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Sensoriando gases tóxicos (ART869)

Em artigo publicado em outra ocasião, em que dedicamos também um espaço maior aos sensores de gases, tratamos das tecnologias usadas no sensoriamento de gases tóxicos. Mas, por que monitorar os níveis desses gases num local? A importância disso nas aplicações tanto em ambientes comuns como em fábricas será justamente o assunto desse artigo.

Não há dúvida de que, com o crescente nível de poluição de dispositivos que podem gerar gases tóxicos nos mais diversos ambientes, o monitoramento das concentrações desses gases é um item de extrema importância para a segurança de todos.

Isso é válido para todos os tipos de ambientes, locais em que existam equipamentos que gerem gases perigosos, garagens e principalmente em fábricas onde o gás pode ser um produto ou ainda resultado de um processo químico qualquer.

Legislações que visam monitorar os níveis de gases tóxicos nos ambientes em que estejam pessoas presentes existem em todos os países, sendo basicamente introduzidas em 1988 com a sigla COSHH (Control of Substances Hazardous to Health Regulations) na europa de semelhantes em diversos outros países.

No Brasil temos diversas normas da ABNT que regem tanto o manuseio de gases tóxicos, como precauções e procedimentos relativos à sua emissão.

De qualquer modo, todas as normas devem prever alguns pontos importantes como:

 

* Abordar os riscos à saúde e que precauções devem ser tomadas

* Sugerir medidas para prevenir ou controlar os riscos

* Manter equipamentos e observar procedimentos

* Monitorar a exposição de trabalhadores e vigiar o estado de saúde

* Treinar empregados sobre os riscos e indicar precauções

 

Certamente. A melhor maneira de se controlar os riscos é evitando a exposição, mas nem sempre isso é possível. Nesse caso, deve-se prever a utilização de sistemas de exaustão dos gases ou ventilação.

Com a utilização de procedimentos apropriados consegue-se que trabalhadores que manuseiam materiais tóxicos possam trabalhar continuamente sem o perigo de exposição que afete sua saúde. Normas para essa finalidade existem e devem ser consultadas.

Uma norma adotada na Europa é a H40 que divIde os níveis de exposição ocupacional em duas categorias:

Níveis máximos de exposição (Maximum Exposure Levels ou MEL) que são aplicados às substâncias mais perigosas devendo ser os mais baixos possíveis.

Padrões de Exposição Ocupacional ou (Occupational Exposure Standards - OES) para substâncias menos perigosas, possibilitando um trabalho mais prolongado.

A EH40 lista os limites de exposição ocupacional mostrando as substâncias com MELs separadamente daquelas que possuem OES. A lista dessas substâncias dá os limites de exposição à longo termo (8 horas) aplicados a uma jornada comum de trabalho diário de 8 horas. Os OEMs, que são os limites à curto termo (15 minutos), que corresponde à exposição ocasional. Adotando os termos em inglês, a exposição à longo termo é abreviada por LTEL e a curto termo abreviada por STEL.

Deve-se ainda levar em conta que se a exposição for a uma mistura de gases tóxicos, os efeitos são aditivos. Também se deve considerar o tempo médio de exposição. Por exemplo, um trabalhador que tenha uma jornada de 8 horas mas com uma hora de almoço, tem uma exposição igual a 7/8 do LTEL.

A tabela a seguir foi obtida da própria norma EH40/2000.

 

LTELSTEL
GASES com MELs (8 HR TWA) (15 MIN TWA)
Óxido de Etileno C2H4O 5 -
Formaldeído HCHO 2 2
Cianeto de Hidrogênio HCN 10
GASES com OESs

 

Amônia NH3 25 35
Dióxido de Carbono CO2 5000 15000
Monóxido de Carbono CO 30 200
Cloro Cl2 0.5 1
Dióxido de Cloro ClO2 0.1 0.3
Flúor F2 1
Brometo de Hidrogênio HBr 1 3
Cloreto de Hidrogênio HCl 5
Fluoreto de Hidrogênio HF 3
Sulfeto de Hidrogênio H2S 10 15
Ácido Nítrico HNO3 2 4
Dióxido de Nitrogênio NO2 3 5
Óxido Nítrico NO 25 35
Ozônio O3 0.2
Ácido fosfórico PH3 0.3
Dióxido de enxofre SO2 2 5
Exafluoreto de enxofre SF6 1000 1250

 

O monitoramento da exposição de pessoas deve ser registrado para que essas pessoas possam ser alertadas sobre os riscos que ocorre e as precauções que devem ser tomadas.

Muitos gases tóxicos são especialmente perigosos porque são invisíveis e inodoros. Além disso, sua ação tóxica muda sensivelmente com a temperatura e pressão o que dificulta a prevenção de seus efeitos.

Também deve ser considerada a preocupação atual com a qualidade do ar ambiente como um todo. Assim, deve-se pensar não só no monitoramento dos gases tóxicos presentes num determinado processo, mas também com a poluição natural que gera fumaça, gases resultado da emissão de motores e também da própria decomposição de lixo. Damos a seguir alguns gases tóxicos com suas propriedades e quando aparecem:

 

Monóxido de Carbono (CO)

O monóxido de carbono não tem cheiro e não é visível, sendo também o mais abundante dos gases tóxicos. Os limites de exposição máxima variam entre 30 e 50 ppm, mas mesmo presentes em níveis menores pode causa problemas. Como ele tem densidade próxima da do ar ele é facilmente inalado. Recomenda-se que seus detectores sejam instalados na altura da cabeça de uma pessoa.

O monóxido de carbono é produzido em qualquer processo onde ocorra uma combustão incompleta de um combustível que contenha carbono. Motores de combustão interna, queima de lenha, gás ou carvão, produzem esse gás.

Ele também é usado em processos industriais como redutor, por exemplo, na produção do aço e refino de outros metais, assim como na produção do metanol numa reação com o hidrogênio.

 

Sulfeto de Hidrogênio (H2S)

Também conhecido como gás sulfídrico ele é facilmente reconhecido pelo seu cheiro de ovo podre. Esse forte odor permite que ele seja detectada mesmo em concentrações inferiores a 0,1 ppm. O limite máximo para exposição segura é 10 ppm, e em concentrações maiores ele pode causar paralisação instantânea. Como sua densidade é quase igual a do ar, recomenda-se que seus sensores sejam colocados na altura da cabeça.

Esse gás normalmente é produzido na decomposição de substância orgânicas e também encontrado no solo, durante escavações. O H2S também é um componente do biogás.

 

Dióxido de Enxofre (SO2)

Esse gás também é incolor e tem um cheiro próprio. O dióxido de enxofre é formado no processo de combustão do enxofre ou de materiais que contenham enxofre como óleo e carvão. Esse gás é muito ácido, formando ácido sulfúrico quando dissolvido em água.

Juntamente com os óxidos de nitrogênio ele é o responsável pelas chamadas chuvas ácidas e na atmosfera ele causa seu embaçamento, afetando o sistema respiratório de muitas pessoas.

Na indústria o nível máximo de segurança é 2 ppm. O SO2 é usado no tratamento de água para deslocar o excesso de cloro e por suas propriedades esterilizadoras também é usado na indústria de alimentos. Como se trata de um gás mais pesado que o ar, ele tende a se acumular no nível do solo, onde devem ser posicionados os sensores que detectam sua presença.

 

Cloro (Cl2)

O cloro tem um cheiro muito forte, é corrosivo e também apresenta coloração que tende do vermelho para o amarelo. O uso mais comum é na purificação da água e piscinas, mas também é utilizado na indústria na fabricação de materiais como o PVC ou ainda no clareamento e fabricação de papel.

Como se trata de um gás muito reativo ele é absorvido por muitos materiais. Isso torna esse gás difícil de detectar, exigindo que os sensores sejam de boa qualidade e constantemente calibrados com técnicas especiais.

 

Óxido Nítrico (NO) e Dióxido de Nitrogênio (NO2)

Na verdade existem três gases derivados do nitrogênio que apresentam propriedades que precisam ser observadas por sua influência na saúde das pessoas. Um deles é o Dióxido de Nitrogênio NO2 que não é venenoso, sendo usado em processos anestésicos e como propelente em sprays de cremes.

Já o óxido nítrico ou NO (monóxido de nitrogênio) e o NO2 formam o NOx que, juntamente com o NO2 são responsáveis pelas chuvas ácidas. A principal origem da presença desses gases na atmosfera é a queima de combustíveis, principalmente nos motores diesel.

Na saída dos escapamentos de veículos a diesel, por exemplo, o NO consiste em 90% da emissão, no entanto ele reage espontaneamente com o oxigênio da atmosfera para gerar o NO2. O NO é incolor mas o NO2 é ácido com cheiro forte e tem coloração marrom. O nível máximo de segurança do NO é 25 ppm, e para o NO2 é 35 ppm.

 

Dióxido de Carbono ou Gás Carbônico (CO2)

Descontando o fato de que quando respiramos exaurimos CO2 numa concentração que chega aos 400 ppm, o nível máximo de segurança para a presença desse gás é 5000 ppm ou 5%. Esse gás é produzido tanto no processo de respiração como na queima e processos de fermentação.

A presença de elevadas concentração de CO2 pode trazer perigo para a saúde também pela redução que ele causa na concentração de oxigênio. Isso pode ocorrer em locais com ventilação deficiente.

Uma aplicação do CO2 em processos é em estufas onde um aumento de concentração aumenta a taxa de crescimento das plantas. Como se trata de gás sem cheiro e sem cor sua detecção é feita principalmente com o uso de sensores infravermelhos de absorção.

 

Ácido Cianídrico (HCN)

Esse gás venenoso bem conhecido não tem cor, seu cheiro é adocicado e tem um nível máximo seguro de 10 ppm durante 15 minutos. Sua aplicação principal está relacionada com a indústria do ouro.

 

Ácido Clorídrico (HCl)

Com um cheiro forte, esse gás é fortemente corrosivo sendo dissolvido facilmente em água, com a qual reage. Existem diversos processos químicos que fazem uso dessa substância. Ocorre também sua emissão na queima de PVC.

 

Gases Ácidos

O HCl, HF, SO2 e o NO2 resultam em ácidos fortes quando dissolvidos em água. Gases de outros ácidos como o nítrico também podem ser detectados por essa propriedade. O dióxido de carbono e o ácido cianídrico são fracamente ácidos e por isso difíceis de detectar com sensores de gases ácidos.

O SO3 é emitido pelo escapamento de motores mas não consiste num gás e sim num sólido que sublima rapidamente (passa do estado sólido diretamente para o gasoso através do aquecimento). Sensores de gases ácidos, entretanto, não podem ser usados para detectar o SO3 porque essas substâncias os destroem rapidamente.

Os sensores de gases ácidos são mais usados para detectar escapes de HF usados na produção de petróleo sem chumbo e em outros processos industriais.

 

Amônia (NH3)

A amônia é o único gás comum alcalino. Sua densidade é aproximadamente metade da do ar e ele possui um cheiro forte característico. O nível máximo seguro é de 25 ppm, mas sua alcalinidade faz com que ele reaja com facilidade com gases ácidos e o cloro o que mascara sua presença num ambiente.

A amônia é produzia em grandes quantidade em muitos processos como, por exemplo, na fabricação de fertilizantes, resinas, explosivos e fibras como o nylon. Ela também é usada como refrigerante, aplicação que está aumentando com a redução do uso do CFC.

Sensores do tipo pelistores podem detectar esse gás com facilidade.

 

Ozônio (O3)

O gás ozônio não é estável, sendo gerado quando necessário num processo. Seu uso tem sido aumentado no tratamento da água. Sua detecção pode ser feita em baixas concentrações através de sensores eletroquímicos, mas os sensores também reagem com o cloro e o nitrogênio, o que pode mascarar os resultados.

 

Oxigênio - Também é preciso controlá-lo

Tão importante quanto evitar as concentrações perigosas de gases tóxicos num ambiente é garantir também uma concentração apropriada de oxigênio.

A concentração de oxigênio normal da atmosfera é de 20,9%. No entanto, em ambientes fechados, sem ventilação ou onde ocorra um processo de combustão, essa concentração pode ser reduzida rapidamente.

Uma outra causa para a diminuição da concentração do oxigênio é a presença de outros gases, por exemplo, o dióxido de carbono (CO2) e nitrogênio. As reações de oxidação (corrosão) também são responsáveis pela redução da concentração de oxigênio num local.

No caso do CO2 a tabela dada a seguir mostra os efeitos de sua concentração na diminuição da concentração do oxigênio.

 

Concentração do gás diluenteConcentração resultante do oxigênio
0.5% 20.8%
1 % 20.7%
5% 19.9%
10% 19.0%
15% 18.2%
20% 17.4%
25% 16.7%

 

Os instrumentos que monitoram as concentrações de oxigênio normalmente acionam um alarme com 18 ou 19% de concentração, pois as pessoas já começam a se sentir mal com 17% e com níveis abaixo disso de 2% a 3% menos a morte pode ocorrer rapidamente.

Um nível de concentração de 10 a 13% pode levar á incosciência tão rapidamente que a pessoa não tem tempo de procurar socorro. Veja que ocorrem mais mortes por falta de oxigênio do que devido à presença de outros gases.

No entanto, o aumento da concentração de oxigênio ambiente também tem efeitos perigosos, pois aumenta rapidamente a possibilidade da ocorrência de fogo. Com 24% de concentração, até mesmo materiais comuns como as roupas podem pegar fogo espontaneamente.

 

Conclusão

Monitorar constantemente os ambientes em que possam ocorrer o escape de gases tóxicos ou ainda uma redução da concentração de oxigênio é um item de segurança dos mais importantes.

Empresas como a Honeywell (ww.honeywell.com), a Omron (www.omron.com), a Nemotech (www.nemotech.com) e a Crowcon (www.crowcon.com) são algumas empresas que fabricam sensores de gases para os gases que relacionamos nesse artigo.

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