligação eléctrica a uma terra.
Deve ser dada especial atenção aos equipamentos de arco eléctrico para garantir que:
- as ligações para alimentação de energia eléctrica são feitas num espaço desgasificado.
- Os cabos de alimentação proporcionam um isolamento seguro e são apropriados para
transportar a corrente eléctrica exigida sem sobrecarga e consequente sobreaquecimento.
- A passagem dos cabos faz-se pelos locais mais seguros, desgasificados ou inertizados.
3.4
Conclusão dos trabalhos a quente
A área de trabalho deve continuar protegida, e todos os equipamentos especiais usados devem
ser removidos. O armador ou o operador do navio deverá ser informado da conclusão de todos
os trabalhos a quente permitidos pela licença de trabalho a quente emitida.
4
Análise de atmosferas
4.1
Sequência de medições
O controlo das atmosferas deve ser efectuado de acordo com a seguinte sequência:
i) Medição da concentração de oxigénio;
ii) Medição da explosividade;
iii) Detecção da toxicidade do ambiente.
Após terem sido efectuados testes preliminares a partir do exterior, a entrada nos espaços
potencialmente tóxicos só deverá ser feita com recurso a equipamentos respiratórios adequados.
A medição, em primeiro lugar, da concentração de oxigénio é importante tendo em conta que
a generalidade dos explosı́metros só dão leituras fiáveis se o teor de oxigénio for suficiente para
o funcionamento do aparelho. No caso dos sensores catalı́ticos, devido ao seu princı́pio de
funcionamento, facilmente se constata que não funcionam em atmosferas com teor de oxigénio
14
Navios-Tanque
inferior a 12-13% em volume, dado que necessitam de um teor de O2 suficiente para que a
oxidação junto do filamento catalı́tico se possa realizar.
A análise da atmosfera deverá ser efectuada a várias cotas dado que, os gases tóxicos podem
encontrar-se estratificados devido a diferenças de densidade. Só após terem sido efectuadas
as medições deverá ser permitida a entrada no espaço em causa devendo o trabalhador estar
equipado com um aparelho respiratório. Esta medida torna-se essencial pois a existência de
lamas e resı́duos, que possam por qualquer motivo vir a ser agitados, podem dar origem à
libertação de gases inflamáveis ou tóxicos.
Para além de um conhecimento efectivo dos instrumentos de medição, é importante ter
em conta que os instrumentos de análise de gases, particularmente os que utilizam células
electroquı́micas, podem originar falsas leituras se estiverem sujeitos a factores como sejam:
- rápidas alterações na temperatura ambiente;
- radiação de transmissores portáteis ou telemóveis;
- impulsos de pressão;
- influência de outros gases interferentes.
Não basta possuir um aparelho, por muito bom que seja, é fundamental operá-lo correctamente e mantê-lo em perfeitas condições de operacionalidade. É essencial que os aparelhos
para a detecção de gases sejam:
- adequados à detecção dos gases que se suspeite existirem;
- de tipo aprovado, por exemplo ”intrinsecamente seguros”;
- mantidos e calibrados correctamente;
- aferidos frequentemente com amostras padronizadas de gases.
4.2
Tipos de analisadores de gases
Existe uma enorme variedade de sensores utilizados nos aparelhos de medição de gases, o que
torna a sua selecção uma tarefa algo complicada que exige um profundo conhecimento e uma
clara definição do tipo de atmosferas que se pretende monitorizar, bem como dos objectivos
deste controlo. Nestas breves notas sobre um tema tão vasto, iremos cingir-nos aos sensores
de utilização mais comuns.
4.2.1
Sensor catalı́tico
É um transdutor para a medição da pressão parcial de gases e vapores combustı́veis na atmosfera. Funciona de acordo com o princı́pio do calor de reacção. A atmosfera a ser monitorada
difunde-se através de um disco de metal sinterizado (3) e actua sobre o sensor (1) onde os gases
combustı́veis são queimados cataliticamente no elemento detector que se encontra a uma temperatura elevada. O oxigénio necessário à combustão provém do ar ambiente. O calor gerado
pela combustão aquece o elemento detector dando origem à alteração da resistência eléctrica
do próprio elemento e, consequentemente, ao desequilı́brio da ponte de resistências (Ponte de
Wheatstone) fazendo com que passe corrente pelo aparelho de medida (galvanómetro) (5). A
corrente eléctrica é proporcional à concentração dos gases combustı́veis.
15
Navios-Tanque
Figura 6: Sensor catalı́tico.
Tendo em conta o fim a que se destina e o princı́pio de funcionamento em que se baseia,
este tipo de aparelho necessita de possuir uma protecção contra explosões do tipo segurança
intrı́nseca. Neste sentido, para além de uma função filtrante, o disco de metal sinterizado, actua
como uma barreira corta chamas ”flame arrester”, impedindo que a oxidação (combustão) que
se verifica no interior do aparelho junto ao sensor catalı́tico, se propague à atmosfera exterior,
originando eventualmente uma explosão.
Para além do elemento detector catalı́tico activo, o sensor incorpora um elemento compensador inactivo (2) que também sofre aquecimento. A influência das condições de temperatura,
humidade ou condutibilidade térmica do ar ambiente a ser controlado, afectam ambos os
elementos da mesma forma o que compensa a influência desses factores.
Um dos problemas que se colocam com a utilização destes sensores é a possibilidade de
envenenamento ou degradação do desempenho devido à acção de substâncias interferentes.
Como substâncias que envenenam os sensores pode-se indicar:
- Compostos de chumbo;
- Compostos de enxofre;
- Silicones;
- Fosfatos e outros compostos contendo fósforo
Como substâncias que actuam como inibidores sobre os sensores pode-se indicar:
- Sulfureto de hidrogénio (em contacto com o filamento quente, polimeriza)
- Hidrocarbonetos halogenados (Freons, tricloroetileno, etc.)
Pelo seu princı́pio de funcionamento este tipo de analisador não é apropriado para ser
utilizado em ambientes com insuficiência de oxigénio, inferior a 11 % como é o caso dos
espaços inertizados.
4.2.2
Sensor de filamento quente não catalı́tico
Permite medir concentrações de gases inflamáveis com teores acima do LIE ou em atmosferas
com baixo teor de oxigénio. A composição da atmosfera envolvente do filamento determina a
taxa de dissipação do calor do filamento e em consequência a sua temperatura e resistência.
16
Navios-Tanque
A taxa de dissipação do calor é uma função não linear relativa à concentração de hidrocarbonetos a escala do aparelho reflecte esta não linearidade.
4.2.3
Medidor do ı́ndice de refracção
É um aparelho óptico baseado na diferença dos ı́ndices de refracção entre amostras de gás e ar.
Um feixe de luz é dividido em dois e posteriormente reunido numa lente. Os feixes reunidos
apresentam um espectro de interferência que aparece na forma de linhas escuras na lente.
Um feixe atravessa uma câmara com ar e o amostra da mistura a analisar. Inicialmente esta
câmara contém também ar puro para ajuste do aparelho de modo que uma das linhas escuras
coincida com o 0. Quando a mistura gasosa entra na câmara de análise, as linhas escuras
deslocam-se através da escala, numa extensão proporcional à variação do ı́ndice de refracção.
As moléculas podem ser conceptualizadas como conjuntos de bolas (átomos) ligadas entre
si por molas flexı́veis (ligações) que vibram (esticam, flectem e rodam) nas três dimensões.
Cada molécula possui determinados modos fixos nos quais este movimento vibratório pode
ocorrer. Os modos de vibração são determinados pela natureza das ligações especiı́ficas que
mantêm as moléculas. Quanto maior é a molécula, maior o número de modos de movimentos.
Cada modo representa um movimento vibratório a uma frequência especı́fica. Os modos são
sempre os mesmos para cada molécula especı́fica. As ligações quı́micas têm a particularidade
de absorverem a radiação infravermelha. A ligação contı́nua a vibrar à mesma frequência,
mas com maior amplitude após a transferência de energia. Para que a energia da radiação
de infravermelhos seja absorvida, isto é, para que a energia vibratória seja transferida para a
molécula, a frequência deve igualar a frequência do modo de vibração. As moléculas especı́ficas
absorvem a radiação IV a frequências precisas. Quando a radiação IV passa através de uma
câmara contendo um contaminante especı́fico, apenas aquelas frequências que atingem um dos
modos de vibração são absorvidas. O resto do feixe passa através da câmara sem ser utilizado.
Este é o princı́pio utilizado nos sensores de IV para a medição de gases.
A amostra a ser monitorizada penetra por difusão ou por meio de bomba, numa câmara
de medição. Um feixe de infravermelhos (3) atravessa a câmara através de uma janela e é
reflectido e focado num espelho esférico (4) saindo através de outra janela. O feixe reflectido
incide num separador ”beam splitter”. Parte do feixe é dirigida para um detector piroeléctrico
através de um filtro de interferência e convertido num sinal eléctrico. A parte do feixe reflectida pelo separador passa por outro filtro e incide no detector de referência. Se a mistura
contém o gás para o qual o sensor foi concebido, parte da radiação é absorvida no espectro
de comprimento de onda do filtro de medição e o detector de medição produz um decréscimo
do sinal eléctrico. Em simultâneo o sinal no detector de referência mantém-se inalterável. As
diferenças na saı́da da fonte de IV, a sujidade nas janelas ou no espelho bem como o pó ou
aerossóis contidos no ar, produzem efeito igual em ambos os detectores sendo por esse motivo
compensados.
4.2.4
Sensores electroquı́micos
Os analisadores deste tipo, determinam o teor do componente que se pretende medir, numa
mistura gasosa, através do sinal de saı́da de uma célula electrolı́tica. A atmosfera a ser
monitorizada (1) difunde-se através de uma barreira de difusão composta por um filtro de
poeiras (2) e um diafragma (3) no lı́quido electrolı́tico do sensor (5). O electrólito contém
um eléctrodo de medição (ânodo) (4), um contra-eléctrodo (7) e um eléctrodo de referência
(6). Um circuito exterior fornece uma diferença de potencial constante entre o eléctrodo de
17
Navios-Tanque
Figura 7: Sensor de infravermelhos.
medição e o eléctrodo de referência.
Figura 8: Sensor electroquı́mico.
A tensão, o electrólito e o material do eléctrodo, são seleccionados para que o componente
a medir seja reduzido electro-quimicamente no eléctrodo de medição. No caso da medição do
O2 , o aparelho utiliza um vaso de polarização que é constituı́do por um pequeno cilindro de
plástico transparente, cheio de uma solução electrolı́tica (cloreto de amónio NH4 Cl), no qual
estão montados eléctrodos de zinco e de carbono poroso. O gás a ser analisado é feito circular
através do eléctrodo de carbono. Se o oxigénio estiver presente, ele difunde-se através das
porosidades do carbono, para se combinar com o hidrogénio do electrólito e despolariza assim
o eléctrodo de carbono, do vaso de despolarização de zinco-carbono. A remoção do hidrogénio
resultante desta combinação, reduz a resistência interna do vaso de polarização e a corrente
eléctrica aumenta através da solução. Esta variação da intensidade de corrente eléctrica é
indicada na escala do aparelho graduada em percentagem de oxigénio. Recorda-se que se
designa por polarização a formação de uma camada de bolhas de hidrogénio do electrólito, que
se depositam na superfı́cie do eléctrodo positivo (carvão), impedindo a passagem de corrente
do eléctrodo para a solução. A despolarização corresponde à reacção de uma substância
despolarizante, oxigénio por exemplo, com o hidrogénio, reduzindo deste modo o efeito isolante
do hidrogénio. Durante o processo, a corrente que circula é proporcional à concentração de
18
Navios-Tanque
oxigénio de acordo com a reacção quı́mica:
O2 + 4H + + 4e− → 2H2 O
No contra-eléctrodo verifica-se a reacção inversa:
2H2 O → O2 + 4H + + 4e−
Utilizando o mesmo princı́pio de funcionamento, mas outros tipos de electrólitos e eléctrodos,
os sensores electroquı́micos podem ser utilizados para medição de gases tóxicos.
4.3
Medição da concentração de oxigénio
Os analisadores de oxigénio são normalmente utilizados para determinar se uma atmosfera,
por exemplo dentro de um tanque de carga, pode ser considerada completamente inerte ou
segura para a respiração humana. Para além dos sensores electroquı́micos já referidos, para a
medição do teor de oxigénio são também utilizados os seguintes tipos de dispositivos:
- Sensores paramagnéticos
- Lı́quidos quı́micos de absorção selectiva
4.3.1
Sensores paramagnéticos
O oxigénio é fortemente paramagnético, enquanto que muitos dos outros gases mais comuns
não têm esta propriedade. Esta propriedade, portanto, permite a detecção de oxigénio, numa
grande variedade de misturas gasosas. Um analisador de oxigénio do tipo paramagnético
correntemente utilizado possui uma célula de teste na qual é suspenso um corpo leve no seio
de um campo magnético. Quando uma amostra de gás atravessa a célula, o corpo suspenso fica
sujeito a um binário proporcional à permeabilidade magnética do gás. A corrente eléctrica que
atravessa uma bobina, que envolve o corpo suspenso, cria um binário igual e de sentido oposto
ao anterior, sendo esta corrente de equilı́brio, uma medida da força magnética e portanto uma
medida da permeabilidade magnética da amostra de gás, que por sua vez está relacionada com
o seu teor de oxigénio. Antes de ser utilizado, o analisador é calibrado com azoto ou dióxido
de carbono, para acerto do ponto zero e com ar a 21% de oxigénio.
4.3.2
Lı́quidos quı́micos de absorção selectiva
Neste tipo de analisador, um determinado volume de amostra de gás é colocado em contacto
com lı́quido absorvente de oxigénio, causando uma variação de volume do lı́quido. A relação
existente entre o volume final e o volume original, corresponde ao teor de oxigénio existente
na amostra de gás.
Não se recomenda a utilização deste tipo de analisador para verificar as condições da
atmosfera do volume livre acima de um compartimento carregado, devido ao efeito das elevadas
concentrações de gases de hidrocarbonetos sobre os reagentes.
4.4
Tubos indicadores quı́micos
Os tubos indicadores quı́micos ou tubos colorimétricos são constituı́dos por tubos contendo
um reagente patenteado que reage com um gás especı́fico produzindo uma indicação visı́vel da
19
Navios-Tanque
concentração do gás (Fig. 9). Os tubos são adaptados a uma bomba (Fig. 10) que aspira a
mistura de gases a medir através dos tubos. A reacção provoca uma alteração da cor ao longo
do tubo e a descoloração é uma medida da concentração do gás lida na escala do próprio tubo.
Figura 9: Tubo indicador quı́mico.
Figura 10: Bomba para tubos indicadores quı́micos.
Apesar das limitações deste tipo de aparelho, a sua simplicidade e o princı́pio de funcionamento fazem com que seja o mais indicado para a medição de baixas concentrações de
gases. Tendo em conta que a quantidade de ar aspirado é determinante para o rigor da
medição, o aparelho possui um contador de bombadas para permitir controlar a quantidade
de ar adequada paraa cada tipo de tubo.
4.5
Teste e calibração dos aparelhos de medição de gases
Em regra, os sensores dos aparelhos de medição de gases tóxicos são testados e calibrados com
amostras do próprio gás que se pretende medir. Da mesma forma, no caso dos sensores para
gases e vapores combustı́veis, a precisão das medições é maximizada se o sensor for calibrado
usando o mesmo gás ou vapor que se pretende monitorar. Contudo, quando isso não é possı́vel,
ou quando a substância a controlar não é conhecida, o alarme do aparelho deve ser ajustado
para 10% do LEL ou para um valor inferior.
Uma forma comum de utilização dos aparelhos, utiliza a resposta relativa do sensor quando
calibrado com uma determinada substância e exposto a outra. Neste caso, a leitura deve ser
corrigida multiplicando-a por um factor de correcção ou usando a curva de resposta do sensor
para as diferentes substâncias.
A previsão da concentração, baseada na resposta relativa teórica obriga a precauções, dado
que, a resposta relativa varia de sensor para sensor e ainda porque os factores de correcção
não se mantêm constantes ao longo da vida útil do sensor. Se a substância medida é incorrectamente identificada, ou se for utilizado um factor de correcção errado, podem ocorrer erros
muito significativos na leitura. Esta forma de utilização de um detector não é válida para
misturas gasosas.
Tanto para o teste como para a calibração dos sensores de um determinado equipamento
especı́fico torna-se indispensável seguir as instruções do fabricante, bem como as instruções
especı́ficas de cada um dos sensores. O que significa que estas notas não dispensam o conhecimento dessa informação e um conhecimento efectivo do equipamento.
O teste dos sensores do aparelho passa por verificar se o aparelho efectua as medições
com o rigor necessário de forma a evitar que uma leitura incorrecta possa vir a comprometer a
segurança. Os testes dos sensores são efectuados fornecendo ao equipamento um gás ou mistura
20
Navios-Tanque
Gás/vapor
combustı́vel
Hidrogénio
Metano
Propano
n-Butano
n-Pentano
n-Hexano
n-Octano
Metanol
Etanol
Álcool isopropilo
Acetona
Amonı́aco
Tolueno
Gasolina (s/chumbo)
calibrado com
pentano
2.2
2.0
1.3
1.2
1.0
0.9
0.8
2.3
1.6
1.4
1.4
2.6
0.7
1.2
calibrado com
propano
1.7
1.5
1.0
0.9
0.75
0.7
0.6
1.75
1.2
1.05
1.05
2.0
0.5
0.9
calibrado com
metano
1.1
1.0
0.65
0.6
0.5
0.45
0.4
1.15
0.8
0.7
0.7
1.3
0.35
0.6
Tabela 3: Resposta relativa de um sensor para gases combustı́veis
de gases padronizados numa concentração conhecida e verificar se a leitura corresponde ao
valor indicado pelo fabricante do gás de amostragem.
Como é óbvio, quando se utilizam gases de calibração tóxicos, o gás de escape não pode
ser inalado. Neste caso, ou se efectua a calibração num local convenientemente ventilado com
ar puro ou se utiliza uma mangueira para enviar o gás de escape para o exterior.
Os cuidados básicos para a calibração de analisadores são:
- Calibrar apenas se necessário;
- Reunir todos os elementos necessários às operações de calibração, incluindo as ”sensor
data sheets”;
- Verificar se existem poeiras nos dispositivos a utilizar, particularmente no regulador de
caudal;
- Efectuar em primeiro lugar a calibração do zero;
- Se tiver que efectuar a calibração de vários sensores, siga a seguinte sequência:
- Calibrar os sensores electroquı́micos (EQ);
- Calibrar o sensor de infravermelhos (IV);
- Calibrar o sensor catalı́tico (CAT).
Os cuidados básicos na operação dos aparelhos de medição de gases são:
- Efectuar a calibração com ar antes de cada utilização;
- Antes de cada medição importante para a segurança, verificar o zero e a sensibilidade
dos sensores;
- Operar com o aparelho apenas nas áreas para as quais ele possui protecção adequada,
tanto em termos de modo de protecção eléctrica (Ex) como protecção contra o ingresso
de água ou corpos estranhos (IP);
21
Navios-Tanque
- Não operar junto a fontes de radiação electromagnética;
- Procurar não submeter os sensores a concentrações acima do seu campo de medição
(risco de envenenamento e polimerização);
- Não deixar as baterias descarregadas por perı́odos prolongados.
22