Mantendo os trabalhadores seguros com detecção precisa de gases combustíveis

São necessários três elementos para que uma substância queime:

• Combustível
• Calor
• Oxigênio

Este é o triângulo do fogo, e todos os três elementos são necessários para inflamar um gás. Se qualquer um desses três componentes for removido, o potencial de incêndio ou explosão é eliminado. 

O componente combustível é frequentemente um risco ocupacional em indústrias que necessitam de um gás específico para realizar o trabalho ou que está presente como produto ou subproduto da produção. Em tais ambientes, o risco de combustão pode ser mitigado através do gerenciamento de sua liberação descontrolada ou acidental, das concentrações de oxigênio e da eliminação de potenciais fontes de ignição.

Normalmente, para a proteção dos trabalhadores e das instalações, o foco deve ser o monitoramento da concentração de gás e da proximidade do limite inferior de explosividade (%LIE) de um gás no local de trabalho. Se a porcentagem estiver em 100% LIE, há combustível suficiente para que ocorra a ignição. É fundamental que os trabalhadores sejam notificados bem antes que a concentração do gás ambiente atinja 100% LIE. Dependendo da região, jurisdição legislativa e protocolo da empresa, isso pode significar configurar detectores de gás pessoais para alertar o usuário quando a presença de gás atingir um limite LEL baixo de 10% e, em seguida, avisá-lo para evacuar se a concentração atingir um limite LEL alto de 20%. 

Tipos de gases combustíveis

Em geral, os gases combustíveis utilizados em ambientes de trabalho se enquadram em uma dessas três categorias:

• Gases hidrocarbonetos
• Gás hidrogênio
• Outros gases combustíveis (por exemplo, amônia)

A ciência por trás dos gases hidrocarbonetos

Os compostos de hidrocarbonetos são responsáveis pela maioria dos riscos relacionados com gases combustíveis no local de trabalho. Estes compostos orgânicos são constituídos apenas por carbono e hidrogênio. Quando um gás hidrocarboneto se mistura com oxigênio suficiente e temperaturas suficientemente elevadas, as ligações dos hidrocarbonetos são destruídas. O calor extremo pode ser produzido à medida que a transformação decompõe o composto em dióxido de carbono e água, criando um risco significativo de combustão.

O risco do gás hidrogênio

Um processo semelhante ocorre quando altas temperaturas são aplicadas ao gás hidrogênio, mas, como não há átomos de carbono disponíveis, a reação produz apenas água e calor. Em contraste com o metano, o hidrogênio tem uma faixa muito ampla de temperaturas nas quais é combustível.

Esteja ciente da presença de outros gases combustíveis

Outros gases encontrados em locais de trabalho industriais podem ser bastante tóxicos, além de serem combustíveis em determinadas concentrações. O sulfeto de hidrogênio (H2S), por exemplo, é considerado uma ameaça imediata à vida assim que atinge 100 partes por milhão (ppm), mas se torna combustível a 40.000 ppm. Isso significa que o gás é tóxico muito antes de existir o risco de explosão. Frequentemente acoplado a um dispositivo com um sensor de gás combustível, um sensor de gás H2S dedicado fornece um aviso avançado aos usuários quando os níveis de toxicidade são de baixa concentração e ameaçam o bem-estar do usuário. Um limite de alerta baixo é frequentemente definido para 10 ppm, enquanto um alerta de gás alto ocorre a 20 ppm. 

Outros exemplos incluem:

• A amônia (NH3) pode ser imediatamente perigosa a 300 ppm, com um LEL de 150.000 ppm. Os sensores dedicados de NH3 são frequentemente configurados para um limite baixo de 25 ppm e um limite alto de 50 ppm.
• O monóxido de carbono é uma ameaça de toxicidade imediata a 1.200 ppm, com um LEL de 109.000 ppm. Os sensores dedicados de CO são frequentemente configurados para um limite baixo de 50 ppm e um limite alto de 100 ppm.
• O cianeto de hidrogênio (HCN) é imediatamente perigoso a apenas 50 ppm, com um LEL de 40.000 ppm. Os sensores dedicados ao HCN são frequentemente configurados para um limite baixo de 5 ppm e um limite alto de 10 ppm.

Propriedades dos gases combustíveis

Um gás combustível não reage necessariamente da mesma forma que outro. Aqui estão quatro fatores que afetam suas reações. 

Intervalo de inflamabilidade

Todo gás combustível tem uma faixa de inflamabilidade. Além de um limite inferior de explosividade, existe também um limite superior de explosividade (UEL). Se a concentração de gás exceder o UEL, ele não poderá mais queimar porque não há oxigênio suficiente. A faixa de inflamabilidade de um gás é a porcentagem de concentração entre o LEL e o UEL. 

Como porcentagem do volume no ar, o hidrogênio tem um limite LEL de 4% e um limite superior de explosividade (UEL) de 75%. O metano tem uma faixa de inflamabilidade muito mais estreita, de 5% LEL e 17% UEL, enquanto o propano é inflamável de 2,1% LEL a 9,5% UEL, com o hexano tendo 1,2% LEL e 7,4% UEL.

Ponto de inflamação

O ponto de inflamação de uma substância líquida é a temperatura mais baixa na qual é produzido vapor suficiente no ar para ter potencial de combustão se exposto a uma chama ou fonte de ignição. No entanto, substâncias que permanecem na forma gasosa em temperaturas ambientais comuns não têm ponto de inflamação. O pentano tem um ponto de inflamação de -49 °C, portanto, será um gás à temperatura ambiente e pressão atmosférica.

Temperatura de ignição

A temperatura de ignição é a temperatura mais baixa na qual um líquido vaporiza e entra em ignição, sem uma fonte de ignição. Isso pode ser significativamente diferente do ponto de inflamação de uma substância. Por exemplo, considerando o ponto de inflamação do pentano de -49 °C, bem abaixo da temperatura ambiente, sua temperatura de ignição é de 260 °C. 

Densidade relativa do vapor

Esta métrica compara a densidade de um gás com a densidade do ar circundante. Se a densidade relativa do vapor for inferior a 1,0, ele tenderá a subir; se for superior a 1,0, tenderá a descer. Os gases que tendem a subir incluem:

• Hidrogênio: 0,07
• Metano 0,55
• Acetileno: 0,90

Aqueles que tendem a cair incluem:

• Etano: 1,04
• Propano: 1,56
• Butano: 2,05
• Pentano: 2,48
• Hexano: 2,97

Saber como um gás reage devido à sua densidade relativa de vapor pode ajudar a determinar onde instalar sistemas de monitoramento de gás. Aqueles com uma métrica superior a 1,0 podem se acumular mais facilmente em espaços confinados, o que pode aumentar a probabilidade de concentrações mais elevadas de gás (e consequentes combustões). 

Como monitorar gases combustíveis

Os sistemas detectores de gases combustíveis desempenham um papel crucial na proteção dos trabalhadores, alertando sobre a presença de gases combustíveis na área. Os sistemas devem:

• Alerte os trabalhadores com antecedência 
• Ative os protocolos de segurança para evacuá-los para locais seguros.
• Forneça as localizações das exposições ao gás para ajudar a direcionar os esforços de mitigação de vazamentos de gás.

Os três principais tipos de detectores de gás incluem:

• Monitores de detecção fixos
• Monitores de área
• Monitores pessoais de gás

Um programa abrangente incluirá uma combinação de tipos para criar um sistema confiável e completo.

Monitores fixos de deteção de gás

Este sistema é frequentemente a primeira linha de defesa de uma empresa. Os monitores fixos de detecção de gás são colocados em áreas onde existem riscos conhecidos relacionados com gases. Estes sistemas funcionam de forma contínua, em comunicação com outros sistemas das instalações. Os objetivos são fornecer um aviso prévio sobre uma possível fuga de gás, acionar o desligamento do equipamento relevante e iniciar a evacuação segura dos trabalhadores. A detecção fixa de gás é instalada em pontos individuais de uma instalação, pelo que não fornece uma monitorização universal das condições em todos os locais.Existem alguns locais de trabalho que utilizam monitores de área “temporários” como soluções mais permanentes devido às suas capacidades multigás e outras opções que proporcionam maior flexibilidade. 

Monitores de gás de área

Às vezes, os sistemas fixos de detecção de gás não são práticos, como em torno de tanques de armazenamento, ou precisam ser desativados para projetos de manutenção. Nesses casos, os monitores de área podem ser implantados de forma semifixa para fornecer um alerta precoce de um evento relacionado a gás. Os monitores de área também podem ser usados em situações temporárias ou quando uma camada adicional de monitoramento é considerada necessária, como em espaços confinados, ao longo de cercas e perímetros, canteiros de obras, locais remotos e muito mais. Eles também podem ser usados em situações de emergência, como durante um incêndio e resposta a materiais perigosos, para indicar e monitorar zonas seguras e rastrear os movimentos da pluma de gás.

Ao escolher sistemas de monitoramento de área, recomenda-se verificar o grau de conectividade, durabilidade, facilidade de implantação e vida útil prevista da bateria.

Detectores de gás pessoais

Os detectores de gás sem fio vestíveis são a linha de defesa mais importante para os indivíduos. Os dispositivos pessoais monitoram o ar ao qual estão diretamente expostos e devem ser usados próximos à zona de respiração do usuário. As empresas definem limites pré-definidos para cada tipo de gás que representa um risco, com limites de sensores de gás combustível normalmente definidos em 10% e 20% LEL para alarmes de gás baixo e alto — bem abaixo do perigo de explosão da concentração de 100% LEL. Se um nível de alarme de gás baixo ou alto for atingido, o dispositivo alertará o trabalhador em tempo real para que ele possa evacuar a área com segurança e as equipes possam analisar a situação.

Falha do sensor: seguro ou inseguro?

Se um sensor falhar, dependendo do tipo de tecnologia, ele falhará de duas maneiras: falha para seguro ou falha para inseguro. A diferença é crucial. No primeiro caso, o sensor alerta os usuários de que não está mais funcionando corretamente. No segundo caso, o sensor não alerta o usuário e exibe 0% LEL, dando uma falsa sensação de segurança ao usuário de que tudo está bem e que ele continua protegido. 

Esse é o objetivo dos testes diários de funcionamento — garantir que os sensores que indicam zero em circunstâncias normais comprovem seu funcionamento quando expostos a uma concentração conhecida de gás. Felizmente, a nova tecnologia do Espectrômetro de Propriedades Moleculares (MPS), que apresentamos abaixo, está disponível para sensores de gás combustível, aumentando a confiança após um teste de funcionamento de que um trabalhador pode monitorar com segurança os gases inflamáveis. Os detectores de gás com segurança contra falhas oferecem o mais alto nível de proteção e a melhor chance de levar o trabalhador para casa em segurança após o turno.

Conformidade

Frequentemente, as empresas devem comprovar que os funcionários estão utilizando os dispositivos regularmente e que os monitores de gás foram testados e calibrados de acordo com intervalos pré-determinados, conforme diretrizes regulatórias, como as impostas pela OSHA e NIOSH. 

• Teste de impacto – muitos sensores de gás fornecem uma leitura zero em um ambiente limpo, por isso é importante comprovar que o sensor está funcionando corretamente. O teste de impacto é o processo de aplicar uma pequena quantidade de gás ao sensor de gás para validar o funcionamento adequado do dispositivo. Essa etapa também confirma que todas as luzes de aviso, alarmes sonoros e vibrações do monitor de gás estão funcionando conforme o esperado.  
• A calibração de sensores de gás requer a aplicação de uma concentração conhecida de gás aos sensores específicos de um detector de gás por um período determinado, a fim de confirmar que o sensor está fornecendo leituras precisas. O processo de calibração também pode corrigir o “desvio” do sensor e ajustar os níveis de medição do sensor de gás para garantir que o dispositivo esteja fornecendo leituras precisas. As calibrações levam um pouco mais de tempo do que os testes de impacto e não precisam ser realizadas com tanta frequência.

Tipos de sensores de gás combustível LEL

Existem três tipos de sensores em uso atualmente que monitoram e medem o limite inferior de explosividade (LIE) de gases combustíveis:

• Sensores catalíticos de esferas (pellistor)
• Sensores infravermelhos não dispersivos (NDIR)
• Sensor Espectrômetro de Propriedades Moleculares (MPS)

Sensores catalíticos de esferas (pellistor)

O medidor de combustão catalítica foi inventado na década de 1920. Os sensores pellistor utilizam combustão controlada para detectar e medir uma variedade de gases inflamáveis. Os sensores contêm duas bobinas de platina, cada uma incorporada em esferas cerâmicas separadas. A primeira esfera é revestida com um catalisador para promover a oxidação quando exposta a gases inflamáveis, de modo que se inflama mais cedo do que o normal. A segunda esfera é tratada para impedir a oxidação catalítica e atua como referência. A primeira esfera permite a combustão de uma quantidade muito pequena de gás inflamável — gerando calor e alterando a resistência da bobina de platina. A alteração da resistência é proporcional à quantidade de gás inflamável presente em um ambiente e é traduzida em uma leitura de LEL% na tela do detector. 

No entanto, os sensores Pellistor têm algumas desvantagens. Devido à necessidade de aquecer constantemente as esferas, eles consomem muita energia e esgotam a energia muito mais rapidamente do que as alternativas. Eles também são muito suscetíveis ao envenenamento, pois a exposição a vapores de produtos de limpeza e lubrificantes industriais comuns (por exemplo, WD-40) pode danificar permanentemente o sensor. E como são calibrados para um gás alvo, normalmente metano, eles têm dificuldade em medir com precisão a exposição a outros hidrocarbonetos com os quais podem entrar em contato.

Sensores infravermelhos não dispersivos (NDIR)

Inventada na década de 1970, essa tecnologia utiliza luz infravermelha, emitida através de um gás hidrocarboneto em um comprimento de onda específico. Os sensores infravermelhos (IR) (às vezes chamados de sensores ópticos ou infravermelhos não dispersivos/NDIR) detectam a presença de gases inflamáveis medindo com precisão a absorção da luz infravermelha em frequências específicas por várias moléculas de hidrocarbonetos. Dentro do sensor, um emissor infravermelho passa a luz por dois caminhos. Um caminho é usado para medir a absorção de luz pelos gases, o outro é usado como referência. Detectores de luz em ambos os caminhos permitem que o sensor LEL meça a quantidade de gases inflamáveis ou combustíveis presentes, comparando a quantidade de luz absorvida em cada caminho. Os sensores NDIR compartilham o mesmo problema observado nos sensores catalíticos de esferas, pois eles apenas leem com precisão o gás para o qual foram calibrados, em vez da faixa potencial de explosivos com os quais o usuário pode entrar em contato.  

Sensores do Espectrômetro de Propriedades Moleculares (MPS)

Lançada em 2020, essa nova tecnologia utiliza um sensor avançado para analisar um gás, usando propriedades específicas do gás para classificar adequadamente o gás ou a mistura de gases em uma das seis categorias: hidrogênio, misturas contendo hidrogênio ou gás natural e gases/misturas leves, médios ou pesados. Essa tecnologia de sensor fornece leituras precisas de gás combustível por sua vida útil prevista de mais de cinco anos com uma calibração de fábrica.

Sensor MPS: O primeiro detector de gás inflamável com o qual você pode realmente contar

A Blackline Safety e a NevadaNano colaboraram para oferecer à sua empresa a próxima geração de detectores de gás combustível. Combinando o detector de gás G7 e o MPS ^TM Sensor de Gás Inflamável oferecem confiabilidade sem precedentes e precisão inquestionável, para que as equipes possam trabalhar com confiança, sabendo que seus ambientes são realmente seguros.

Esta é a primeira grande inovação em detectores de gases combustíveis em quatro décadas, e suas características e benefícios transformadores mudarão a maneira como as empresas monitoram ambientes de risco de maneiras inovadoras. 

Este detector multigás G7 fornece monitoramento simultâneo e altamente preciso para uma dúzia dos gases inflamáveis mais comuns, sem a necessidade de calibração para um gás específico ou uso de fatores de correção. Estes incluem:

Esta tecnologia de ponta se integrará perfeitamente ao seu programa atual de segurança de detecção de gás, proporcionando de forma rápida e fácil um monitoramento de segurança sem precedentes para suas equipes e uma eficiência inovadora para sua empresa.

Sistema exclusivo de classificação de gases

Os dados do sensor MPS são comunicados à Blackline Safety Cloud para geração automática de relatórios e visualização. Essas informações permitem que as empresas, por exemplo, detectem a presença de hidrogênio em uma área de seu processo onde ele não estava presente em medições anteriores.

As classificações de gases e misturas de gases incluem:

• Classe 1 — Hidrogênio
• Classe 2 — Mistura de hidrogênio e hidrocarbonetos
• Classe 3 — Metano ou gás natural
• Classe 4 — Gás leve ou mistura de gases leves (etano, propano, butano, isopropanol)
• Classe 5 — Gás médio ou mistura de gases médios (pentano ou hexano)
• Classe 6 — Gás pesado ou mistura de gases pesados (tolueno ou xileno)

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Somos especializados em ajudar as empresas a responder a emergências envolvendo gases tóxicos e combustíveis em tempo real, com a segurança dos trabalhadores em primeiro lugar. Nossa visão é transformar o local de trabalho industrial por meio de tecnologia de segurança conectada para garantir que todos os trabalhadores tenham confiança para realizar seu trabalho e voltar para casa em segurança.