Combustão de gases e vapores

A maioria dos compostos químicos orgânicos arde. A combustão é uma reação química simples em que o oxigénio da atmosfera reage rapidamente com uma substância, produzindo calor.

Os compostos orgânicos mais simples são os chamados hidrocarbonetos, que são os principais constituintes do petróleo bruto/gás. Estes compostos são constituídos por carbono e hidrogénio, sendo o hidrocarboneto mais simples o metano, em que cada molécula é constituída por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogénio. É o primeiro composto da família conhecida como alcanos. As propriedades físicas dos alcanos alteram-se com o aumento do número de átomos de carbono na molécula, sendo que os de 1 a 4 são gases, os de 5 a 10 são líquidos voláteis, os de 11 a 18 são óleos combustíveis mais pesados e os de 19 a 40 são óleos lubrificantes. Os hidrocarbonetos de cadeia carbónica mais longa são os alcatrões e as ceras.

Os primeiros dez alcanos são:

_CH4 metano (gás) _C6H14 hexano (líquido)
_C2H6 etano (gás) _C7H16 heptano (líquido)
_C3H8 propano (gás) _C8H18 octano (líquido)
_C4H10 butano (gás) _C9H20 nonano (líquido)
_C5H12 pentano (líquido) _C10H22 decano (líquido)

Os alcenos são semelhantes, mas a sua estrutura molecular inclui ligações duplas (exemplos: etileno e propileno). Têm mais energia por molécula e, por isso, ardem mais. São também mais valiosos no fabrico de outros produtos químicos, incluindo plásticos. Os alcinos contêm ligações triplas (por exemplo, o acetileno), utilizadas na soldadura de metais. Os compostos acima referidos são todos conhecidos como alifáticos, o que significa que os átomos de carbono estão todos esticados numa linha. Os hidrocarbonetos aromáticos, como o benzeno, têm uma estrutura molecular em anel, o que significa que têm menos hidrogénio por átomo de carbono e, por isso, ardem com uma chama fumosa.

Quando os hidrocarbonetos ardem, reagem com o oxigénio da atmosfera para produzir dióxido de carbono e vapor, embora se a combustão for incompleta devido à falta de oxigénio, resultará também monóxido de carbono.

Os compostos orgânicos mais complexos contêm elementos como o oxigénio, o azoto, o enxofre, o cloro, o bromo ou o flúor e, se estes arderem, os produtos da combustão incluirão compostos adicionais. Por exemplo, as substâncias que contêm enxofre, como o petróleo ou o carvão, resultarão em dióxido de enxofre, enquanto as que contêm cloro, como o cloreto de metilo ou o cloreto de polivinilo (PVC), resultarão em cloreto de hidrogénio.

Na maioria dos ambientes industriais onde existe o risco de explosão ou incêndio devido à presença de gases ou vapores inflamáveis, é provável que se encontre uma mistura de compostos. Na indústria petroquímica, as matérias-primas são uma mistura de produtos químicos, muitos dos quais se decompõem naturalmente ou podem ser alterados por processamento. Por exemplo, o petróleo bruto é separado em muitos materiais utilizando o fracionamento (ou destilação fraccionada) e o "cracking". No fracionamento, os gases altamente voláteis são removidos a temperaturas em que só eles são voláteis, depois a temperaturas mais elevadas em que os compostos mais pesados são voláteis e ainda mais quentes para os hidrocarbonetos maiores. O craqueamento é o processo em que as grandes moléculas de hidrocarbonetos são quebradas pelo calor e pela ação catalítica para formar moléculas de hidrocarbonetos mais pequenas.

Inertização

Para evitar explosões durante as operações de paragem e manutenção, muitos processos industriais utilizam um procedimento de inertização. Encher um recipiente de gás hidrocarboneto com ar e, a dada altura, a mistura tornar-se-á explosiva e perigosa. Utilize um processo de 2 fases em que o hidrocarboneto é substituído por azoto e, em seguida, o azoto é substituído por ar, e em nenhuma fase corre o risco de explosão. A isto chama-se purgar um recipiente (por exemplo, um camião-cisterna ou os tanques de armazenamento de um petroleiro). A purga de hidrocarbonetos é uma prática corrente antes de se efectuarem trabalhos de manutenção ou reparação. Antes da entrada do pessoal, o navio deve ser purgado com ar respirável. A Crowcon dispõe de instrumentação especial para monitorizar todo este processo, a fim de garantir uma inertização eficiente e alertar os operadores para a presença de misturas potencialmente perigosas de ar, azoto e hidrocarbonetos durante as operações de manutenção.

Normas que definem a concentração de LEL

Os procedimentos de segurança visam geralmente a deteção de gás inflamável antes de este atingir o seu limite inferior de explosão. Existem duas normas comummente utilizadas que definem a concentração "LEL" para substâncias inflamáveis: ISO10156 (também referenciada na norma EN50054, que foi substituída) e IEC60079-20-1:2010. A IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional) é uma organização mundial de normalização. Historicamente, os níveis de inflamabilidade têm sido determinados por uma única norma: ISO10156 (Gases e misturas de gases - Determinação do potencial de incêndio e da capacidade de oxidação para a seleção das saídas das válvulas das garrafas).

As normas IEC e EU (europeias) (IEC60079 e EN61779) definem as concentrações de LEL medidas utilizando uma concentração de gás "agitada" (em oposição ao método de gás "parado" utilizado na norma ISO10156). Alguns gases/vapores demonstraram ser capazes de manter uma frente de chama com concentrações de combustível mais baixas quando agitados do que quando parados. Pequenas diferenças nos resultados do volume 100%LEL. Isto é causado pela distância média entre uma molécula em combustão e uma molécula não queimada ser um pouco menor quando o gás está a ser agitado. Os LEL resultantes variam um pouco entre as duas normas para alguns gases/vapores.

A tabela na página seguinte mostra algumas das diferenças notáveis nos valores de LEL entre as duas normas. Pode ver-se claramente que 50% do LIE do metano na norma EN60079 é calculado para uma concentração volumétrica de 2,2% no ar, ao contrário dos 2,5% volumétricos indicados na norma ISO10156. Por conseguinte, se um detetor for calibrado de acordo com a norma EN60079, utilizando uma mistura de metano com 50% de LIE efectuada de acordo com a norma ISO 10156, ocorrerá um erro de sensibilidade de 13,6%, o que poderá invalidar a calibração. O erro poderá ser ainda maior no caso de detectores de infravermelhos não lineares.

A Diretiva Europeia ATEX (que abrange a certificação e utilização de equipamento em atmosferas inflamáveis) estipula que os fabricantes e utilizadores cumprem a norma EN61779. A política da Crowcon é aplicar os novos valores de LEL na Europa e nos territórios que aderem às normas europeias. No entanto, como a norma antiga ainda é utilizada nos EUA e noutros mercados, continuaremos a calibrar segundo a norma ISO 10156 nesses territórios. Os produtos Crowcon com certificação ATEX/IECEx serão fornecidos calibrados de acordo com as normas IEC60079/EN61779 (ou seja, os sensores de metano serão calibrados de forma a que 100% LEL = 4,4% do volume). Os produtos com certificação UL/CSA serão calibrados de acordo com a norma ISO10156 (ou seja, os sensores de metano serão calibrados de forma a que 100% LEL = 5% de volume), exceto se o cliente estipular o contrário.

Níveis de alarme

Os sistemas de deteção de gases inflamáveis são concebidos para emitir alarmes antes de os gases/vapores atingirem uma concentração explosiva. Normalmente, o primeiro nível de alarme é definido para 20% do LIE (embora existam indústrias que preferem 10% do LIE, nomeadamente as empresas de petróleo e gás). O segundo e terceiro níveis de alarme variam de acordo com o tipo de indústria e aplicação, mas são normalmente definidos para 40% LEL e 100% LEL, respetivamente.