EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
ANALISADORES MULTIWARN II e MINIWARN
1.
2.
2.1.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.
2.2.3.1.
2.3.
2.3.1.
2.3.2.
2.3.3.
2.3.4.
2.3.5.
2.3.6.
2.3.7.
2.3.8.
2.3.9.
2.3.10.
2.3.11.
2.3.12.
2.3.13.
2.3.14.
2.3.15.
2.3.16.
3.
3.1.
4.
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
6.
6.1.
6.2.
6.2.1.
6.2.2.
6.2.2.1.
6.2.2.2.
6.2.3.
6.3.
7.
Introdução ....................................................................................................................................................... 2
Controlo das atmosferas ................................................................................................................................. 3
Explosividade .................................................................................................................................................. 3
Toxicidade ....................................................................................................................................................... 5
Exposição ........................................................................................................................................................ 5
Doses e concentrações letais - LD50 e LC50 .................................................................................................. 5
Níveis admissíveis de concentração ................................................................................................................ 5
Formas de Limites de Exposição ..................................................................................................................... 6
Efeitos de algumas substãncias sobre o organismo humano.......................................................................... 6
Gases Tóxicos Irritantes .................................................................................................................................. 6
Gases tóxicos não irritantes ............................................................................................................................. 7
Ácido sulfídrico (H2S) ...................................................................................................................................... 7
Monóxido de carbono (CO) ............................................................................................................................ 7
Dióxido de carbono (CO2) .............................................................................................................................. 8
Fumos e gases................................................................................................................................................. 8
Atmosferas originadas pelo fogo ou pelo uso de produtos químicos a bordo. ................................................. 9
Aerossóis ......................................................................................................................................................... 9
Substâncias com comportamento particular .................................................................................................. 10
Perigos devidos ao contacto com produtos tóxicos e corrosivos ................................................................... 10
Carcinogénios ................................................................................................................................................ 10
Líquidos petrolíferos....................................................................................................................................... 11
Gases de petróleo.......................................................................................................................................... 11
Benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos .............................................................................................. 12
Gasolinas contendo tetraetilo de chumbo ou tetrametilo de chumbo............................................................. 12
Gás inerte ...................................................................................................................................................... 12
Carência de Oxigénio .................................................................................................................................... 13
Espaços confinados ...................................................................................................................................... 14
Análise de atmosferas ................................................................................................................................... 14
Transdutores utilizados nos analisadores de gases ...................................................................................... 15
Sensor catalítico ............................................................................................................................................ 15
Sensor de filamento quente não catalítico..................................................................................................... 16
Medidor do índice de refracção ..................................................................................................................... 17
Sensor de infravermelhos.............................................................................................................................. 17
Sensores electroquímicos ............................................................................................................................. 18
Medição da concentração de oxigénio .......................................................................................................... 18
Sensores paramagnéticos............................................................................................................................. 19
Líquidos químicos de absorção selectiva ...................................................................................................... 19
Tubos indicadores químicos .......................................................................................................................... 19
Calibração dos aparelhos de medição de gases ........................................................................................... 20
Teste do aparelho “DRAGER-MULTIWARN” ................................................................................................ 21
Calibração dos sensores do aparelho “DRAGER-MULTIWARN”.................................................................. 21
Calibração com ar puro – “fresh air calibration” ............................................................................................. 22
Calibração do Zero – “zero calibration” .......................................................................................................... 22
Sensores de gás combustível ou de produtos tóxicos ................................................................................... 22
Sensor de Oxigénio........................................................................................................................................ 22
Calibração com gás padrão “Span calibration” .............................................................................................. 22
Cuidados básicos para a calibração.............................................................................................................. 23
Cuidados básicos na operação do aparelho ................................................................................................. 23
João Emílio C. Silva
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1. Introdução
Os produtos químicos tornaram-se parte das nossas vidas, sustentando muitas das nossas actividades,
prevenindo e controlando doenças, aumentando a produtividade agrícola, etc. Porém, ninguém ignora
que muitos destes químicos, particularmente quando incorrectamente utilizados, podem tornar-se um
risco para a saúde e produzir danos sobre o meio ambiente.
Estima-se que cerca de 1.000 novos químicos entram no mercado todos os anos e, cerca de 100.000
substâncias químicas são utilizadas à escala global. Estas substâncias são usualmente encontradas
como constituintes de produtos comerciais. A conjugação do aumento do número de substâncias, com
o crescimento da produção industrial, implicam mais manuseamento, maior capacidade de
armazenagem, transporte, etc.
O ciclo de vida completo de um químico é um elemento determinante na avaliação dos riscos e dos
benefícios.
A maioria dos acidentes químicos têm um efeito limitado, ocasionalmente ocorrem desastres, tal como
o que ocorreu em Bopal na Índia, em 1984, onde se verificaram milhares de mortos e de pessoas
afectadas de forma permanente. Neste, como em muitos outros casos, as consequências continuam a
fazer-se sentir durante períodos prolongados (meses, anos e por vezes décadas).
Não é apenas o trabalhador que trabalha directamente com os produtos químicos que fica em risco.
Todos nós podemos vir a ser expostos, mesmo em nossas casas, quando se verificam acidentes ou
ser contaminados através de produtos de consumo, incluindo os alimentos. A entrada de contamiantes
extremamente agressivos na cadeia alimentar é muito mais fácil do que se pode supor.
O ambiente pode ser afectado, os químicos podem poluir o ar que respiramos, a água que bebemos, a
alimentação que comemos. Eles podem afectar a floresta, os lagos e os mares, destruindo a vida
selvagem e provocando profundas alterações nos ecosistemas.
Muitos dos acidentes industriais fatais que se verificam estão relacionados com riscos resultantes de
atmosferas perigosas. Muitos tipos de trabalhos que se realizam na actividade industrial, tais como
entrada em espaços confinados, trabalho a quente ou soldadura e muitos trabalhos de manutenção de
rotina das instalações, estão fortemente associados com o potencial de desenvolvimento de condições
atmosféricas perigosas, deficiência em oxigénio ou explosões. A causa de grande parte dos acidentes
ligados a atmosferas perigosas, são a incapacidade de reconhecer os riscos potenciais, a não
utilização ou utilização não adequada de procedimentos correctos para controlo ou eliminação dos
riscos e a não tomada de acções apropriadas quando as circunstâncias assim o exigiriam.
De acordo com estudos publicados por diversos organismos, designadamente o ‘National Institute for
Occupacional Safety and Health’ (NIOSH) e o ‘Occupational Safety and Health Administration’ (OSHA),
uma elevada quantidade destes acidentes são caracterizados por falhas no controlo das atmosferas
antes da entrada nos espaços ou durante a condução dos trabalhos. Esta constatação sugere que a
análise das atmosferas antes e durante a entrada em espaços potencialmente perigosos, deverá ser
uma componente fundamental em qualquer programa de gestão de riscos.
Os riscos das atmosferas associados com os espaços confinados a bordo dos navios, têm sido motivo
para o desenvolvimento de modernos dispositivos de teste. Em 1926, na sequência de um grave
acidente que se verificou num tanque de um navio, a Standard Oil Company da Califórnia decidiu
apoiar a investigação e o desenvolvimento de equipamentos de leitura directa para gases explosivos.
Como resultado desses trabalhos, Oliver W. Johnson desenvolveu e introduziu no mercado em 1927,
um indicador de explosividade portátil baseado na oxidação catalítica dos gases inflamáveis num
filamento de platina. Quase oitenta anos depois, muitos sensores utilizados nos equipamentos de
medição de explosividade, não obstante os diversos refinamentos que incorporam, continuam a
basear-se no mesmo princípio. Nos anos sessenta, foi desenvolvida a primeira geração de sensores
electroquímicos para medição da concentração de oxigénio que passaram a ser utilizados em
aparelhos portáteis. Actualmente os equipamentos portáteis de leitura directa em tempo real baseiamse numa grande variedade de princípios de detecção o que faz com que a questão da selecção da
técnica de detecção a utilizar em cada situação concreta seja um grande desafio.
A gestão da qualidade da atmosfera dos espaços confinados e dos locais de trabalho implica dois
requisitos básicos: avaliação adequada de riscos atmosféricos existentes ou potenciais e estratégias
para eliminar, controlar ou manter condições atmosféricas seguras. Antes de desenvolver qualquer
estratégia, é fundamental a avaliação de todas as situações de risco que podem ocorrer.
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2. Controlo das atmosferas
O controlo das atmosferas tem como objectivo verificar a sua segurança no que respeita aos seguintes
factores de risco:
•
Explosividade ou inflamabilidade;
•
Toxicidade;
•
Carência de Oxigénio.
Em muitas situações, como as que podem suceder a bordo dos navios, estes factores podem coexistir
em simultâneo - uma grande parte dos produtos químicos inflamáveis são também tóxicos - o que
aumenta o risco global e obriga a um controlo efectivo das atmosferas.
2.1.
Explosividade
Uma mistura de gases ou vapores combustíveis 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 combustível (gases)
suficientes para manter e propagar a combustão. Acima do Limite Superior de Explosividade – LSE1
(Upper Explosive Limit – UEL), a concentração de gases no ar é tal que não existe ar suficiente para
manter e propagar a combustão. A figura 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 (explosímetros), é limitado ao LEL.
Os limites de inflamabilidade variam
ligeiramente entre os hidrocarbonetos
gasosos puros e as misturas de gases
derivados de diferentes líquidos
petrolíferos.
Fig. 1 – Zona de Inflamabilidade
Em termos aproximados, pode dizer-se
que as misturas gasosas obtidas dos
petróleos brutos, as gasolinas para
veículos e aviões e produtos do tipo
gasolina
natural,
podem
ser
representados respectivamente pelo
gás puro de hidrocarbonetos tais como
propano, butano e pentano.
A tabela 1 indica os limites de inflamabilidade para estes três gases, e a quantidade de ar necessário
para os diluir, de modo a que a concentração em volume de cada um dos gases se situe 50% abaixo do
limite inferior de inflamabilidade. Este tipo de informação é bastante importante, pois indica a maior ou
menor facilidade com que os gases provenientes destes três líquidos se dispersam na atmosfera, até
atingirem uma concentração não inflamável.
1
As designações “Limite de Explosividade” e “Limite de Inflamabilidade” possuem o mesmo significado.
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GÁS
Limites de inflamabilidade ou explosividade
% em volume de hidrocarbonetos no ar
Número de diluições com ar
para reduzir a 50% em volume
abaixo do LEL
Superior
Inferior
PROPANO
9.3
2.12
23
BUTANO
8.4
1.86
26
PENTANO
7.8
1.40
33
Tabela 1 – Limites de explosividade
Na prática os limites inferior e superior de inflamabilidade dos óleos de carga transportados nos naviostanque podem, para a maior parte das finalidades, ser considerados como 1% e 10%, em volume
respectivamente.
A tabela 2 mostra os limites de explosividade de diversas substâncias. Um combustível com um campo
de inflamabilidade grande, (margens de explosividade afastadas), 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 gama de circunstâncias.
LFL/LEL
(% Vol.)
UFL/UEL
(% Vol.)
acetona
2.6
12.8
acetileno
2.5
100
amoníaco
16
25
12.5
74
óxido de etileno
3
100
hidrogénio
4
75
4.3
46
5
15
etano
3.0
12.5
propano
2.12
9.3
butano
1.86
8.4
pentano
1.40
7.8
hexano
1.18
7.4
heptano
1.10
6.7
octano
1.00
----
Substância
monóxido de carbono
sulfureto de hidrogénio
metano
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 pontos
localizados
(p.ex:
trabalhos
de
soldadura),
existe
uma
forte
probabilidade desse aumento da
temperatura originar a volatilização de
substâncias líquidas residuais, o que
poderá implicar que a atmosfera dentro
do espaço se torne explosiva.
Tabela 2 – Limites de explosividade
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2.2.
Toxicidade
No que respeita à acção das substâncias químicas sobre os organismos vivos, os seus efeitos
adversos são estudados através de variados tipos de análises e observações do domínio da
toxicologia. A previsão dos efeitos é baseada essencialmente na informação disponível sobre:
a substância e as suas propriedades químicas e físicas;
o sistema biológico afectado;
os efeitos ou resposta causada pela substância;
a exposição (dose, tempo, situação)
Esta informação é obtida a partir dos testes laboratoriais com células, bactérias, animais e acidentes
envolvendo a substância.
2.2.1.
Exposição
A exposição depende da quantidade de substância e do período durante o qual ela afecta o alvo
(humanos, animais ou bactérias).
As principais vias através das quais as substâncias tóxicas podem entrar no corpo humano durante a
actividade laboral, são:
por inalação;
através da pele;
por ingestão.
Para muitas substâncias os maiores efeitos e as mais rápidas reacções ocorrem quando a substância é
inserida directamente na circulação sanguínea. Na investigação toxicológica sobre animais, as vias de
exposição podem ser:
Inalação
Absorção (através da pele ou dos olhos)
Ingestão
Transferência através da placenta para um feto
Intravenosa (injecção na veia)
Intramuscular (injecção no músculo)
Subcutânea (injecção sob a pele)
Intraperitonal (injecção dentro da membrana que cobre a parede interior do abdómen)
2.2.2.
Doses e concentrações letais - LD50 e LC50
Para as diferentes substâncias, as doses necessárias para produzirem um efeito adverso variam
grandemente. A designação LD50 (Letal Dose 50) corresponde à dose mínima que provoca a morte a
50% das pessoas que a ela forem expostas. A designação LC50 (Letal Concentration 50) corresponde à
concentração mínima que provoca a morte a 50% das pessoas que a ela forem expostas.
2.2.3.
Níveis admissíveis de concentração
O conhecimento dos limites de concentração de gases ou vapores agressivos para a saúde é um factor
fundamental, tanto para aqueles que trabalham sujeitos a esse tipo de atmosferas, como para os
responsáveis.
A monitorização dos ambientes com aparelhos de medida, implica o conhecimento desses limites para
os diversos tipos de agentes tóxicos de forma a avaliar os tempos de exposição, o pré-ajuste dos
equipamentos e a definição dos limites de alarme.
Existem diversos tipos de valores limite. Os designados por TLVs (Thereshold Limit Values) são
publicados pela ACGIH – American Conference of Governmental Industrial Hygienists e dizem respeito a
concentrações das substâncias perigosas. Este indicador estabelece a concentração limite, abaixo da
qual é suposto que a generalidade das pessoas podem ser expostas repetidamente dia após dia sem
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sofrerem efeitos adversos. Os valores de TLV são regularmente corrigidos quando novas informações
são disponibilizadas.
Em Portugal, os Valores Limite Patamar ou TLVs são designados por Valores Limite de Exposição –
VLE.
Os valores limite de exposição são estabelecidos através de testes laboratoriais sobre cobaias animais,
em que são testados apenas os novos produtos em vias de comercialização. Este aspecto alerta-nos
para o facto de não serem conhecidos os efeitos que alguns produtos, disponíveis no mercado, podem
provocar a médio e longo prazo.
Os testes exigidos para os produtos novos são os seguintes:
Teste de toxicidade aguda, para se determinarem os efeitos imediatos de elevadas doses
dos produtos químicos no organismo, por várias vias de administração;
Testes à vista e à pele, para a determinação da irritação ou resposta alérgica;
Testes de toxicidade sub-aguda, considerando a exposição repetida durante curtos períodos;
Testes mutagénicos para a determinação dos efeitos cancerígenos.
Testes teratogéneos não são obrigatórios para a maioria dos produtos químicos, não sendo por isso
possível avaliar à partida, se estes produtos produzem efeitos sobre os embriões ou fetos.
2.2.3.1. Formas de Limites de Exposição
Valor Limite Patamar
(Thereshold Limit Value – Ceilling TLV-C)
Tempo Médio Ponderado TMP
(Thereshold
Limit
Value-Time
Weight Average - TLV-TWA)
Limite de Exposição de Curta
Duração LECD
(Thereshold Limit Value-Short Time
Exposure Limit TLV-STEL)
É o valor de concentração que não deve ser excedido em
momento nenhum, mesmo que instantaneamente. Este limite é
apenas determinado para um reduzido número de substâncias
de efeito tóxico rápido.
São aplicáveis à maioria das substâncias. Corresponde a um
valor
de
concentração
que
poderá
ser
excedido
temporariamente, desde que a exposição média durante um dia
de trabalho de 8 horas a cinco dias por semana, se situe abaixo
desse valor.
Corresponde aos limites máximos que poderão ser atingidos
mas nunca excedidos, mais que quatro vezes por um período
máximo de 15 minutos de cada vez, ao longo de um turno de
trabalho. Deverá existir uma hora de intervalo entre cada
período de exposição.
Os sistemas de avaliação existentes estão longe da perfeição e os LEO, cuja lista nunca se encontra
completa, não devem ser considerados limites absolutamente seguros. A susceptibilidade individual aos
produtos químicos fazem com que os indivíduos possam reagir de formas substancialmente distintas a
diferentes LEO’s. Para além das condições físicas das pessoas que são expostas a atmosferas tóxicas,
a influência de outros factores pode afectar a capacidade para suportar a exposição, tanto em tempo
como em concentração.
Por exemplo, pessoas que consumiram álcool 24 horas antes de terem sido expostas ao gás sulfídrico,
reagiram mal a concentrações particularmente baixas.
2.3.
2.3.1.
Efeitos de algumas substãncias sobre o organismo humano
Gases Tóxicos Irritantes
Alguns gases venenosos ou vapores emitidos por líquidos tais como o dióxido de enxofre, cloro, ácidos
minerais concentrados e amónia são extremamente irritantes. Estes pelo menos têm a particularidade
de serem tão intoleráveis que qualquer pessoa que seja por eles afectada tomará imediatamente as
medidas para atingir a atmosfera respirável.
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2.3.2.
Gases tóxicos não irritantes
Estes gases e vapores, tais como o monóxido de carbono, cloreto de metilo e o brometo de metilo são
traiçoeiros pois não têm cheiro e, como são não irritantes, as pessoas não dão pela sua presença. No
caso do brometo de metilo, utilizado em antigos equipamentos de refrigeração, era normalmente
incorporado uma pequena proporção de gás lacrimogénio para actuar como avisador de fuga.
2.3.3.
Ácido sulfídrico (H2S)
O H2S que se encontra presente no crude, é extremamente venenoso provocando a inconsciência e a
morte em concentrações relativamente baixas. Muitos petróleos brutos saem dos poços com elevados
níveis de sulfureto de hidrogénio, mas este nível é geralmente reduzido por processos de estabilização
antes do petróleo ser fornecido ao navio. Contudo, o teor de estabilização pode ser temporariamente
reduzido em certos períodos. Nesses casos, um navio tanque pode receber petróleo bruto com um
conteúdo de sulfureto de hidrogénio superior ao habitual.
Alguns petróleos brutos nunca são estabilizados e contêm sempre um nível elevado de sulfureto de
hidrogénio. Este produto pode também ser encontrado em outras cargas, tais como nafta, betumes e
gasóleo.
ppm
EFEITOS E SINTOMAS
0,13............................. Odor ligeiro
4,60............................. Fácilmente detectável
10,0............................. Nível máximo de exposição admitido
20,0............................. Primeiras manifestações de irritação da vista
27,0............................. Forte cheiro desagradável mas não intolerável
100.............................. Tosse, irritação da vista, perda do olfacto, depois de 2 a 15 minutos de exposição
200-300 ...................... Conjuntivite aguda e problemas respiratórios após 60 min.
500-700 ...................... Perda de consciência e morte possível entre 30 a 60 min.
700-1000 .................... Inconsiência rápida, paragem da respiração e morte
1000-2000 .................. Inconsciência aguda, paragem quase imediata da respiração e morte em alguns minutos.
A morte pode ocorrer mesmo depois do indivíduo ser retirado para o ar fresco.
Tabela 3 – H2S efeitos e sintomas
O forte odor a ovos podres do H2S permite uma detecção fácil, mas apenas até um limite de
concentração muito baixo, dado que acima desse limite (≈ 100 ppm), ou após exposição prolongada, tem
um efeito anestesiante sobre o nervo olfativo, o que impede a sua detecção. O cheiro do H2S pode ainda
ser encoberto pelo odor de outros gases presentes na atmosfera, tais como o butano e o propano. A
concentração de H2S no vapor acima do crude transportado, depende do tipo de crude e de outros
factores como a pressão de vapor do líquido, da sua temperatura, do volume do espaço livre do tanque,
etc.
É importante distinguir entre a concentração de sulfureto de hidrogénio na atmosfera, expresso em ppm
e a concentração em líquido petrolífero, expresso em ppm por peso. Por exemplo, um petróleo bruto
contendo 70 ppm (em peso) de bissulfureto de hidrogénio tem demonstrado dar origem à concentração
de 7.000 ppm (em volume) na corrente de gás que atravessa a abertura de sondagem acima do tanque
de petróleo bruto.
2.3.4.
Monóxido de carbono (CO)
Para além de estar presente nos produtos petrolíferos, o CO surge sempre que existe um incêndio ou
outro tipo de combustão, particularmente se ela for incompleta, o que se verifica invariavelmente quando
essa combustão se desenvolve num espaço fechado ou onde o ar tenha dificuldade em chegar.
O CO é também um gás tóxico, incolor e inodoro que tem a capacidade 100 vezes superior à do oxigénio
de se combinar com a hemoglobina dos glóbulos vermelhos formando um composto extremamente
estável (hemoglobina carbóxida) que impede o transporte de oxigénio para as células.
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ppm
EFEITOS E SINTOMAS
TEMPO
50........................... Nível máximo de exposição admitido ....................................................................... 8 horas
200......................... Ligeiras dores de cabeça; desconforto..................................................................... 3 horas
400......................... Dores de cabeça; desconforto acentuado ................................................................ 2 hora
600......................... Fortes dores de cabeça; desconforto profundo ........................................................ 1 hora
1000-2000.............. Confusão; fortes dores de cabeça, náuseas ............................................................ 1 hora
1000-2000.............. Tendência para vertigens ......................................................................................... 30 min
2000-2500.............. Inconsciência ............................................................................................................ 30 min
4000....................... Fatal .......................................................................................................................... < 1 hora
Tabela 4 – CO efeitos e sintomas
2.3.5.
Dióxido de carbono (CO2)
O CO2 é uma substância asfixiante que provoca a hipóxia (redução do nível de O2 na atmosfera). Por
outro lado, mesmo em baixa concentração, afecta o centro respiratório no cérebro, estimulando a
frequência e amplitude da respiração.
Por este facto, se numa atmosfera estiver presente, em conjunto com o CO2, um gás venenoso mesmo
numa baixa concentração, o facto do CO2 provocar o aumento do ritmo e a amplitude de respiração,
pode fazer com que essa atmosfera se torne tóxica e mesmo letal.
% em Volume
EFEITOS E SINTOMAS
1-2
Ligeiro aumento na profundidade dos ciclos respiratórios, em certos casos, dores de cabeça e fadiga
3
Fortes dores de cabeça com abundante transpiração. Quebra acentuada da eficácia
4
Afogueamento das faces; palpitações
5
Nível máximo de exposição admitido. Depressão mental
6
Trabalhos pesados impraticáveis. Visões
8
Tremores, convulsões, coma e morte
Tabela 5 – CO2 efeitos e sintomas
A tabela seguinte compara algumas características de produtos tóxicos e/ou asfixiantes relativamente
comuns.
Gravidade
Específica
Produto
Limite
patamar (ppm)
Patamar
perigoso
Concentração
Letal
Cianeto
HCN
0,94
10
150 ppm/hora
300 ppm
Ácido Sulfídrico
H2S
1,18
10
250 ppm/hora
600 ppm
Anidrido Sulfuroso
SO2
2,21
5
Cloro
Cl
2,45
1
4 ppm/hora
1000 ppm
Monóxido Carbono
CO
0,97
50
400 ppm/hora
1000 ppm
Dióxido Carbono
CO2
1,52
5000
5%
10%
1000 ppm
Tabela 6 – Comparação entre produtos tóxicos
2.3.6.
Fumos e gases
Os efeitos do ar quente e dos gases de combustão podem ser mortais. No mínimo, provocam a
obstrução da visão, desorientação e perda de controlo motor e, se inalados, contribuem para a
imobilidade e falha respiratória.
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Um dos problemas mais importantes é a dificuldade em conter ou isolar os gases e os fumos produzidos
por um incêndio. Durante um incêndio, a temperatura e a pressão do ar nas imediações aumentam o que
provoca um fluxo desses gases e fumos para outros locais do navio. Por este motivo é importante
manter em boas condições operacionais as portas e todos os sistemas de vedação de forma a impedir a
propagação dos gases e fumos.
Gases - Ponto de ebulição abaixo da temperatura ambiente, à pressão atmosférica normal.
Vapores - Fase gasosa de uma substância que normalmente existe em estado sólido ou líquido à
temperatura e pressão atmosféricas normais.
Aerossóis - Partículas finamente divididas de um líquido ou sólido que se mantém em suspensão no ar
ou que se depositam lentamente dependendo do seu tamanho. São agregados de moléculas com
tamanhos que variam entre 0,01 e 100 µm de diâmetro.
Produto
Dimensão
Produzido por:
Fumo
< 0,1 µm
Combustão incompleta, ex: fumo tabaco
Vapores
0,1 a 1,0 µm
Condensação de sólidos volatilizados
Poeiras
1,0 a 100 µm
Abrasão ou desintegração de materiais
Neblinas
100 a 500 µm
Condensação de estados gasosos
Tabela 7 – Fumos, gases, poeiras e neblinas
2.3.7.
Atmosferas originadas pelo fogo ou pelo uso de produtos químicos a bordo.
Atmosferas venenosas podem resultar da combustão e degradação dos produtos de fogos.
Particularmente perigosos são o monóxido de carbono e vários produtos clorados derivados de alguns
plásticos e tintas. A remoção destas, durante a preparação de superfícies por chama ou como
consequência de soldadura ou corte a fogo pode produzir fumos perigosos.
Deve ter-se especial cuidado na utilização de hidrocarbonetos clorados como produtos de limpeza e
decapantes de tintas, tais como o tricloroetileno, tetracloreto de carbono, tricloroetano e cloreto de
metileno para que estes ou os seus vapores não entrem em contacto com chamas e superfícies ao
rubro, porque se formam produtos venenosos por decomposição.
É particularmente perigoso filmar quando se utilizam estes solventes, uma vez que um cigarro aceso
pode resultar na formação de fosgénio (cloreto de carbonilo COCl2), o qual é altamente tóxico, mesmo
em concentrações de poucas partes por milhão.
Vários produtos de tratamento usados a bordo podem emitir vapores venenosos mas normalmente não a
níveis perigosos a não ser que mal manuseados ou em contacto com outros produtos químicos. Por
exemplo, a solução de hipoclorito de sódio NaOCl e o cloreto de cálcio Ca(OCI)2, que são usados em
forma diluída para limpezas e desinfecções e para a prevenção de incrustações nos circuitos de água do
mar, podem emitir cloro em quantidades perigosas se misturados com ácidos.
Alguns fluídos removedores de ferrugem (que não devem ser em qualquer caso diluídos ou agitados na
embalagem), se colocados num reservatório de zinco, tais como recipientes de chapa galvanizada
podem causar perigo. Não apenas se desenvolverá hidrogénio sob estas condições, mas também
alguns destes líquidos contêm inibidores que podem resultar na produção de compostos gasosos
venenosos de arsénio e antimónio, chamados arsianeto de hidrogénio ASH3 e estibio SbH3.
2.3.8.
Aerossóis
Os aerossóis não podem ser classificados em qualquer dos grupos anteriores pois eles cobrem uma
gama variada de produtos químicos.
Os propulsores geralmente utilizados, são fluorcarbonos que têm sido geralmente considerados inócuos,
a não ser que entrem em contacto com uma chama aberta ou superfície quente, podendo nesses casos
produzir-se gases tóxicos. Do ponto de vista da inalação, o maior perigo resulta dos ingredientes
distintos dos propulsores que podem incluir produtos tóxicos ou corrosivos. Existem presentemente
algumas dúvidas se os fluorcarbonos serão realmente tão inócuos como têm sido considerados.
Os aerossóis devem ser armazenados afastados de fontes de calor e não serem colocados sob cargas
pesadas que possam pressionar a sua válvula de descarga e permitir a fbga do seu conteúdo. Não
João Emílio C. Silva
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
devem ainda ser armazenados com cargas susceptíveis de provocarem incêndios, tais como líquidos
inflamáveis.
2.3.9.
Substâncias com comportamento particular
A inalação de poeiras com possível afecção dos pulmões não é uma situação comum a bordo dos
navios, mas pode ocorrer, principalmente, como resultado da existência de partículas no fumo de um
incêndio.
A poeira de alguns produtos químicos, tais como o hipoclorito de cálcio pode irritar as mucosas. Nos
estaleiros devem tomar-se cuidados especiais quando se remove tinta por processos mecânicos, tais
como decapagem, não apenas relativamente ás pessoas envolvidas no trabalho, mas também tendo em
atenção outras pessoas que possam encontrar-se a trabalhar nas instalações.
Substâncias específicas de origem biológica podem ser fonte de complicações, que não são geralmente
tidas em consideração. É o caso do desenvolvimento de fungos e bolores em compartimentos húmidos e
quentes, tais como copas, casas de banho, lavandarias, etc., especialmente quando a ventilação é
insuficiente. Estas culturas desenvolvem milhões de esporos que se dispersam na atmosfera e podem
causar sérios incómodos para as pessoas sensíveis a problemas respiratórios.
Para além do esforço da ventilação, as culturas de fungos podem ser grandemente evitados mantendo
as superfícies limpas e, se necessário, pela aplicação de lavagens com produtos antifungos, tendo no
entanto o cuidado de que estes produtos não entrem em contacto com os alimentos.
2.3.10. Perigos devidos ao contacto com produtos tóxicos e corrosivos
Nunca será demais referir que no manuseamento de produtos químicos se deve usar vestuário de
protecção, tais como luvas e óculos. O derrame de alguns produtos químicos sobre a pele pode causar
queimaduras e afectar os olhos.
Particularmente perigosos são determinados ácidos minerais concentrados, produtos cáusticos alcalinos
concentrados e alguns compostos fenólicos, tais como o fenol. Ainda que diluídos os produtos químicos
podem ser perigosos para os olhos. É preciso também grande cuidado no manuseamento de
substâncias ultra-frias, tais como o dióxido de carbono sólido (gelo seco) e azoto líquido
Alguns produtos químicos em contacto com a pele podem penetrar no organismo através dos poros da
pele. Os líquidos e os sólidos solúveis na água são os mais susceptíveis de causar problema em
relação a este aspecto, uma vez que os sólidos solúveis na água podem ser dissolvidos pelo suor
humano.
Em todos os casos quando uma pessoa tenha estado em contacto com um produto tóxico ou corrosivo,
o primeiro tratamento consiste na aplicação, tão rápida quanto possível de grande quantidade de água
limpa, de modo a diluir qualquer produto presente. No caso de derrames sobre os olhos, recomenda-se
a sua lavagem com água limpa durante pelo menos 45 minutos,
2.3.11. Carcinogénios
São os produtos químicos que provocam cancro nos tecidos vivos. Os produtos conhecidos que são
particularmente perigosos a este respeito são vários extractos de carvão, fuligem, alguns lubrificantes,
certos compostos de arsénio, alguns produtos intermédios usados na síntese de corantes e fumo de
tabaco.
Muitos outros existem, contudo, enquanto que outros presentemente considerados inócuos podem
eventualmente vir a provar-se serem perigosos. Infelizmente terá que decorrer um longo tempo até que
seja possível estabelecer com certeza que a substância é carcinogénia.
É geralmente considerado que os produtos químicos raramente causam cancro por contaminação
ocasional, mas apenas por exposições prolongadas ou frequentes. Não obstante este facto, é
recomendável tomar todas as precauções possíveis (como referido anteriormente) para evitar respirar
vapores químicos ou poeiras ou o contacto de líquidos ou sólidos químicos com a pele.
Tanto quanto é conhecido não existe uma relação de produtos carcinogénios especificamente aplicados
à actividade marítima, mas pode ser obtida uma informação geral do Health Hazards of the Human
Enviromnent, publicado pela Organização Mundial de Saúde em Genebra em 1972. A nível nacional, foi
publicado pelo Ministério do Trabalho e Segurança Social o DL nº 479/85, de 13 de Novembro que indica
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
as substâncias cancerígenas para o Homem e as substâncias provavelmente cancerígenas para o
Homem. A norma NP-1796 estabelece a seguinte classificação das substâncias:
C1 - Reconhecidamente cancerígena para o homem
C2 – Suspeita de ter efeito oncogénico potencial
C1a – Com nível admissível de concentração
C1b – Sem nível admissível de concentração
Exemplos:
Substância
Tipo
VLE
(Valor Limite de Exposição)
Amianto ou asbestos
C1a
0,2 fibras (>5µm).(cm3)-1
Cloreto de vinilo
C1a
5 ppm
Benzidina
C1b
(1 )
B-naftilamina
C1b
(1 )
Acrilonitrilo
C2
2 ppm (2)
Formaldeído
C2
1 ppm
(1) – nenhuma exposição
(2) – 0,3 ppm TLV
Tabela 8 - Carcinogénios
2.3.12. Líquidos petrolíferos
Ingestão - o risco de ingestão de quantidades significativas de líquidos petrolíferos, durante as
operações normais do navio, é muito reduzido. O petróleo tem baixa toxidade oral para o Homem, mas
quando ingerido causa náuseas e incómodos agudos.
Há, portanto, a possibilidade de que um líquido petrolífero possa ser introduzido nos pulmões, devido
aos vómitos e isto pode ter sérias consequências, especialmente com produtos altamente voláteis, tais
como as gasolinas e o querosene.
Contacto com a pele - muitos produtos petrolíferos, especialmente os mais voláteis causam irritação da
pele e removem óleos essenciais para a pele provocando dermatites. São também irritantes para os
olhos. Certos óleos pesados podem causar sérios distúrbios para a pele se estes estiver com eles em
contacto repetido e prolongado.
2.3.13. Gases de petróleo
O principal efeito dos gases de petróleo sobre as pessoas é o de produzir narcose. Os sintomas incluem
dores de cabeça e irritação dos olhos, com diminuição de discernimento e tonturas similares a
embriaguez. Com elevadas concentrações pode surgir paralisia, insensibilidade e morte.
A toxicidade dos gases de petróleo pode variar grandemente, dependendo do principal hidrocarboneto
dos gases. A toxicidade pode ser grandemente influenciada pela presença de componentes em
pequenas quantidades, tais como hidrocarbonetos aromáticos (benzeno) e sulfureto de hidrogénio.
Um TLV de 30 ppm correspondente a cerca de 2% do LEL, é o valor estabelecido para vapores de
gasolina. Este valor pode ser considerado como referência geral para os gases de petróleo, mas não
pode ser aplicado a misturas gasosas contendo benzeno ou sulfureto de hidrogénio. O ser humano
pode tolerar concentrações um pouco mais elevadas que o TLV por pequenos períodos.
João Emílio C. Silva
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0, 1 % vol. (1.000 ppm)
irritação dos olhos ao fim de uma hora
0,2% vol. (2.000 ppm)
irritação dos olhos, nariz e garganta, tonturas e instabilidade ao fim de ½ hora
0,7% vol (7.000 ppm)
sintomas de embriagues ao fim de 15 minutos;
1% vol (10.000 ppm)
ataque rápido de "embriagues" que pode conduzir a inconsciência e morte, se a
exposição continuar.
2% vol (20.000 ppm)
paralisia e morte ocorrem muito rapidamente.
Tabela 9 - Efeitos típicos dos gases de petróleo
O cheiro das misturas petrolíferas gasosas é muito variável e em alguns casos, os gases podem
insensibilizar o sentido do olfacto. A diminuição do olfacto é particularmente agravada se a mistura
contiver sulfureto de hidrogénio. A ausência de cheiro nunca deve ser tomado como indicador da
ausência de gás.
O TLV é consideravelmente inferior ao limite inferior de inflamabilidade e portanto os indicadores de
gases combustíveis não nos indicam concentrações de gases nesta ordem de grandeza.
2.3.14. Benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos
Os hidrocarbonetos aromáticos incluem o benzeno, tolueno e exileno. São componentes em quantidades
variáveis de muitas cargas petrolíferas típicas, tais como gasolinas, componentes para misturas de
gasolina, nafta e solventes com ponto de ebulição especial.
O TLV dos hidrocarbonetos aromáticos é geralmente inferior ao dos outros hidrocarbonetos nos gases
de petróleo. Em particular o benzeno tem um TLV de 10 ppm, valor de exposição que não deve ser
excedido. O efeitos crónicos de exposição aos vapores de benzeno, em concentrações superiores ás
referidas conduzem a distúrbios no sangue e na medula óssea.
pessoal envolvido na carga, em tanques abertos, dos produtos atrás referidos (ou seja com sondagem
manual através de aberturas de inspecção) e especialmente durante o atesto dos tanques, podem ficar
expostos a concentrações de vapores de benzeno acima do TLV.
Antes de entrar nos tanques que tenham contido produtos petrolíferos tais como os anteriormente
referidos, devem esses tanques ser ventilados até se atingir uma leitura não superior a 1% do LEL num
indicador de gases combustíveis e então verificar que o TLV de 10 ppm não é excedido. Os testes para
benzeno, nestes valores de baixas concentrações só podem ser feitos com indicadores químicos
especiais.
2.3.15. Gasolinas contendo tetraetilo de chumbo ou tetrametilo de chumbo
As quantidades de tetraetilo de chumbo (TEL) ou tetrametilo de chumbo (TMI) normalmente adicionadas
ás gasolinas, são insuficientes para tomar os gases destes produtos significativamente mais tóxicos do
que os que provêm de gasolinas sem chumbo. Os efeitos dos gases desenvolvidos a partir de gasolinas
com chumbo, são semelhantes aos que foram referidos para os gases de produtos petrolíferos.
2.3.16. Gás inerte
O maior perigo associado ao gás inerte é o baixo teor de oxigénio. Contudo, o gás inerte produzido pela
combustão numa caldeira ou num gerador próprio de gás inerte, contém vestígios de vários gases
tóxicos, que podem aumentar os perigos para as pessoas que a eles se expõem.
Os gases de evacuação quando são gerados contêm normalmente cerca de 200 ppm por volume de
misturas de óxidos de azoto (NO2). A maior parte é de óxido nítrico (NO), que não é retirado na torre de
lavagem de gases (water scrubbing ou scrubber).
O óxido nítrico reage lentamente com o oxigénio, formando dióxido de azoto (NO2). Após a permanência
do gás num tanque durante 1 a 2 dias, a concentração total de óxidos de azoto reduz-se para o nível de
10-20 ppm por diluição na água do dióxido de azoto solúvel, ou por condensação, produzindo ácido
nítrico ou nitroso. Para além deste limite a redução é muito lenta. O óxido nítrico é um gás incolor, com
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
cheiro ligeiro na proporção de TLV de 25ppm. O dióxido de azoto é ainda mais tóxico, com um TLV de 3
ppm.
Os gases de evacuação produzidos pela combustão de combustíveis de alto teor de enxofre, tipicamente
contêm cerca de 2.000 ppm de dióxido de enxofre (SO2). As torres de lavagem do gás inerte retiram
este gás com eficiência, dependendo esta, da concepção e operação do equipamento, permitindo
produzir gás inerte com um teor de dióxido de enxofre geralmente entre 2 a 50 ppm.
O dióxido de enxofre produz irritação dos olhos, nariz e garganta e pode causar dificuldades de
respiração em pessoas sensíveis. Tem um cheiro característico em concentrações de TLV de 2 ppm.
O monóxido de carbono (CO) está normalmente presente nos gases de evacuação, num nível de apenas
poucas partes por milhão, mas em condições de combustão anormais e a baixas velocidades pode
atingir níveis superiores a 200 ppm.
3. Carência de Oxigénio
Para além dos perigos dos gases tóxicos, deve ainda considerar-se o perigo de penetrar num
compartimento no qual, gases que não são tóxicos, no sentido geralmente aceite, tenham substituído o
ar numa tal quantidade que o oxigénio na atmosfera tenha sido reduzido abaixo do nível no qual a vida
possa ser mantida.
Portanto, os compartimentos nos quais tenha sido introduzido dióxido de carbono, azoto, ou gás inerte
para combate a incêndio ou inertização e os tanques que tenham contido hidrocarbonetos ou os espaços
de onde o ar tenha sido deslocado, devem ser verificados os seus teores de oxigénio e a presença de
outros gases, antes que alguém seja autorizado a penetrar nesses locais sem aparelho de respiração
autónoma.
Atmosferas não respiráveis podem desenvolver-se como resultado da produção de dióxido de carbono
em espaços refrigerados contendo fruta e em porões contendo cereais, se ocorrer a fermentação dos
produtos.
Os tanques de água salgada de lastro sem pintura e fechados podem, também, representar perigo
quando são abertos, após terem permanecido fechados durante longos períodos (ex : um ano ou mais),
uma vez que a corrosão do aço pode ter reduzido a normal concentração de oxigénio a tal ponto que a
atmosfera não seja respirável.
Convém ter em conta que o teor de oxigénio deve encontrar-se situado entre 20,8 e 21% por volume,
sendo que, qualquer concentração abaixo desse valor, deverá levantar de imediato suspeitas sobre as
causas que hajam provocado a insuficiência. A carência de O2, pode ser devida a diversos factores,
como sejam a diluição da atmosfera por outros gases, a combustão de materiais dentro de um espaço, a
corrosão, a inertização, etc.
A tabela seguinte mostra-nos os efeitos do oxigénio a várias concentrações sobre o organismo.
% em Volume
19.5
EFEITOS E SINTOMAS
Nível mínimo permissível para locais onde os mamíferos devam permanecer em continuidade.
15-19
Reduz a capacidade de trabalho intenso. Poderá induzir sintomas primários em pessoas com problemas
coronários, pulmonares e/ou circulatórios
12-14
Aumenta o esforço de respiração, taquicardia, dificuldade na coordenação de movimentos, percepção e
capacidade de avaliação (redução das capacidades cognitivas)
10-12
Aceleração da respiração em frequência e amplitude, perda gradual das capacidades cognitivas, lábios
azuis (primeiros sinais de asfixia)
8-10
Redução das faculdades mentais, desmaio, inconsciência, empaledecimento da face, acentuamento da
cor azul dos lábios, náuseas e vómitos
6-8
6 Minutos – fatal em 50% dos casos
4-6
Coma em 40 seg., convulsão, interrupção involuntária da respiração, MORTE
8 minutos - 100% fatal
Tabela 10 – Efeitos do oxigénio em função da concentração
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
3.1.
Espaços confinados
O termo “espaço confinado” aplica-se a qualquer espaço total ou parcialmente restringido por partições,
acima ou abaixo do chão ou convés de um navio, onde exista a probabilidade de ocorrência de uma
atmosfera deficiente ou enriquecida em oxigénio, ou onde seja possível a acumulação de poeiras,
aerossóis vapores ou gases inflamáveis ou tóxicos.
Todos os espaços confinados, independentemente da sua localização, devem ser considerados
inseguros e tratados como tal, até avaliação que mostre efectivamente o contrário.
A entrada num espaço confinado, independentemente das razões que a determinam, só deverá ser
considerada e realizada após terem sido esgotadas todas as possibilidades de actuar por processos
menos perigosos.
A única forma de garantir a segurança ou, pelo menos minimizar os riscos inerentes à entrada num
espaço confinado, sem recurso a equipamentos de protecção respiratória, consiste em proceder à
análise da atmosfera existente a fim de se detectarem vapores inflamáveis, gases tóxicos ou deficiências
em oxigénio.
A entrada em espaços confinados e noutros espaços com atmosferas IDLH (Immediately Dangerous to
Life or Health) implica a existência de procedimentos escritos. O pessoal deve estar perfeitamente
familiarizado com estes procedimentos e com os equipamentos que são utilizados, particularmente com
os aparelhos respiratórios e com os analisadores de atmosferas.
Quando é necessário proceder à entrada num espaço com atmosfera IDLH deverá estar presente junto
ao local de entrada, no mínimo, uma pessoa em ‘stand-by’ com equipamento adequado ao resgate,
incluindo um ARICA (Aparelho Respiratório Isolante de Circuito Aberto). As comunicações entre os
membros da equipa devem ser mantidas em permanência utilizando um sistema de sinais visuais, por
voz, através da linha de segurança, telefone, radio ou outro processo que seja considerado
suficientemente eficaz nas condições em presença.
O utilizador do ARICA, deve estar equipado com uma linha de segurança ligada ao arnês para permitir a
sua retirada da atmosfera IDLH em caso de necessidade.
Ninguém deverá entrar num espaço onde a atmosfera se situe acima do Limite Inferior de Explosividade
– LEL.
Ninguém deve entrar num compartimento sem envergar aparelho respiratório adequado, se existir a
possibilidade de existência de contaminantes atmosféricos, em teor superior aos limites de exposição
permissíveis, ou deficiência de oxigénio.
Mesmo quando os detectores mostrarem que a atmosfera se encontra dentro dos limites permissíveis
será sempre aconselhável proceder à ventilação do espaço e à monitorização contínua do mesmo,
particularmente se a entrada de pessoas se efectuar sem recurso a aparelhos respiratórios.
4. Análise de atmosferas
O controlo das atmosferas deve ser efectuado de acordo com a seguinte hierarquia:
1. Medição da concentração de O2 - 20,8 a 21% em volume
2. Medição da explosividade
3. 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 O2 é importante tendo em conta que a generalidade
dos explosímetros só dão leituras fiáveis se o teor de O2 for suficiente para o funcionamento do aparelho.
No caso dos sensores catalíticos, devido ao seu princípio de funcionamento, facilmente se constata que
não funcionam em atmosferas com teor de Oxigénio inferior a 12-13% em volume, dado que necessitam
de um teor de O2 suficiente para que a oxidação junto do filamento catalítico 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 resíduos, que
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
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 electroquímicas, 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 mantêlo 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.
5. Transdutores utilizados nos 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.
5.1.
Sensor catalítico
É um transdutor para a medição da pressão parcial de gases e vapores combustíveis na atmosfera (Fig.
2(b) que funciona de acordo com o princípio do calor de reacção. O ar ambiente a ser monitorado
difunde-se através de um disco de metal sinterizado (3) e actua sobre o sensor (1) onde os gases
combustíveis são queimados (oxidados) 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 desequilíbrio 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 combustíveis.
Tendo em conta o fim a que se destina e o princípio de funcionamento em que se baseia, este tipo de
aparelho necessita de possuir uma protecção contra explosões do tipo segurança intrínseca. 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 catalítico, se propague à atmosfera exterior, originando eventualmente uma explosão.
Fig. 2(a) – Sensor catalítico
João Emílio C. Silva
15 de 23
EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO GASES
1
2
ATMOSFERA
3
5
2
1
7
6
1
2
3
4
5
6
7
ELEMENTO DETECTOR
ELEMENTO COMPENSADOR
DISCO METAL SINTERIZADO
FONTE DE ALIMENTAÇÃO
GALVANÓMETRO
REÓSTATO P/ ACERTO DO ZERO
REÓSTATO P/AJUSTE DA TENSÃO
4
Fig. 2(b) – Sensor catalítico
Para além do elemento detector catalítico 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
sendo compensada através deste elemento.
Devido às sensibilidades-cruzadas para outros gases e vapores inflamáveis, é possível a análise de
outros compostos e misturas para além do metano recorrendo a tabelas ou curvas de resposta (ou de
correcção).
Um dos problemas que se colocam com a utilização destes sensores é a possibilidade de
envenenamento ou degradação da ‘perfomance’ devido à acção de substâncias interferentes tal como se
pode verificar no quadro seguinte:
Substâncias que envenenam os sensores:
•
Compostos de chumbo (especialmente o tetraetilo de chumbo utilizado como
aditivo nas gasolinas.
•
Compostos de enxofre
•
Silicones
•
Fosfatos e compostos contendo fósforo
Substâncias que actuam como inibidores sobre os sensores:
•
Sulfureto de hidrogénio (Este composto em contacto com o filamento quente,
polimeriza)
•
Hidrocarbonetos alogenados (Freons, tricloroetileno, etc.)
DEVIDO AO PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (OXIDAÇÃO CATALÍTICA) NÃO
DEVE SER UTILIZADO EM AMBIENTES COM INSUFICIÊNCIA DE OXIGÉNIO
(ABAIXO DOS 11%) COMO É O CASO DE ESPAÇOS INERTIZADOS
5.2.
Sensor de filamento quente não catalítico
Permite medir concentrações de gases inflamáveis com teores acima do LEL ou em atmosferas com
baixo teor de O2.
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João Emílio C. Silva
EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
A composição da atmosfera envolvente do filamento determina a taxa de dissipação do calor do
filamento e em consequência a sua temperatura e resistência.
A taxa de dissipação do calor é uma função não linear relativa à concentração de hidrocarbonetos. A
escala do aparelho é definida de forma a reflectir esta não linearidade.
5.3.
Medidor do índice de refracção
É um aparelho óptico baseado na diferença dos índices 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 a 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 índice de refracção.
5.4.
Sensor de infravermelhos
As moléculas podem ser conceptualizadas como conjuntos de bolas (átomos) ligadas entre si por molas
flexíveis (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 específicas 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 específica. Os modos são sempre os mesmos
para cada molécula específica.
As ligações químicas têm a particularidade de absorverem a radiação infravermelha. A ligação continua
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 específicas absorvem a radiação IV a frequências precisas. Quando a radiação IV passa
através de uma câmara contendo um contaminante específico, 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 princípio utilizado nos sensores de IV para a medição de gases.
No caso particular do sensor de IV do aparelho Multiwarn, o ar ambiente a ser monitorado 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
4
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.
3
5
3
2
10
1
6
9
8
7
Fig. 3 (a) – Sensor catalítico
João Emílio C. Silva
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
Fig. 3 (b) – Sensor catalítico
sinal no detector de
referência mantém-se inalterável. As diferenças na saída
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.
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO GASES
5.5.
Sensores electroquímicos
Os analisadores deste tipo, determinam o teor, numa mistura gasosa, do componente que se pretende
medir, pela medição do sinal de saída de uma célula electrolítica.
O ar ambiente a ser monitorado (1) difunde-se através de uma barreira de difusão composta por um filtro
de poeiras (2) e um diafragma (3) no líquido electrolítico do sensor (5).
O electrólito contém um eléctrodo de medição (ânodo) (4), um contraeléctrodo (7) e um eléctrodo de referência (6). Um circuito exterior
com um potenciostato fornece uma diferença de potencial constante
entre o eléctrodo de medição e o eléctrodo de referência.
A tensão, o electrólito e o material do eléctrodo, são seleccionados
de forma a que o componente a medir seja reduzido
electroquimicamente no eléctrodo de medição.
No caso da medição do O2, o
aparelho utiliza um vaso de
polarização que é constituido
Fig. 4 (a) – Sensor electroquímico
por um pequeno cilindro de
plástico transparente, cheio de uma solução electrolitíca (cloreto
de amónio NH4Cl), 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.
1
2
3
4
5
6
7
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, que está
graduada em percentagens de oxigénio. Recorda-se que se
designa por polarização a formação de uma camada de bolhas
Fig. 4 (b) – Sensor electroquímico
de hidrogénio do electrólito, que se depositam na superfície 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 oxigénio de acordo com a
reacção:
O2 + 4H+ + 4e - Æ 2H2O
No contra-eléctrodo verifica-se a seguinte reacção:
2H2O Æ O2 + 4H+ + 4e –
Utilizando o mesmo princípio de funcionamento mas outros tipos de electrólitos e eléctrodos, os
sensores electroquímicos podem ser utilizados para medição de gases tóxicos.
5.6.
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 electroquímicos já referidos, para a medição do teor de oxigénio são também
utilizados os seguintes tipos de sensores:
o
Sensores paramagnéticos
o
Líquidos químicos de aborção selectiva
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
5.7.
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 equilíbrio, uma medida da força magnética e portanto
uma medida da permeabilidade magnética da amostra de gás, que por sua vez está relacionada com os
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.
5.8.
Líquidos químicos de absorção selectiva
Neste tipo de analisador, um determinado volume de amostra de gás é colocado em contacto com
líquido absorvente de oxigénio, causando uma variação de volume do líquido. 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.
5.9.
Tubos indicadores químicos
Os tubos indicadores químicos ou tubos colorimétricos são constituídos por tubos contendo um reagente
patenteado que reage com um gás específico produzindo uma indicação visível da concentração do gás.
Os tubos são adaptados a uma bomba que aspira a mistura de gases a medir através dos tubos.
A reacção provoca uma alteração da cor ao longo do tubo e o comprimento da descoloração é uma
medida da concentração do gás que é lida na escala do próprio tubo.
Apesar das limitações deste tipo de aparelho, a sua simplicidade e o princípio 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 é desenhado de forma a
que seja possível controlar a quantidade de ar aspirado adequada a cada tipo de tubo.
Volume da
amostra
Número de
bombadas
Escala de
medição
Direcção
do fluxo
Fig. 5 – Bomba para tubos indicadores químicos
Entrada de gás
Ligação à bomba
Fig. 6 – Tubo indicador químico
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO GASES
6. 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 combustíveis, 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 possível, 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.
Note-se ainda, que os factores de correcção só são válidos para um determinado sensor.
RESPOSTA RELATIVA DE UM SENSOR
Gás/vapor
combustível
calibrado com pentano
calibrado com propano
calibrado com metano
Hidrogénio
2.2
1.7
1.1
Metano
2.0
1.5
1.0
Propano
1.3
1.0
0.65
n-Butano
1.2
0.9
0.6
n-Pentano
1.0
0.75
0.5
n-Hexano
0.9
0.7
0.45
n-Octano
0.8
0.6
0.4
Metanol
2.3
1.75
1.15
Etanol
1.6
1.2
0.8
Álcoól isopropilo
1.4
1.05
0.7
Acetona
1.4
1.05
0.7
Amoníaco
2.6
2.0
1.3
Tolueno
0.7
0.5
0.35
Gasolina (s/chumbo)
1.2
0.9
0.6
Biosystems, Inc., Middletown, CT
Tabela 11 - Resposta relativa de um sensor para gases combustíveis
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
% LEL
100
Calibração padrão
Outros gases
80
60
Outros gases
40
20
20
40
60
80
100
% LEL
Fig. 7 – Curvas de resposta de um sensor
6.1.
Teste do aparelho “DRAGER-MULTIWARN”
Tanto para o teste como para a calibração dos sensores de um determinado equipamento específico
torna-se indispensável seguir as instruções do fabricante, bem como as instruções específicas 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 de gases
padronizados numa concentração conhecida e verificar se a leitura corresponde ao valor indicado pelo
fabricante do gás de amostragem.
No caso do aparelho MULTIWARN, o teste e a calibração podem ser efectuados recorrendo a gases
padrão fornecidos em garrafas ou em pequenas ampolas sendo diferentes as formas de realizar a
operação bem como os acessórios utilizados.
6.2.
Calibração dos sensores do aparelho “DRAGER-MULTIWARN”
Na calibração dos sensores devem ser seguidos os seguintes procedimentos iniciais:
1. Aguardar que os sensores se encontrem aquecidos e com leitura estável;
2. Verificar a DATA e a HORA (acertar se necessário);
3. Calibração do ZERO ‘zero calibration’.
A calibração não é possível se:
A data e a hora não estiverem introduzidas;
Existirem erros nos sensores ou no aparelho.
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO GASES
A calibração deve obedecer à seguinte sequência:
1º Sensores electroquímicos
2º Sensor de IV
3º Sensor catalítico
6.2.1.
Calibração com ar puro – “fresh air calibration”
Esta calibração é efectuada para todos os sensores em simultâneo, colocando o aparelho num local ao
ar livre, onde haja a garantia de não existirem contaminantes. Ao seleccionar no menu do aparelho a
operação de calibração com ar puro este, independentemente da leitura que estiver a mostrar, irá
ajustar, automaticamente, as leituras dos sensores para os seguintes valores:
Sensor de O2
Æ 20.9 % (vol)
Sensor de CO2 Æ 0,03 %
Outros sensores Æ 0
6.2.2.
Calibração do Zero – “zero calibration”
6.2.2.1. Sensores de gás combustível ou de produtos tóxicos
Esta calibração é efectuada sensor a sensor seguindo a sequência indicada em 6.2. Em regra, no caso
dos sensores de gás combustível ou de produtos tóxicos, para o acerto do Zero basta fornecer, ao
aparelho, ar puro sem necessidade de utilizar qualquer adaptador. Quando se pretende um maior rigor
na calibração, pode-se utilizar um gás sintético apropriado, fornecendo-o ao aparelho através de uma
válvula reguladora que forneça um débito de 0,5 litros/minuto.
Os sensores de gás combustível (sensor catalítico), tendo em conta a tecnologia de medição que
utilizam, possuem duas funções de calibração:
Zero heat of reaction
Zero thermal conduction
6.2.2.2. Sensor de Oxigénio
Obviamente, no caso particular do sensor de Oxigénio, o acerto do zero só pode ser efectuado
fornecendo Azoto ou CO2 através do regulador anteriormente referido.
6.2.3.
Calibração com gás padrão “Span calibration”
Após a calibração do Zero de cada um dos sensores, de forma a garantir o rigor das leituras em toda a
escala (campo de medição) do sensor, procede-se à calibração de outro ponto da escala utilizando um
gás padrão (span gas). O dispositivo de calibração com gás padrão é mostrado na figura ???.
No caso dos aparelhos que possuem bomba integrada esta entra em operação pela acção de um
interruptor accionado por uma peça magnética que alguns adaptadores possuem.
Como para a calibração com o regulador, a bomba do aparelho não pode funcionar, estes adaptadores
não podem ser utilizados, devendo ser escolhido um adaptador que não possua a peça magnética.
O adaptador utilizado para a calibração com gás padrão (Fig. ??) possui uma ligação para a entrada do
gás e outra para o escape.
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EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE GASES
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.
Válvula
reguladora
(0,5 l/min)
Adaptador
Escape
Fig. 8(a) – Calibração com garrafa
6.3.
Fig. 8(b) – Calibração com frasco
Entrada
Fig. 8(c) – Adaptador de calibração
Cuidados básicos para a calibração
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:
o
Calibrar os sensores electroquímicos (EQ)
o
Calibrar o sensor de infravermelhos (IV)
o
Calibrar o sensor catalítico (CAT)
7. Cuidados básicos na operação do aparelho
Efectuar o ‘Fresh air calibration’ antes de cada utilização;
Antes de cada medição importante para a segurança, verificar o zero e a sensibilidade dos
sensores (teste);
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).
Não operar junto a fontes de radiação electromagnética;
Procurar não submeter os sensores a concentrações acima do seu campo de medição (risco de
enevenenamento e polimerização);
Não deixar as baterias descarregadas por períodos prolongados.
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