Como a Detecção de Gases Perigosos Protege Vidas e Locais de Trabalho

O aumento no número de gases perigosos representa uma ameaça severa à humanidade em geral e a trabalhadores em muitas indústrias. Esses gases podem vir de fontes naturais ou artificiais, como indústrias químicas, refino de petróleo, processamento de pedra, plástico e alimentos. Devido ao risco de vazamento no meio ambiente, procedimentos de segurança são necessários para proteger o meio ambiente e os trabalhadores. Diferentes tipos de detectores de gás são usados para detectar diferentes gases, como poluentes comumente encontrados: monóxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, cloreto de sulfonil, fosfina e cloreto de nitrosila.

Sensores Catalíticos

Sensores de esferas catalíticas/Pellistor (CB), que existem há quase um século, podem responder a gases inflamáveis como hidrogênio, oxigênio, sulfeto de hidrogênio, metano, butano, propano e monóxido de carbono. Eles têm duas esferas: uma esfera ativa revestida com um catalisador, que reduz a temperatura na qual o gás ao redor se inflama. Como resultado da combustão, esta esfera aquece, causando uma diferença de temperatura entre ela e uma esfera de referência. O calor faz a resistência mudar como função do tipo e concentração do gás. Como a esfera é um dos braços de uma ponte de Wheatstone, essa mudança de resistência produz um sinal de tensão de saída. Sensores de combustão catalítica são rápidos e precisos quando usados para detectar um único gás. No entanto, esta tecnologia está sujeita a envenenamento do sensor por exposição a silicones e compostos de chumbo.

Além disso, em sensores de detecção de múltiplos gases, esses detectores podem dar leituras falsas para todos os outros gases se forem calibrados para um único gás. A escolha correta do gás combustível para calibração depende da aplicação industrial e do(s) perigo(s) de gás potencial(is) daquela indústria específica. Por exemplo, para um distribuidor de propano, o perigo é propano; em esgotos, o principal perigo é metano.

Em um ambiente complexo com múltiplos gases combustíveis, várias questões precisam ser consideradas ao escolher um sensor, o mais importante sendo o Limite Inferior de Explosividade (LIE) — a menor concentração (por volume percentual) de um gás no ar capaz de produzir um clarão de fogo na presença de uma fonte de ignição.

• Quais são os gases combustíveis?

• Qual gás é o mais prevalente?

• Quais são suas concentrações como porcentagem do LIE?

• Que tipo de sensor você precisa — gás único ou múltiplos gases?

Sensores de Espectrômetro de Propriedades Moleculares (MPS), uma tecnologia proprietária da NevadaNano (Sparks, NV), podem detectar a presença de gases inflamáveis ou combustíveis, incluindo misturas, e classificá-los como hidrogênio, metano, gás leve, gás médio ou gás pesado. Eles podem detectar rapidamente um amplo espectro de gases combustíveis, incluindo hidrogênio e hidrocarbonetos pesados. Sensores MPS, ao contrário de sensores de esferas catalíticas, não podem ser envenenados porque a medição é baseada em propriedades físicas, não em reações químicas. Eles não precisam de calibração e oferecem recurso fail-safe e diagnósticos integrados para notificar o usuário se um sensor se tornar inutilizável ou comprometido.

O transdutor do Sensor de Gás Inflamável MPS é uma membrana micro-usinada com um aquecedor Joule embutido e termômetro de resistência. O transdutor de sistema microeletromecânico (MEMS) é montado em uma placa de circuito impresso e embalado dentro de uma caixa robusta aberta ao ar ambiente. A presença de um gás inflamável causa mudanças nas propriedades termodinâmicas da mistura ar/gás que são medidas pelo transdutor.

Abordagem de Sistemas para Monitoramento de Segurança Pessoal

Universal Site Monitoring (USM) — Darwin NT, Austrália — projetou e desenvolveu um sistema integrado de dispositivos vestíveis de monitoramento de segurança pessoal, hubs de comunicação e software de relatórios e gestão.

O Monitor de Segurança Pessoal Hero portátil vem em uma versão padrão, modelo 825, e uma versão certificada ATEX/IECEx, modelo 715. Ele detecta Monóxido de Carbono (CO), Sulfeto de Hidrogênio (H₂S), gases explosivos (LIE) e Oxigênio (O₂), usando sensores catalíticos. Inclui microcontroladores, sensores de gás, sensor de temperatura, acelerômetro, giroscópio, alto-falante para alarmes audíveis, módulo celular, GNSS e Zigbee.

Os sensores de gás usam um módulo conversor analógico-digital (ADC) externo, que converte a saída analógica dos sensores para formato digital. Os dados digitais são transferidos para um microcontrolador usando um protocolo de comunicação serial I2C.

O acelerômetro e giroscópio, junto com o GNSS, são usados para determinar a posição do trabalhador, velocidade sobre o solo, elevação, escorregões, tropeções e quedas.

A Interface Universal de Dados (UDI) sistema inteligente de alerta e navegação é uma aplicação baseada na web desenvolvida para a sala de controle, para monitorar dados ao vivo vindos do Monitor de Segurança Pessoal. O Monitor de Segurança Pessoal exibe todos os dados em uma tela LCD e os envia para a Interface Universal de Dados para monitoramento em tempo real, análises, configuração e comunicação, usando a rede disponível, seja celular, GNSS ou Zigbee. A empresa combinou o hardware e a interface Universal Data (UDI) software inteligente de alerta e navegação em uma solução de segurança do trabalhador conectado com conectividade celular 2G/3G/4G integrada.

Gatilhos e alarmes podem ser definidos remotamente de uma sala de controle para alta ou baixa concentração de detecção de gás, e o nível de alarmes também pode ser configurado de acordo com os requisitos do local. O operador remoto pode definir diferentes estágios de alarmes, alarmes críticos ou de aviso, e configurá-los em resposta a concentrações específicas dos quatro gases detectados. Por exemplo, o usuário pode definir o gatilho/alarme de aviso em resposta a 10 PPM de monóxido de carbono ou abaixo, ou pode mudar o nível do alarme de aviso para crítico em resposta a 100 PPM de monóxido de carbono ou acima.

Sensor de Gás Clip-On

A tecnologia mais avançada de sensor Espectrômetro de Propriedades Moleculares (MPS) foi usada nos Sensores de Gás Clip-On de Baixa Energia (BLE) da USM. Este sensor é certificado, estável, imune a envenenamento e não requer calibração. Ele pode detectar até quinze gases inflamáveis LIE, bem como hidrogênio, pressão atmosférica, temperatura e umidade. O Clip-On permite que usuários finais monitorem riscos de gás no campo conectando sua frota de telefones móveis à Interface Universal de Dados usando o aplicativo móvel General Asset Monitor para dispositivos Android e iOS.

Monitor Biométrico

A USM também está desenvolvendo um Monitor Biométrico intrinsecamente seguro, que detecta oxigênio no sangue, frequência cardíaca e temperatura corporal dos trabalhadores. Os dados são transmitidos em tempo real para o sistema inteligente de alerta e navegação Interface Universal de Dados via Monitor de Segurança Pessoal ou aplicativo móvel General Asset Monitor. Este dispositivo pode monitorar as métricas de saúde do trabalhador com parâmetros definidos e pode ajudar a salvar vidas em ambientes perigosos. Se sabe-se que um trabalhador tem uma condição cardíaca e que uma certa frequência cardíaca pode ser perigosa, um nível de alarme pode ser definido para aquele trabalhador específico. Sempre que sua frequência cardíaca exceder o valor definido, o alarme será acionado enquanto dados ao vivo continuam sendo enviados para o operador remoto na sala de controle. O operador remoto pode ver o status do alarme no painel e contatar imediatamente o indivíduo ou enviar ajuda de emergência.

Pontos de Acesso Mesh

Pontos de Acesso Mesh (MAP) permitem que dados sejam transmitidos sem fio entre o Monitor de Segurança Pessoal e a Interface Universal de Dados via protocolo de comunicação Zigbee. Dispositivos Zigbee transmitem sinais dentro de curta distância (10 a 100 metros), mas como o MAP utiliza uma rede mesh, cada dispositivo recebe e repete sinais, encaminhando-os para outros dispositivos de rede dentro do alcance. Isso resolve o problema de receber dados em ambientes difíceis envolvendo gases perigosos, altas temperaturas, má qualidade do ar e umidade, junto com linha de visão ruim em lugares como minas subterrâneas.

Atendendo às Necessidades de Diferentes Indústrias

Gás monóxido de carbono é uma das substâncias mais perigosas na indústria siderúrgica, particularmente ao redor de altos-fornos.

Numerosos gases estão associados à mineração e são geralmente divididos em tipos combustíveis, tóxicos e asfixiantes. Alguns dos gases mais comuns encontrados são metano, dióxido de carbono (CO₂), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NO, NO₂), sulfeto de hidrogênio (H₂S) e dióxido de enxofre (SO₂). Metano é o gás explosivo LIE combustível mais comum. É mais leve que o ar, inodoro e explode em concentrações entre 5% e 15%. Esses gases perigosos são frequentemente detectados durante desenvolvimento subterrâneo e de perfuração tanto em superfície quanto subterrânea.

Trabalhadores nas indústrias de petróleo e gás enfrentam risco de incêndio e explosão devido à ignição de vapores ou gases inflamáveis. Gases inflamáveis, como gases de poço, vapores e sulfeto de hidrogênio, podem ser liberados de poços, caminhões, equipamentos de produção ou equipamentos de superfície, como tanques e shale shakers. Fontes de ignição podem incluir estática, energia elétrica, chamas abertas, raios, cigarros, ferramentas de corte e solda, superfícies quentes e calor por atrito.

Monitoramento de Segurança Integrado

O objetivo de um sistema integrado de monitoramento de atmosfera perigosa é manter os trabalhadores seguros, fornecendo informações precisas sobre o estado atual do ambiente, incluindo gases perigosos, temperatura e umidade. Esta tecnologia também auxilia em operações de resgate durante desastres, fornecendo informações sobre a localização exata do acidente, onde o pessoal está, e fornecendo comunicação bidirecional entre o operador da sala de controle da Interface Universal de Dados e os trabalhadores em perigo.

Este artigo foi escrito por Umer Farooq, Engenheiro de Vendas Técnico, Universal Site Monitoring (Darwin NT, Austrália). Para mais informações, contate o Sr. Farooq em este endereço de e-mail ou visite aqui.