CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL - eel.usp.br e vapores.pdf · Gases e Vapores 3 3 3. AVALIAÇÃO DOS GASES E VAPORES Os gases e vapores podem ser avaliados através de aparelhos que

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO SECRETARIA DA CIÊNCIA, TECNOLOGIA E DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E TURISMO FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA DE LORENA – FAENQUIL

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

Segurança do Trabalho

Saúde Ocupacional

GASES E VAPORES 1. Conceituação 2. Classificação fisiológica dos gases e vapores 3. Avaliação dos gases e vapores 4. Medidas de proteção 5. Equipamentos industriais de controle 6. Limites de tolerância e insalubridade 7. Bibliografia

ANEXO: Figuras de alguns equipamentos de avaliação disponíveis no mercado.

Prof. Carlos Eduardo Vernes Mack Eng.de Segurança do Trabalho

Abril 2005

Segurança do Trabalho / Saúde Ocupacional

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1. CONCEITUAÇÃO

- Gás: é a denominação dada às substâncias que, em condições normais de pressão e temperatura (25°C e 760 mmHg), estão no estado gasoso. Exemplos: oxigênio, hidrogênio, gás carbônico, etc.

- Vapor: é a fase gasosa de uma substância, que a 25°C e 760 mm de Hg é líquida ou sólida.

Exemplos: vapores d’água, vapores de gasolina, vapores de tolueno, etc. Em Saúde Ocupacional não importa se a substância é um gás ou um vapor. O que importa é o estado gasoso, já que nesta situação, a substância tende a se difundir no ar e por isto, em pouco tempo espalha-se mais ou menos uniformemente por todo o ambiente de trabalho. Assim, os trabalhadores passam a inalar pela via respiratória o gás ou vapor, com as possíveis consequências de caráter toxicológico. Além dos aspectos toxicológicos, os gases e vapores podem apresentar risco de incêndio ou explosão, que será melhor analisado na aula sobre líquidos inflamáveis. Pelo exposto, verifica-se que em qualquer local de trabalho precisa-se saber quais os gases ou vapores de existência normal ou aqueles que podem surgir oriundos de reações anormais e seus riscos. Isto deve ser possível pela pronta consulta a folhetos de informações de segurança ou folhetos de dados relativos a estas substâncias e colocados à disposição de todos. Se estes folhetos não existirem é necessário e importante que o engenheiro de segurança ou mesmo da fabricação os emitam para a divulgação dos cuidados necessários, assim, como das medidas a serem tomadas em caso de emergência.

2. CLASSIFICAÇÃO FISIOLÓGICA DOS GASES E VAPORES

Os gases ou vapores podem ser classificados segundo a sua ação sobre o organismo humano. Assim, podem ser divididos em 3 grupos: - Irritantes: produzem inflamações nos tecidos com que entram em contato direto, tais como

a pele, a conjuntiva ocular e as vias respiratórias. Exemplos: ácido sulfúrico, cloro e gases nitrosos, etc.

- Anestésicos: produzem efeitos anestésicos, devido à ação depressiva sobre o sistema nervoso central. Este efeito aparece em exposições a altas concentrações, por período de curta duração. No entanto, exposições repetidas e prolongadas a baixas concentrações, casos típicos de exposição industrial, acarretam intoxicações que afetam os diversos sistemas do nosso corpo. Exemplos: a maioria dos solventes orgânicos, como tetracloreto de carbono, benzeno, tolueno, álcool etílico, butano, propano, etc.

- Asfixiantes: produzem o bloqueio dos processos vitais tissulares, causado pela falta de oxigênio. A falta de oxigênio pode acarretar lesões definitivas no cérebro, em poucos minutos. Exemplos: hidrogênio, hélio, argônio, monóxido de carbono, etc.


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3. AVALIAÇÃO DOS GASES E VAPORES

Os gases e vapores podem ser avaliados através de aparelhos que coletam e analisam a amostra no próprio local de trabalho e denominados aparelhos de leitura direta, e através de aparelhos que coletam amostra do ar ou do contaminante, para posterior análise em laboratório e denominados amostradores.

3.1. Aparelhos de Leitura Direta

Os aparelhos de leitura direta são aqueles que fornecem, imediatamente, no próprio local que está sendo analisado, a concentração do contaminante. Estes aparelhos podem ser usados para a avaliação de gases e vapores, e também, de alguns aerodispersóides. Eles podem ser divididos, para estudo, em dois grandes grupos: 1°) os que utilizam métodos químicos; 2°) os que utilizam métodos físicos. Embora esta divisão não seja muito clara, já que, na maioria dos métodos, misturam-se fenômenos físicos e químicos, costuma-se chamar de métodos químicos de avaliação, aqueles métodos de detecção da concentração de um poluente que se baseiam, principalmente, numa reação química. Os indicadores colorimétricos, aparelhos de leitura direta que utilizam métodos químicos, são aqueles que fornecem a concentração existente no ambiente, pela alteração de cor ocorrida devido à uma reação química. Existem três tipos de indicadores colorimétricos: 1) tubos indicadores, contendo substâncias químicas impregnadas em um sólido – usados para

avaliar concentrações de gases e vapores dispersos no ambiente de trabalho; 2) filtros de papel tratados quimicamente – utilizados, geralmente, para avaliação de

aerodispersóides; 3) líquidos reagentes, normalmente utilizados para avaliar concentrações de gases ácidos ou

alcalinos. O método utilizado nos indicadores colorimétricos é bastante simples. Consiste, fundamentalmente, em se passar uma quantidade conhecida de ar através de um reagente, o que produzirá uma alteração de cor neste último, caso a substância contaminante esteja presente. A concentração do contaminante é então determinada: - pela comparação da intensidade e extensão da alteração de cor resultante, com escalas

padronizadas, que tanto podem estar gravadas no próprio tubo, como impressas na carta informativa que o acompanha;

- por comparação da cor obtida com cores padrões; - pelo número de bombadas (quantidade de ar) necessárias para se chegar à uma cor padrão. Para se fazer passar o ar através do reagente, são utilizadas bombas aspiradoras, que tanto podem ser do tipo pistão ou do tipo fole. É de fundamental importância que, antes de iniciarmos qualquer amostragem, verifiquemos o estado de funcionamento destas bombas, para detectarmos a existência de eventual vazamento ou obstrução. Os fabricantes sempre fornecem informações quanto à forma de se fazer estes testes.


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Para cada substância ou, às vezes, para cada grupo funcional, existe um indicador específico. A grande maioria das substâncias possuem tubos indicadores para a sua avaliação. Como, muitas vezes, outras substâncias podem interferir na avaliação, por terem reação similar à do contaminante que está sendo analisado, muitos tubos são fabricados com uma pré-camada, onde são retiradas substâncias interferentes. É o caso do tubo de benzeno, que tem uma pré-camada para separar o tolueno e o xileno. Apesar de este método ser bastante prático e de fácil aplicação, este tipo de avaliação pode nos levar a erros de até 20%. Por isso, ele só é válido, quando a concentração obtida for bem abaixo ou bem acima do limite de tolerância, porque, assim, teremos certeza de que, mesmo com uma margem de erro, estaremos abaixo ou acima deste limite. No entanto, quando constatarmos que a concentração está próxima do limite de tolerância, deveremos utilizar um método mais preciso de análise, para termos certeza de que a concentração ultrapassa ou não o limite estabelecido. As avaliações com os tubos indicadores deverão ser feitas sempre por técnicos treinados em Saúde Ocupacional, que deverão atender, perfeitamente, todas as instruções que acompanham cada conjunto de tubos específicos. É importante salientarmos que, quando utilizarmos uma bomba aspiradora de determinado fabricante, devemos, obrigatoriamente, utilizar os tubos ou filtros indicadores da mesma marca, caso contrário poderemos obter concentrações com erros de até 50%. Como já dissemos anteriormente, existem também aparelhos de leitura direta baseados em princípios físicos. Estes aparelhos, normalmente, são bastante específicos e requerem muitos cuidados em sua calibração. Devido a cada equipamento servir, geralmente, para a detecção de uma única substância, nem sempre eles são de grande aplicabilidade, pois uma empresa em que haja vários contaminantes precisará ter uma grande quantidade de equipamentos. Muitas vezes, estes equipamentos baseados em princípios físicos são utilizados como aparelhos de análise em laboratório. Isto é, toma-se uma amostra-campo que é lançada neste equipamento em laboratório. É o caso específico do cromatógrafo. Outras vezes, os aparelhos possuem boa portabilidade, o que permite uma fácil utilização em campo. É o caso do Indicador Portátil de Monóxido de Carbono, que fornece a concentração do CO através da deflexão de um ponteiro.

3.2. Amostradores Basicamente os amostradores são de dois tipos: os que coletam amostras de ara total, isto é, ar mais contaminante e os que coletam apenas contaminantes. Após a amostragem dos gases e vapores, a determinação da concentração ambiental deverá ser feita através de análise química ou através de instrumentos de laboratório de alta precisão , tais como cromatógrafos, espectrofotômetros de infravermelho, espectrofotômetros de absorção atômica, etc. 3.2.1. Amostradores de ar total 3.2.1.1. Generalidades Estes amostradores coletam volume conhecido de ar contaminado para posterior análise dos contaminantes, através de métodos químicos ou instrumentais.


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Os métodos de análise em laboratório deverão ser sensíveis, pois neste tipo de amostragem, como a coleta é de ar total e os frascos têm dimensões limitadas, a quantidade de contaminante amostrada é relativamente pequena. Este tipo de amostrador não é recomendável para coleta de poeiras e fumos metálicos, pois estes podem se depositar nas superfícies internas do equipamento. A amostragem de ar total pode ser feita por dois princípios básicos descritos a seguir 3.2.1.2. Princípios básicos utilizados na amostragem de ar total a) Deslocamento de ar

Consiste na abertura, no local de amostragem, de um frasco com vácuo. O ar contaminado ocupará o lugar do vácuo. O frasco utilizado na amostragem não deverá reagir com o contaminante, pois isso acarretará erros na determinação da concentração do contaminante. Por exemplo, nunca deveremos usar frasco de vidro para coletar ácido fluorídrico, pois este reage facilmente com o vidro. A grande desvantagem da amostragem através de deslocamento de ar é que o frasco pode perder parte de seu vácuo antes de ser utilizado. Por isso, é recomendável que o vácuo seja feito, no máximo com um dia de antecedência. O deslocamento de ar também pode ser feito através da utilização, no local de amostragem, de bombas de vácuo, que vão extraindo o ar do interior do frasco, permitindo a entrada do ar existente no local de amostragem. Extraindo-se 5 ou 6 vezes o volume do frasco, teremos este ocupado, quase totalmente, pelo ar contaminado. O resíduo do ar anteriormente existente no frasco não ocasionará grandes interferências na análise da concentração do contaminante. Entre outros países, já existem, disponíveis, invólucros plásticos com vácuo, que podem ser utilizados para a amostragem no local.

b) Deslocamento de líquidos

Consiste em se esvaziar, no local de amostragem, um frasco cheio de líquido (geralmente água). Desta forma o ar contaminado ocupará o lugar do líquido. A desvantagem deste método é a solubilidade de alguns contaminantes no líquido existente no frasco, o que pode levar a erros na posterior determinação da concentração. Para diminuir este provável erro, alguns frascos possuem uma abertura na parte inferior, o que reduz o contato entre o ar contaminado e o líquido.

3.2.2. Amostradores de separação dos contaminantes de ar 3.2.2.1. Generalidades Neste tipo de amostragem o ar contaminado passa através de um meio coletor adequado, separando-se, assim, os contaminantes do restante do ar. É necessário que conheçamos o volume de ar total que passou através do meio coletor, para que, na posterior análise em laboratório, possamos determinar a concentração dos contaminantes. Existem aparelhos específicos, tanto para a amostragem de gases e vapores, como para a amostragem de aerodispersóides.


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Como os gases e vapores formam uma mistura homogênea com o ar, não se separam deste através de meios mecânicos. Assim, a amostragem dos mesmos pode ser feita, ou por coleta de ar total (descrito anteriormente), ou por separação dos contaminantes gasosos, através da retenção destes em meio sólido ou líquido ou, ainda, por condensação destes gases e vapores. Quando a concentração do contaminante a ser analisado for da ordem de partes por milhões (ppm), devemos dar preferência a um dos métodos de separação do contaminante do ar, descritos a seguir. 3.2.2.2. Métodos de retenção de contaminantes do ar a) Retenção em meio sólido (Adsorção)

Neste método de amostragem, faz-se passar um volume conhecido de ar contaminado através de um tubo contendo um sólido poroso, geralmente carvão ativado ou sílica gel, na superfície do qual os gases e vapores são adsorvidos. No laboratório, faz-se a remoção do contaminante utilizando-se um solvente adequado, que dependerá do tipo de adsorvente utilizado, tipo de contaminante e método analítico a ser empregado. O carvão ativado é utilizado para substâncias com peso molecular (PM) maior que 45, sendo excelente adsorvedor para gases e vapores de substâncias com ponto de ebulição (PE) superior a 0°C. Tem moderada capacidade adsorvente para os gases com PE entre 0°C e –100°C e, praticamente, não adsorve gases com PE inferior a –100°C. Como a maioria dos solventes orgânicos tem PM maior que 45 e PE maior que 0°C, a adsorção em carvão ativado é hoje um dos princípios mais utilizados para a amostragem destas substâncias. A remoção de gases e vapores adsorvidos em carvão ativado é feita, geralmente, com dissulfeto de carbono. A sílica gel, por ser uma substância polar, terá melhores características adsorventes, quanto mais polares forem os contaminantes a serem adsorvidos.

b) Retenção em meio líquido (Absorção)

Neste método, faz-se passar o ar contaminado através de um meio líquido (substância absorvente) adequado, no qual os gases e vapores ficam retidos, ou por diluição ou por reação química. A escolha do absorvente dependerá do contaminante a ser coletado, levando-se em conta sua solubilidade ou características reativas, e também do método de análise a ser utilizado em laboratório, para a determinação posterior da concentração do contaminante. A substância absorvente mais utilizada é a água, mas, quando o contaminante não tiver alta solubilidade na mesma, podemos utilizar outras substâncias. Por exemplo, para gases e vapores ácidos, podemos utilizar como meio absorvente uma solução alcalina. Os instrumentos utilizados para a absorção de gases e vapores são: 1) absorvedores simples, nos quais o ar passa através de um tubo e borbulha no meio

líquido. Estes absorvedores são usados para contaminantes de alta solubilidade ou de grande reatividade com o absorvente. O impinger é um exemplo deste tipo de absorvedor.

2) Absorvedores de múltiplo contato, que aumentam ou o tempo de contato entre o

contaminante e o meio absorvente ou a superfície de contato entre os mesmos. Com


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isso, há uma maior facilidade de absorção. Por esta razão, quando precisamos coletar gases e vapores com baixa solubilidade ou com reação muito lenta, é utilizado este tipo de amostrador. Para se obter a mesma eficiência do absorvedor de múltiplo contato, seria necessária a colocação de vários absorvedores simples em série.

c) Condensação

Neste método, o ar contaminado passa através de condensadores, ou tubo em U resfriado a uma temperatura inferior à do PE do contaminante a ser coletado. Este resfriamento pode ser feito com a utilização de ar liquefeito ou gelo seco. Para evitar interferência na análise posterior, antes do ar ser condensado, deverá passar por um desumidificador. Deve-se tomar cuidado para que a substância adsorvente da água não adsorva, também o contaminante que se quer coletar. A vantagem deste método é que o contaminante é coletado em um estado bastante puro. Mas a grande desvantagem do método é que, para termos uma boa eficiência, normalmente, precisamos ter alguns destes instrumentos colocados em série, o que faz com que o conjunto praticamente perca sua portatilidade. Outra desvantagem é que a amostra deverá ser mantida resfriada até o momento da análise, para evitar perdas por evaporação. Este método somente é utilizado quando houver alteração do contaminante, se coletado por outros métodos de amostragem.

QUADRO RESUMO – AMOSTRADORES DE GASES E VAPORES

Amostradores Princípios utilizados para a amostragem Equipamento utilizado

Deslocamento de Ar Frascos evacuados, sacos de aspiração Amostradores de AR TOTAL

(coletam o contaminante juntamente com o ar)

Deslocamento de Líquido Frascos de Mariot

Absorção (retenção do contaminante

em meio líquido)

Borbulhadores (impactadores ou

impinger)

Adsorção (retenção do contaminante

em meio sólido)

Bomba de sucção mais tubo contendo material

adsorvente (carvão ativado, sílica, gel)

Amostradores que separam o contaminante do ar

(coletam apenas o contaminante)

Condensação (mudança do estado gasoso

para o estado líquido) Condensadores

3.3. EQUIPAMENTOS DE AVALIAÇÃO DE GASES E VAPORE DISPONÍVEIS NO

MERCADO.


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Como a variedade de equipamentos é muito grande, só serão apresentados no Anexo, fotos ou anúncios de alguns deles.

4. MEDIDAS DE PROTEÇÃO

Da mesma forma que para Aerodispersóides, existem várias medidas relativas ao meio e ao homem que podem ser aplicadas para eliminar ou atenuar os efeitos de gases e vapores tóxicos. Algumas delas seriam: substituição de agentes nocivos, ventilação geral diluidora ou exaustora, segregação, manutenção de equipamentos do controle, exames médicos periódicos, limitação do tempo de exposição e utilização de EPI. Maiores detalhes podem ser obtidos na apostila sobre Aerodispersóides.

5. EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS DE CONTROLE O controle de gases e vapores produzidos pela indústria é mais complexo e não tão satisfatório quanto ao controle de materiais particulados. Entre os principais métodos de controle incluem-se: - Combustão

É realizada através de pós-queimadores que completam a oxidação de combustíveis parcialmente queimados, fumaças, materiais particulados e gases de odor desagradável. São muito utilizados em incineradores, refinarias, indústrias de alimento, beneficiamento de pescado, torração de café, indústrias de tintas e vernizes, etc. Os pós-queimadores são usualmente operados em torno de 650°C, porém, podem variar de 500°C a 900°C, dependendo da temperatura de ignição do contaminante a ser queimado.

- Absorção

Método em que o poluente gasoso é separado do efluente por dissolução em um líquido solvente apropriado. Por exemplo, óxidos de nitrogênio podem ser absorvidos por água; fluoreto de hidrogênio pode ser absorvido por uma solução alcalina. Conforme o tipo de solvente utilizado pode ocorrer uma reação química além da absorção física, aumentando assim a eficiência do processo. Diversos tipos de torres utilizam este método, com eficiências variáveis, dependendo do desenho do coletor, do solvente utilizado e também da natureza do efluente gasoso. Um dos tipos mais simples é a torre de enchimento. Esta é preenchida com material inerte cuja finalidade é aumentar a superfície de contato entre o gás e o líquido solvente que é borrifado no topo da torre.

- Adsorção

Na adsorção, as moléculas do gás ou vapor a ser tratado entram em contato com um adsorvente, como, carvão ativado, silicatos, etc, que retém o contaminante em seus poros e capilares. O contaminante, após esta coleta, é desadsorvido e enviado para disposição final. A separação do gás/vapor do adsorvente pode ser feita através de vapor, permitindo a utilização do adsorvente outras vezes no mesmo processo.


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A adsorção é frequentemente utilizada na eliminação de odores desagradáveis e para maior eficiência deve ser realizada dentro de certos limites de temperatura (até 50°C) e velocidade dos gases (entre 0,1 e 0,3 m/s)

6. LIMITE DE TOLERÂNCIA E INSALUBRIDADES

Só vamos lembrar que estes conceitos já apresentados na apostila sobre Aerodispersóides são também aplicados para gases e vapores tóxicos.

7. BIBLIOGRAFIA - Curso para Engenheiros de Segurança do Trabalho

Volume 3 - Fundacentro

- Técnicas da Segurança do Trabalho Eng. Leonídio Ribeiro

- Riscos Químicos

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