Calibração apropriada de sensores Catalíticos: Guia prático

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1 Calibração apropriada de sensores Catalíticos: Guia prático Sensores de explosivos catalíticos (CatEx) oferecem detecção precisa e confiável de gases inflamáveis desde que sejam adequadamente configurados para cada tarefa de detecção. Ao realizar a calibração cruzada, é importante observar não apenas as regulamentações mais atuais, mas também algumas características relacionadas à detecção. 1

2 Os sensores baseados no princípio calorimétrico são, frequentemente, usados sempre que a atmosfera precisa ter substâncias explosivas como metano ou nonano testadas ou monitoradas. A vantagem desses sensores CatEx é que medem qualquer gás inflamável. Mas exibem medição precisa apenas para o gás configurado para a detecção. A sensibilidade deles varia conforme a substância. Por exemplo, são, de modo geral, menos sensíveis a vapores que a gases. Se um detector com sensor de leito catalítico estiver calibrado para detectar uma substância a que o sensor seja sensível, o resultado exibido (em termos de percentual do LIE) para qualquer substância a que o sensor não seja sensível 1 será menor que a concentração real da substância. Além disso, se um sensor estiver calibrado para um gás a que não é sensível, ele então exibirá, para todos os outros gases, concentrações maiores que as efetivamente presentes. Por exemplo, sensores CatEx são considerados muito insensíveis ao vapor de nonano. Se um sensor estiver calibrado para nonano e detectar, por exemplo, metano, o aparelho mostrará um teste com resultado superior para metano, por causa de sua maior sensibilidade a essa substância. Um aparelho calibrado para nonano emite um alarme inicial para todos os gases inflamáveis presentes. O que isso significa em termos práticos? Antes de um aparelho estar pronto para uso, ele deve ser configurado para a tarefa pretendida. É importante levar em conta os seguintes questões: Que gases você espera encontrar? Como e com que gás o teste de resposta (diário) deve ser realizado? Como e com qual gás a calibração deve ser realizada? Quais níveis de alarme devem ser configurados? Como isto deve ser documentado? Em muitos casos, é importante assumir que vários gases e vapores inflamáveis estarão presentes. Por isso, é aconselhável selecionar uma calibração que o mantenha prevenido. Isto pode ser feito usando o gás específico que se quer medir, mas pode ser feito também com um gás substituto. Calibração com o gás específico ou substituto? Há vários motivos para escolher um gás de teste diferente dos gases específicos (p.ex., nonano) ao realizar as calibrações e testes de resposta: O gás de teste é mais fácil de controlar: O nonano, por exemplo, é líquido em temperatura ambiente e não está disponível em cilindro de gás de calibração. A realização de calibração de vapor demandaria muita mão-de-obra, além de ser imprecisa na ausência da experiência e de equipamentos apropriados. Possível ocorrência: Um gás de ensaio também pode ser usado quando, além do gás específico, aparecer no ambiente operacional como possível gás de medição. Verificação mais abrangente: O gás substituto permite que outras funções do detector de gás sejam verificadas. Dadas suas propriedades, o nonano, por exemplo, é o gás de teste preferido para aplicações que demandam precauções de segurança mais rigorosas e calibração extremamente sensível. 2

3 O nonano é líquido em temperatura ambiente. Para a calibração do gás-alvo, será usado normalmente o vapor do nonano líquido. Contudo, em termos práticos, isso é difícil de se obter com a precisão necessária usando a calibração direta por vapor. Por isso, a calibração para nonano é normalmente realizada usando um gás de ensaio diferente, chamado de gás substituto (ou calibração cruzada) A conversão correta da sensibilidade pode ser realizada manualmente, usando as especificações técnicas do fabricante, ou automaticamente, pelo detector de gás. MEDIÇÃO DE NONANO: SEU APARELHO É ADEQUADO? A aprovação metrológica é o único modo de se ter certeza. A comprovação de adequação metrológica para gases e vapores inflamáveis é conferida pela norma EN (VDE ), Explosive atmosphere - Part 29-1: Gas detection devices Requirements for operational behaviour of devices for measuring flammable gases. Cada fabricante decide para qual gás o desempenho metrológico será testado. Apenas alguns fabricantes têm aprovação metrológica para o nonano incluindo a Dräger, com seus detectores da série Dräger X-am. Calibração adequada quando há riscos de contaminação do sensor Uma desvantagem da tecnologia de CatEx é o risco de contaminação do sensor. Devido às influências ambientais, o sensor pode perder sensibilidade, o que inibe sua resposta. Substâncias polimerizantes, como estireno ou acrilonitrila, além de hidrocarbonetos fluorados ou clorados, silicones, compostos híbridos ou sulfúricos (p.ex., sulfeto de hidrogênio 2 e mercaptanos) podem contaminar o elemento catalítico do sensor. Frequentemente, presume-se que o Bump Test diário indicará se alguma dessas contaminações ocorreram, mas isto não é correto. Para todas as operações de sensores CatEx em que possa haver metano, a norma EN recomenda que a funcionalidade dos detectores de gases também seja calibrada e testada para metano mesmo se o aparelho estiver configurado para um gás específico diferente. Um detector contaminado não será aprovado no teste de funcionalidade do sensor CatEx com uso de metano como gás substituto. Se o aparelho for calibrado com metano, exibirá concentrações mais altas que as efetivamente presentes para todas as outras substâncias, presumindo que ainda possa ser calibrado. A sensibilidade mais alta confere maior segurança. Em termos práticos, há dois métodos para compensar possíveis efeitos de uma contaminação. 1. Calibrar o sensor CatEx para metano e diminuir o limite de alarme para o sensor de explosividade. Normalmente, sensores de explosividade são configurados para níveis de alarme iguais a 20% do LIE (pré-alarme) e 40% do LIE (alarme principal). Se um aparelho calibrado para metano for configurado para 10% e 20% do LIE em vez disso, os alarmes serão disparados antes, sem fazer nenhuma alteração na sensibilidade real do aparelho. A desvantagem desse método é que baixas concentrações de vapores poderiam não ser exibidas, uma vez que a sensibilidade do sensor não é aumentada, e é suprimida pela faixa de captura do sensor. 2. Calibração cruzada usando cálculos manuais ou automáticos da diferença de sensibilidade. Com essa solução, a sensibilidade a metano também precisa ser testada regularmente. A contaminação faz com que sensores CatEx se tornem seletivamente insensíveis, primeiro, ao metano; depois a insensibilidade dissemina-se para outros vapores ou gases, como propano ou nonano. Isso é conhecido como contaminação seletiva. 3 Em casos extremos, um sensor CatEx contaminado seletivamente pode nem mesmo reagir mais ao metano. 3

4 Calibração cruzada automática para maior flexibilidade e segurança O sensor CatEx 125 PR da Dräger inclui um conjunto de dados extenso, que permite que o sensor seja calibrado com metano para quase todos os gases ou vapores inflamáveis. O metano é determinado como o gás de teste e calibração, ao passo que outro gás (hexano ou nonano, por exemplo) é determinado como gás a ser medido. Outros gases no dataset também podem ser usados como gases de teste e calibração. Seja na calibração manual, seja ao usar a Dräger X-dock para testar e calibrar automaticamente, o aparelho realiza, de maneira independente, os cálculos de conversão necessários e determina a sensibilidade exigida. Por causa da grande quantidade de dados armazenada no aparelho, influências da temperatura também são automaticamente levadas em consideração. Calibração cruzada automática para maior Uma calibração cruzada geralmente é menos precisa que uma calibração com o gás-alvo a tolerância é em torno de +/-30%. Contudo, visto que os gases normalmente aparecem misturados na vida real, a sensibilidade a pelo menos um gás substituto é necessária em todos os casos. O objetivo é, portanto, alcançar a sensibilidade necessária e ao mesmo tempo excluir a possibilidade de contaminação seletiva, para garantir que o usuário receberá o alerta com segurança. Pode ser obtido utilizando o procedimento mostrado na tabela 1: Detectar presença seletiva do Metano CALIBRAÇÃO AUTOMÁTICA DA SENSIBILIDADE CRUZADA COM METANO (p.ex., para Nonano) Sim CALIBRAÇÃO COM GÁS-ALVO (p.ex., para Pentano e não Metano) Não Manter sensibilidades altas Sim Dependendo do gás específico Alta precisão para um gás (específico) Tolerância na calibração com sensibilidade cruzada +/- 30 % Sim Possível usar estação de teste automática Sim Sim Vapor como gás de detecção Sim, dependendo do fabricante* Somente é possível com uso intensivo do equipamento Documentação dos gases Bump Test, calibração e medição Dependendo do design do fabricante* Dependendo do design do fabricante Uso com misturas de gases Sim Sim Comparação de calibração de gás substituto com metano e calibração de gás-alvo *Sim, para Dräger X-am 2500 e X-am

5 O detector multigases da Dräger também pode ser configurado para exibir apenas Ex 4 como indicação de gás, mesmo que esteja configurado para detectar um gás específico. Por fim, o objetivo desta calibração é detectar todo possível vapor ou gás inflamável. Se ocorrer contaminação seletiva, ou o aparelho não passará na calibração/bump Test, ou será calibrado com sensibilidade maior que a necessária falhando no quesito segurança. É por isso que a calibração com gás substituto só pode ser realizada em busca de maior sensibilidade. O sistema impede a determinação de metano como gás-alvo se outro gás já tiver sido selecionado para calibração ou teste. Essa abordagem garante que o metano seja exibido corretamente, de acordo com a norma EN, e ao mesmo tempo apresente a sensibilidade necessária para detectar outros gases e vapores. Além disso, o processo é totalmente documentado, porque os gases de teste, calibração e detecção são exibidos individualmente e listados nos relatórios de teste, junto com as concentrações efetivamente determinadas. Ao usar detectores que dão a opção de realizar a calibração com gás substituto para gases ou vapores selecionados e ao mesmo tempo escolher metano como o gás de teste para a função teste/calibração, os usuários seguem as exigências da norma EN A calibração automática com gás substituto para os detectores Dräger X-am 2500 e Dräger X-am 5000 é uma solução simples e segura para os sensores CatEx modelo CatEx 125 PR. Autores: Rüdiger Weich Gerente de Produto Malte Berndt Gerente de Produto Bettina Runge Gerente de Produto MEDIR COM UM DETECTOR DE GASES CALIBRADO PARA NONANO (EX) MEDIR COM DETECTOR DE GASES CALIBRADO PARA METANO (EXPLOSIVIDADE) Display (%LIE) Display (%LIE) Gás medido: Nonano Gás medido: Metano Metano 2 Propano 3 Nonano Representação exemplificativa simplificada para fins ilustrativos, baseada em Bergdoll & Rudolph, BRANDSchutz 12/07, p Concentração (%LIE) Metano 2 Propano 3 Nonano Representação exemplificativa simplificada para fins ilustrativos, baseada em Bergdoll & Rudolph, BRANDSchutz 12/07, p Concentração (%LIE) 3 Sensores Cat Ex para medir gases inflamáveis e vapores têm diferentes sensibilidades quando calibrados para diferentes gases de medição. Representação exemplificativa para fins ilustrativos: A imagem à esquerda representa um detector de gases calibrado para nonano, junto de um sensor Cat Ex. As concentrações 100% do LIE de metano e propano são exibidas antes de o limite inferior de explosividade real ser alcançado. A imagem à direita representa o detector calibrado para metano. O aparelho é menos sensível aos gases propano e nonano. 5

6 1 "Insensível" significa que o sensor emite apenas um sinal de medição mínimo (p.ex., em mv/% do LIE). 2 A contaminação com sulfeto de hidrogênio tem menor importância para os sensores Cat Ex modernos, mesmo na realização de testes de funcionamentos com mix-gas contendo sulfeto de hidrogênio durante o teste de funcionamento ou a calibração. Por exemplo: Sensor Dräger CatEx 125 PR: Máx. 2% de perda de sensibilidade durante exposição a ppm*h. Como o Bump Test de gás é geralmente curto (questão de segundos) e envolve baixas concentrações (por volta de ppm), um teste diário com mistura de gases praticamente não tem impacto na sensibilidade. 3 Para a contaminação com metano, há explicações teóricas relacionadas à energia de ativação. 4 Ex significa gases e vapores explosivos FONTES/REFERÊNCIAS: Norma EN : Explosive atmospheres - Part 29-2: Gas detection devices - Selection, installation, use and maintenance of devices for measuring flammable gases and oxygen Norma EN : Explosive atmospheres Part 29-1: Gas detection devices - Requirements for operational behaviour of devices for measuring flammable gases Bergdoll, Rudolph: What is the correct LEL value? em BRANDSchutz/ Deutsche Feuerwehr-Zeitung 12/2007, p. 865ff; Publicado por: W. Kohlhammer GmbH IMPRESSO NA Conheça toda a nossa linha em tecnologias para detecção portátil de gases e encontre as soluções certas para os desafios do seu dia a dia: ALEMANHA Revalstraße Lübeck lt