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Introdução

Desde os primórdios da humanidade, o consumo de energia vem aumentando tanto no consumo per capita como no consumo global. O homem primitivo consumia cerca de 2.000 kcal por dia por indivíduo, quantidade mínima necessária à sua sobrevivência, valor esse que se elevou para a ordem de 200.000 kcal por dia por indivíduo contemporâneo.

A oferta interna de energia no Brasil, de acordo com a Sinopse do Balanço Energético Nacional publicado em 2000 - ano base 1999, foi de 253,3 milhões de toneladas equivalentes de petróleo, a saber:

Os combustíveis líquidos do petróleo utilizados nas indústrias, geralmente óleos combustíveis pesados, concorrem de forma significativa para a deterioração do meio ambiente devido a vários fatores como: dificuldade de se manter as condições ideais para atomização e presença de elementos como o enxofre e alguns metais, mesmo em pequenas percentagens, como vanádio, níquel, sódio e ferro.

Combustão e Meio Ambiente

Os combustíveis derivados do petróleo são constituídos basicamente por 3 elementos: carbono, hidrogênio e enxofre. E para a queima desses combustíveis é necessária a participação de oxigênio, geralmente fornecido pelo ar atmosférico que apresenta a seguinte composição volumétrica:

1. oxigênio = 20,9%

2. nitrogênio = 78,1%

3. argônio = 0,9%

4. outros = 0,1% (ar seco, ao nível do mar)

Para fins práticos, considera-se o ar como uma mistura de 21% de oxigênio com 79% de nitrogênio.

A combustão dos derivados de petróleo pode ser sintetizada pelas seguintes reações:

Os principais efeitos dos combustíveis e produtos de sua combustão no meio ambiente são os seguintes:

1. Chuva ácida, causada pela formação de SO2, SO3, CO2, N2O e NO => NO2.

2. Aquecimento global, causado pelo efeito estufa oriundo do CO2, N2O e CH4 (metano não-queimado).

3. Neblina que irrita os olhos, causada pela foto oxidação dos vapores dos hidrocarbonetos não-queimados em presença de NO2 e da luz solar.

4. Toxidez, causada pelo CO, SO2, SO3, NO2 e vapores de hidrocarbonetos não-queimados.

5. Aumento de material particulado na atmosfera devido à emissão de fuligem (carbono não-queimado).

A emissão de produtos incompletos da combustão para a atmosfera, como vapores de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e fuligem, está associada a condições inadequadas de combustão como:

1. Baixa turbulência, ou seja, insuficiente superfície de contato entre o combustível e o comburente, como ocorre em uma má atomização do óleo combustível.

2. Baixo tempo de residência da mistura combustível-comburente nas condições de ignição.

3. Rápida queda da temperatura da chama, antes que a queima seja completa, fenômeno esse que é chamado "congelamento da chama".

4. Insuficiência de comburente, também chamada de mistura rica.

Já a formação de NOX está relacionada com o uso do ar atmosférico (comburente), como:

1. Mistura pobre (excesso de ar de combustão elevado).

2. Tempo de residência elevado em condições de ignição.

3. Alta turbulência.

4. Chama e processo de alta temperatura.

As condições ideais da combustão são aquelas em que o excesso de ar de combustão é o mínimo necessário para garantir a queima completa do combustível. Assim, a eficiência de combustão é maximizada, reduzindo a formação dos produtos da combustão: CO2, H2O, SOX e NOX.

Óleos Combustíveis

Os principais tipo de óleos combustíveis utilizados nas indústrias são os óleos residuais do refino do petróleo, os quais são classificados de acordo com o teor de enxofre (alto e baixo) e com a viscosidade. Existe também o consumo de combustíveis leves como o diesel e o querosene em menor escala.

A queima de um óleo combustível exige sua atomização, que consiste em dividir seu fluxo em minúsculas partículas, favorecendo a passagem para o estado gasoso e subseqüente craqueamento de suas moléculas para a reação de combustão. Para dar uma idéia, uma boa atomização significa dividir 1 cm³ de óleo combustível em 10 milhões de partículas. Esta não é uma tarefa fácil de ser mantida ao longo do tempo nas condições ótimas. Qualquer desvio irá causar uma má combustão, com baixa eficiência e contaminando mais ainda o meio ambiente. A atomização de óleos residuais exige seu preaquecimento para tornar a viscosidade adequada a cada tipo de queimador.

Os óleos combustíveis apresentam muitos inconvenientes com respeito às suas emissões:

1. A presença de enxofre e vanádio no óleo, em maior ou menor proporção, gera chuva ácida ao meio ambiente e também corrosão nos equipamentos térmicos e seus periféricos.

2. O excesso de ar de combustão, da ordem de 20%, necessário para promover a queima dos óleos combustíveis, acaba por gerar óxidos de nitrogênio (NOX), cuja formação é significativamente aumentada nos processos térmicos de alta temperatura.

3. A dificuldade de ignição, quando a câmara de combustão está fria, concorre para a emissão de fuligem, principalmente no caso de óleos residuais.

4. A exigência freqüente de manutenção geralmente causa dois tipos de problema: derrame de óleo e uso de solventes para limpeza de todos os componentes, cujos resíduos quase sempre são lançados no meio ambiente.

5. Caso não se observe uma manutenção freqüente como limpeza de bicos e demais acessórios, e também a adequada regulagem da proporção ar-óleo, haverá certamente um excesso de emissões de fuligem e monóxido de carbono nos produtos da combustão; além disso, a reduzida eficiência térmica nessas condições exigirá um maior consumo de óleo combustível.

Outros custos indiretos da utilização de óleos combustíveis na indústria são o bombeio e o aquecimento no caso de óleos residuais, onde todo o sistema deve ser mantido aquecido, desde os tanques de armazenagem, bombas, tubulações, tanques de trabalho, painéis de fluxo e queimadores.

Gases Combustíveis

Os gases combustíveis mais utilizados no Brasil são o GLP e o gás natural.

A queima dos gases é muito mais fácil do que a dos óleos combustíveis, pois já se encontram no estado gasoso e não necessitam a tarefa da atomização. A mistura de um gás combustível com qualquer comburente (ar atmosférico, ar enriquecido com oxigênio ou oxigênio puro) se processa rápida e eficientemente, onde o resultado da queima adequada é a limpeza dos produtos da combustão.

Uma grande vantagem do GLP e do gás natural em relação aos óleos combustíveis, decorrente da limpeza dos produtos da combustão, é a possibilidade de queimar esses gases em contato direto com o produto a aquecer, nos casos onde isto não seja possível de ser feito com óleo. Por exemplo, quando os produtos são gêneros alimentícios, é necessário confinar os gases da queima de óleo dentro de tubos radiantes ou muflas para evitar a contaminação do alimento ou de sua embalagem. Assim, a conversão de óleos combustível por GLP e GN, permite a eliminação das superfícies de troca térmica, aumentando significativamente a eficiência energética do processo e reduzindo o consumo específico de combustível na faixa de 20 a 30%. Conseqüentemente haverá também redução das emissões de CO2 , contribuindo para a redução do efeito estufa. Essa otimização da eficiência energética freqüentemente possibilita o aumento da produtividade do equipamento térmico.

Outras vantagens dos gases combustíveis são as possibilidades de controlar a atmosfera do equipamento térmico e de proporcionar uma fina regulagem de temperatura. O GLP e o gás natural tornam possível ainda a geração de atmosferas neutras ou redutoras com ausência de fuligem, o que é impossível quando utilizamos óleos combustíveis. Essas características permitem a proteção contra a oxidação.

Além disso, o baixo nível de excesso de ar de combustão contribuirá significativamente para a redução da formação de NOX e em particular do NO2, como indica o quadro abaixo.

Outra vantagem para o meio ambiente é a menor geração de CO2 por caloria de gás queimado, devido a relação carbono / hidrogênio ser maior nos óleos do que nos gases combustíveis, além de serem praticamente isentos de enxofre conforme mostra o quadro a seguir.

Obs.: as eficiências de combustão não foram consideradas, pois são particulares a cada caso.

O GLP e o gás natural proporcionam ainda uma alta confiabilidade operacional, evitando paradas para manutenção e suas conseqüências como perdas de produção, resfriamento e reaquecimento improdutivo.

Outro fato que, às vezes, gera polêmica quando se discute a substituição do óleo por gás combustível é o problema da radiação da chama. Não há dúvida que a chama oriunda da queima de óleo seja mais radiante que a chama dos gases combustíveis. Porém, na maioria dos processos não são constatados problemas com a transferência de calor global. A menor liberação de energia na fase radiativa pode ser compensada na fase convectiva do processo, exigindo às vezes alguns ajustes no equipamento.

Conservação de Energia

Independentemente do energético utilizado, existem muitas possibilidades para reduzir o impacto ambiental da queima de combustíveis, todas elas ligadas a medidas de conservação de energia:

Controle da Combustão e da Tiragem

O controle é feito através da análise dos produtos da combustão, monitorando os teores de O2, CO2, CO e carbono não queimado. Através do controle da tiragem é possível regular a pressão interna do equipamento térmico, evitando a perda de gases quentes e a entrada de ar frio do ambiente.

Basicamente a otimização da combustão resume-se em minimizar o excesso de ar de combustão sem a presença significativa de frações combustíveis, sendo percebida pelo aumento do teor CO2 e pela diminuição do teor de O2 na análise dos produtos da combustão. Benefícios imediatos para o meio ambiente: redução das emissões totais de CO2 e de NOX devido ao mínimo excesso de ar.

Preaquecimento do Ar de Combustão

O preaquecimento do ar de combustão é uma medida que proporciona significativa economia de combustível, principalmente em processos térmicos de alta temperatura. Este preaquecimento pode ser feito através de recuperadores ou de regeneradores. Portanto, sob o ponto de vista da emissão de CO2, esta medida contribui para sua redução por diminuir a quantidade de combustível queimado.

Porém, por outro lado, aumenta o potencial para formação de NOX devido à elevação da temperatura da chama. Também neste caso, a utilização de gás natural e GLP contribui significativamente para a redução do NOX, devido ao baixíssimo nível de excesso de ar de combustão exigido.

Outros sistemas de combustão e controle foram desenvolvidos para reduzir a formação de NOX, como a recirculação dos produtos da combustão, a combustão estagiada e a recirculação interna da atmosfera da câmara de combustão no sentido da chama. A filosofia dos métodos para reduzir a formação de NOX baseia-se na redução do excesso de ar de combustão, no rápido resfriamento da chama no interior da câmara de combustão, sem entretanto contribuir para a formação de produtos da combustão incompleta.

Uso de Oxigênio na Combustão

As principais metodologias para aplicação do oxigênio são as seguintes:

1. Enriquecimento do ar de combustão por diluição, onde o oxigênio é misturado na corrente de ar do queimador, elevando o teor de 20,9% a até 24 - 25% O2.

2. Enriquecimento do ar de combustão por injeção através de lança, onde o oxigênio é insuflado diretamente na chama, também em baixas porcentagens em relação ao ar.

3. Oxi-combustão, onde a queima do combustível é feita com oxigênio puro, onde queimadores especiais são necessários (refrigerados a água, refrigerados a oxigênio ou cerâmicos).

O uso de oxigênio reduz o consumo de combustíveis em até 60%, dependendo do processo e da tecnologia empregada, diminuindo significativamente as emissões.

No caso de oxi-combustão, não existe nitrogênio no comburente. Assim os efluentes da combustão estariam totalmente isentos de NOX caso sejam atendidas ainda as seguintes condições:

1. A câmara de combustão seja mantida com uma pressão ligeiramente positiva para evitar a infiltração do ar ambiente, que introduziria nitrogênio no processo.

2. Não exista nitrogênio no combustível, onde o GLP leva uma pequena vantagem em relação ao GN.

3. Não haja nenhuma outra fonte que arraste nitrogênio para o equipamento térmico.

Satisfeitas as condições anteriores, a combustão oxigênio-gás em processos de alta temperatura, em substituição da queima convencional ar-óleo, proporciona enormes vantagens para o meio ambiente como a eliminação do SOX e do NOX, além da significativa redução em até 60% das emissões de CO2.

Conclusões

O uso do GLP e do gás natural em substituição aos óleos combustíveis proporciona, sem nenhuma dúvida, a redução do impacto ambiental relativo à utilização desses energéticos. É possível reduzir as emissões de CO, CO2, NOX e fuligem, além de eliminar as emissões de SOX.

Porém, infelizmente, nem todos os problemas podem ser resolvidos em definitivo, pois não há como eliminar a emissão de CO2. Outro fato é que o eventual vazamento de metano (principal componente do gás natural) para a atmosfera e sem queimar, contribui para o efeito estufa com uma intensidade 20 vezes superior à do CO2.

O combustível que parece ser a solução ecológica para o futuro é o hidrogênio, cujo produto da combustão é o vapor d'água. Porém, no momento, sua utilização esbarra em diversos problemas como custo de produção, armazenagem e distribuição.

Em todo o mundo, a energia e as matérias primas tornar-se-ão cada vez mais escassas, tendo em vista o crescimento da demanda per capita juntamente com a expansão demográfica. As únicas alternativas para a construção de um modelo sustentável a longo prazo incluem a limitação da natalidade, a reciclagem radical, a mudança de hábitos para um modelo não consumista, a conservação dos recursos naturais e a utilização eficiente de matérias primas e de energia não poluentes.

Bibliografia

1. SEN - MME. Balanço Energético Nacional - Publicado em 2000, referente ao ano base de 1999.
2. MINISTRY of Power. The Efficient Use of Fuel. London. Her Majesty's Stationery Office. 1958. 888 p.
3. NORTH AMERICAN Mfg. Co. Combustion Handbook. Vol. 1. Third Edition. Cleveland. 1986. 332 p.
4. AGA Aktiebolag. AGA Gas Handbook. Kersti Ahlberg. Lidingö, Sweden. 1985. 582 p.

Introdução

A demanda brasileira de energia continuará em expansão, exigindo cada vez mais a disponibilidade de fontes primárias de energia, como derivados de petróleo, energia hidráulica, carvão e energia nuclear.

Todos os energéticos relacionados com essas fontes primárias apresentam, infelizmente, riscos à sociedade e ao meio ambiente. E nem por isso deixaremos de utilizá-los. Nossa tarefa é minimizar esses riscos através da seleção do energético mais adequado e eficiente em cada caso, e da forma mais segura de sua aplicação.

Estando praticamente esgotado o potencial hidroelétrico para construção de grandes usinas nas regiões mais industrializadas do país, o gás natural e o GLP serão importantes opções energéticas.

O GLP já é e continuará sendo um combustível com grande valor social agregado, possibilitando a expansão demográfica e geográfica, minorando o comprometimento da demanda de energia elétrica. Isso porque se todos os fogões domésticos e industriais fossem elétricos, certamente estaríamos passando por racionamento de eletricidade nos grandes centros e por uma devastação das poucas matas que ainda nos restam no interior.

O gás natural é o energético que mais se desenvolverá no centro-sul do país, em virtude do grande potencial disponível através do gasoduto Brasil-Bolívia e da futura interligação com a Argentina. Porém será impossível atender à toda demanda apenas com o gás natural, devido aos investimentos necessários em redes de distribuição, razão pela qual a importância do GLP.

Gases Combustíveis e Meio Ambiente

Além do atendimento da demanda energética, a utilização desses combustíveis gasosos pouco contamina o meio ambiente. Além disso economizam a energia elétrica dos usuários, dispensando o bombeio de combustíveis líquidos e o aquecimento necessário à utilização de óleos residuais.

O gás natural e o GLP praticamente não apresentam emissões de fuligem e de SO2, sendo baixas as emissões de CO2, de CO e de NOX, colaborando assim para a redução da chuva ácida, do efeito estufa, dos gases tóxicos na atmosfera e do material particulado em suspensão. O quadro abaixo mostra as emissões de CO2 e SOX para os principais combustíveis industriais, expressas em metros cúbicos por milhão de quilocalorias queimadas, sendo fácil perceber as vantagens do GLP e do gás natural em relação aos demais combustíveis.

(*) Inclui SOX.

Obs.: As eficiências de combustão não foram consideradas, pois são particulares a cada caso; porém, com gás natural e GLP, a tendência é que as eficiências sejam um pouco mais elevadas em relação às mesmas condições com óleos combustíveis. Isso fará com que os resultados se tornem ainda mais favoráveis à utilização desses gases combustíveis.

Segurança nas Instalações

As instalações para armazenagem, distribuição e consumo de quaisquer combustíveis deverão sempre inspirar cuidados. Porém, em se tratando de gases combustíveis, os cuidados deverão ser redobrados devido à facilidade de se expandirem e se misturarem com o comburente, normalmente o ar atmosférico.

O projeto, as especificações, a execução e os testes das instalações para gases combustíveis devem seguir obrigatoriamente às exigências mínimas impostas pelas normas brasileiras da ABNT, às quais poderão ser adicionadas exigências dos poderes públicos, de acordo com as características locais. No caso da impossibilidade do cumprimento das normas, a opção gás deverá ser substituída por outro energético.

Porém, no passado, algumas instalações foram feitas em desacordo com as normas atualmente vigentes. E é comum ouvir a justificativa da manutenção dessas instalações inseguras sob o argumento do "direito adquirido". O autor costuma dizer que fica "adquirido o direito a um possível acidente".

As ocorrências mais importantes a serem evitadas nas instalações de gás são:

1. Misturas inflamáveis gás-ar ou gás-oxigênio.

2. Fontes de ignição e de calor.

3. Proximidade de comburentes e outros combustíveis.

4. Pressões inadequadas.

As misturas inflamáveis podem ocorrer em muitas situações, sempre que houver fuga de gás para o ar atmosférico, geralmente em conseqüência de:

1. Vazamento.

2. Abertura de dispositivos de segurança contra pressão excessiva.

3. Ruptura de diafragma de reguladores de pressão.

4. Purga de tubulações, de mangueiras e em indicadores de nível.

Nas fugas de gás que ocorrem em ambientes abertos e bem ventilados, como preconizam as normas, os riscos são mínimos. Os gases combustíveis se diluem rapidamente na atmosfera fazendo com que a mistura fique pobre em combustível e, portanto, abaixo do limite inferior de inflamabilidade. Portanto, todas as fontes de ignição e de calor, bem como comburentes e outros combustíveis, devem ser afastados dessa área.

O grande perigo na utilização de gases combustíveis é o confinamento de misturas gás-ar ou gás-oxigênio cujas proporções estejam dentro do campo de inflamabilidade. Ocorrendo uma condição de ignição, a mistura iria inflamar-se, provocando um incêndio ou uma explosão, dependendo do grau de confinamento da mistura. Os campos de inflamabilidade dos principais gases combustíveis são apresentados nos dois quadros seguintes:

(*) Varia segundo a composição.

No quadro acima, vemos que o gás natural e o GLP são os gases combustíveis mais seguros, pois apresentam um campo de inflamabilidade significativamente mais restrito do que o hidrogênio e o acetileno.

O limite inferior de inflamabilidade da mistura gás natural-ar é de 5%, o que significa 5% de gás natural em 95% de ar. E o limite superior dessa mesma mistura é de 15%, ou seja, 15% de gás natural em 85% de ar. Somente dentro desse campo de inflamabilidade, entre 5% e 15% de gás natural em 95% e 85% de ar respectivamente, haveria a possibilidade da mistura se inflamar. Abaixo do limite inferior de inflamabilidade a mistura é pobre em combustível e não se inflama, o que também ocorre acima do limite superior de inflamabilidade onde a mistura é rica.

(*) Varia segundo a composição.

Os valores indicados nos dois quadros acima são válidos para misturas na temperatura ambiente de 20ºC e na pressão atmosférica. Esses valores praticamente não variam para outras temperaturas ambientes existentes no Brasil.

Já as misturas gás-oxigênio puro (quadro imediatamente acima) apresentam um campo de inflamabilidade muito mais extenso do que com o ar atmosférico, aumentando portanto o risco. Porém, cuidados especiais como a utilização de válvulas contra retrocesso de chama e outros dispositivos de segurança restringem imensamente as possibilidades de ocorrer problemas.

Para que uma mistura dentro do campo de inflamabilidade venha a se inflamar, é necessário que esteja presente uma condição de ignição, como uma faísca gerada por atrito ou eletricidade, chama ou temperatura acima do limite mínimo de auto ignição. As temperaturas mínimas de auto ignição para os gases combustíveis mais comuns, na pressão atmosférica, podem ser observadas no quadro abaixo:

(*) Varia segundo a composição.

Isso significa que uma mistura de um gás combustível com um comburente poderá se inflamar, apenas por estar submetida a uma temperatura a partir dos valores indicados no quadro acima, sem a necessidade de uma centelha ou chama aberta.

Purga de Tanques e Tubulações

Os tanques e tubulações destinados aos gases combustíveis devem observar importantes requisitos de segurança nas operações de purga.

As purgas podem ser de dois tipos:

1. Purga do ar contido no interior do equipamento para admissão do gás.

2. Purga do gás contido no interior do equipamento para admissão do ar.

Em ambas as situações, a purga deverá ser feita com um gás inerte, geralmente nitrogênio ou CO2 (gás carbônico). Isso porque, se a purga do ar fosse feita diretamente com o gás combustível, ou vice-versa, haveria um momento de risco quando a mistura atravessasse o campo de inflamabilidade. O acidente ocorreria caso houvesse nesse momento uma condição de ignição no equipamento, por exemplo uma fagulha oriunda do deslocamento de uma partícula no seu interior.

A forma segura de se purgar o ar do interior de um equipamento é com a introdução do gás inerte e a análise do teor de oxigênio na mistura ar + gás inerte na saída do equipamento, até que o oxigênio seja quase que totalmente eliminado. O teor final de oxigênio dependerá das propriedades do gás combustível a ser admitido. A redução do teor de oxigênio a zero implicaria num consumo desnecessariamente excessivo do gás inerte, elevando o custo e o tempo da operação. Então, a partir daí o gás combustível começará a ser admitido no equipamento, liberando-se para a atmosfera uma mistura do gás inerte com o gás combustível, até que o gás inerte tenha sido expulso. Como não se deve liberar gás combustível para a atmosfera, nessa etapa será necessário queimar a mistura efluente do equipamento em um "flare". O "flare" é um queimador provido de um piloto continuamente aceso para garantir a queima do gás combustível ao ar livre e em local seguro (ver foto de um "flare móvel" em funcionamento).

A purga de tubulações ou tanques cheios de gás combustível deve ser feita com gás inerte de forma análoga. Porém o parâmetro de controle é a análise do teor de gás combustível na mistura gás combustível + gás inerte na saída do equipamento. O teor final de gás combustível também dependerá das propriedades de cada gás. Da mesma forma, o efluente dessa purga também será queimado no "flare". Após o final da purga, o gás inerte será purgado com ar atmosférico. No caso de tanques grandes, onde será necessária a entrada de pessoal para sua manutenção, o teor final de oxigênio no interior do equipamento deverá ser rigidamente controlado para evitar asfixia.

Sistemas de Combustão a Gás

Os sistemas de combustão a gás para equipamentos industriais e comerciais, com potência térmica superior a 120 kW, devem atender aos requisitos mínimos das normas da ABNT, no que diz respeito à segurança nas operações de partida e parada dos queimadores.

Caso a temperatura normal de trabalho do equipamento seja insuficiente para promover a ignição do combustível, isto é, abaixo de 750ºC nas superfícies internas da câmara de combustão, a norma a ser cumprida é a NBR 12313 (baixa temperatura).
No caso da temperatura normal de trabalho ser suficiente para garantir a ignição do combustível, quer dizer igual ou superior a 750ºC, deverá ser atendida a norma NBR 13226 (alta temperatura).

As referidas normas não se aplicam a queimadores de aparelhos domésticos, nem a queimadores cujas chamas não estejam confinadas total ou parcialmente.

Os principais assuntos abordados pelas normas são: as definições da terminologia utilizada, as condições de suprimento do gás, do ar de combustão e de eletricidade, os requisitos do sistema e os diagramas de blocos típico de seqüência de partida e parada, e do ensaio de comprovação da estanqueidade.

Conclusões

O gás natural e o GLP são fontes de energia eficientes, limpas e ecológicas. A exemplo dos países do primeiro mundo, sua participação na matriz energética brasileira deverá tornar-se significativa nos próximos anos, principalmente com a disponibilidade do gás da Bolívia e, um pouco mais adiante, do gás da Argentina.

Os riscos inerentes à sua utilização podem ser reduzidos ao mínimo com o atendimento às normas estabelecidas, as quais nada deixam a desejar com relação às normas vigentes nos países mais desenvolvidos.

E para o futuro poderíamos prever a utilização do único combustível 100% ecológico, que é o hidrogênio, cuja combustão gera apenas vapor de água. Porém muitas dificuldades deverão ainda ser vencidas como custo de produção, armazenagem e transporte, antes de se cogitar na sua utilização em larga escala. Além disso, trata-se de um gás de alta velocidade de chama e amplo campo de inflamabilidade, o que lhe caracteriza como um gás perigoso e cuja utilização exige o cumprimento de normas de segurança muito exigentes.

A chegada do gás natural da Bolívia veio exacerbar a cultura do gás, principalmente nas regiões sudeste e sul do Brasil, o que já era esperado.

Nos últimos anos, a expectativa do gás boliviano foi o fator preponderante para o desenvolvimento de novos consumidores de GLP, notadamente na área industrial, devido a dois motivos: por um lado, as distribuidoras de GLP se esforçavam para aumentar sua participação no mercado antes que o gás natural estivesse disponível; por outro lado, os clientes queriam passar pela iniciação da nova cultura do gás. Além disso, a maioria dos novos investimentos em equipamentos térmicos pressupunham o consumo inicial de GLP, devido à sua fácil conversão a curto ou médio prazo para o gás natural e com sua atrativa relação custo-benefício. Nesse benefício se destacam o baixo nível de agressão ao meio ambiente, um melhor controle do processo e o custo mínimo de manutenção.

Porém, atualmente, com os elevados e sucessivos aumentos no preço do GLP, a credibilidade no gás tem sido colocada seriamente em dúvida, principalmente por parte dos clientes potenciais de gás natural. Muitos projetos de conversão têm sido postergados, tanto de óleo combustível quanto de energia elétrica para gás, alguns devido ao custo atual do GLP e outros pelas incertezas do custo futuro do gás natural.

As perguntas mais comuns por parte das indústrias que agora postergam a decisão de converter seus equipamentos para gás são:

1. Será que daqui a algum tempo o preço do gás natural será significativamente aumentado, a exemplo do que ocorre com o GLP nos dias de hoje?

2. Vale a pena investir na conversão?

3. Haverá garantia de retorno do investimento?

Atualmente, várias empresas que já estavam consumindo GLP enquanto aguardavam o gás natural, após passarem pelo processo de conversão, voltaram a reativar seus sistemas de óleo combustível, principalmente aquelas cujos produtos são de baixo valor agregado e não puderam suportar os aumentos do GLP, apesar do excelente desempenho verificado com o gás. Dentre as alternativas mais estudadas no momento por essas indústrias, encontramos, além dos óleos residuais, o óleo de xisto e até mesmo o etanol, de acordo com a disponibilidade local, ficando a opção dos gases combustíveis relegada a um segundo plano.

Portanto, em minha opinião, acredito que os aumentos praticados no preço do GLP estão causando danos irreparáveis à credibilidade dos gases combustíveis como um importante vetor energético, economicamente viável e ecologicamente correto, dado que só compactua para reduzir ainda mais as chances futuras de um Brasil próspero.

Na área comercial, as empresas geralmente valorizam muito a conquista de novos clientes. Os fechamentos de novos contratos costumam ser comemorados e o pessoal envolvido recebe o reconhecimento da empresa, o que é traduzido por elogios, prêmios, comissões, promoções etc.

Porém, pouquíssimas distribuidoras de GLP incentivam e direcionam seus esforços para o mercado existente dentro dos seus próprios clientes, cujo potencial normalmente é relegado a segundo plano em detrimento à busca de novos clientes.

Em minhas visitas a mais de uma centena de indústrias a cada ano, as quais já dispõem de centrais de armazenagem e redes internas de GLP, é sempre possível identificar novas possibilidades para aumentar o consumo de gás. Os novos potenciais são muitos e a equipe de comercialização deve estar preparada para identificá-los, desde um simples aquecimento de água nos vestiários até as mais inusitadas aplicações do GLP na produção, como a substituição de tradicionais lubrificantes e desmoldantes para altas temperaturas.

A prática do crescimento vertical, dentro dos próprios clientes, proporciona muitas vantagens para as distribuidoras de gás, como:

1. Baixo nível de investimento: geralmente não se necessita aumentar a central de armazenagem nem construir significativas redes internas.

2. Rápido início de consumo.

3. Inexistência da burocracia das aprovações nos órgãos públicos, como Corpo de Bombeiros e Meio Ambiente.

4. Possibilidade de realizar testes de avaliação sem o ônus de se montar uma instalação, ainda que provisória.

5. Não haver necessidade do desgaste de uma negociação comercial, não existindo disputa com a concorrência.

Além do consumo adicional, a aproximação expontânea da distribuidora de GLP com seus clientes cria e transforma os vínculos comerciais em amizade, tornando a relação fornecedor-comprador numa parceria na medida em que as novas aplicações do gás conseguem agregar valores aos produtos como qualidade, economia, produtividade e ecologia.

Embora algumas vezes a iniciativa parta dos clientes, a distribuidora de gás deveria sempre comandar as ações através das suas equipes técnica e comercial, com funcionários próprios ou terceiros, desde que adequadamente treinados.

As possibilidades em se identificar novas aplicações para o GLP nas indústrias são inúmeras, como mostram os seguintes exemplos: a substituição parcial ou total de energia elétrica, nosso energético de disponibilidade mais crítica, em fornos; a substituição de combustíveis líquidos, proporcionando melhorias para o meio ambiente; a modificação de processos de chama indireta a óleo para chama direta a GLP, com significativa economia de combustível; a instalação de queimadores auxiliares ("boosters") para aumentar a produtividade dos processos; e o desenvolvimento de maçaricos projetados sob medida para os mais diversos fins como têmpera a chama, acabamento de vidro e cristal, oxi-corte e desmoldagem de lingoteiras.

Finalizando, cabe ressaltar que o universo das aplicações industriais dos gases combustíveis até parece ser infinito pois, quanto mais se pesquisa e desenvolve, mais possibilidades despontam.

O novo patamar de preços do GLP, em relação há um ano atrás, tem causado um grande transtorno principalmente nas aplicações industriais. Algumas indústrias até já abandonaram o uso do gás para retornar ao óleo combustível. Porém, todos que usam ou usaram GLP têm um ponto de vista em comum: é um excelente combustível sob todos os pontos de vista.

Na maioria dos casos, onde os consumidores deste gás começaram a sofrer com a dificuldade ou a impossibilidade de repassar os sucessivos aumentos para os preços dos produtos, a primeira alternativa estudada foi a redução do consumo de GLP através de medidas de conservação de energia. E a prática tem mostrado que, apesar destas medidas dificilmente conseguirem reduzir os valores despendidos com a compra do gás aos patamares anteriores, ainda assim a maioria dos consumidores que obtiveram alguma economia prefere continuar consumindo o GLP.

A conservação de energia pode ser definida como um conjunto de técnicas que têm por objetivo aumentar a eficiência do uso de um energético, neste caso o GLP, através da redução de suas perdas. As filosofias básicas empregadas nas técnicas de conservação são:

1. redução da energia perdida nos gases de exaustão;

2. redução das perdas térmicas nas estruturas dos equipamentos;

3. recuperação do calor contido no produto;

4. alteração do processo com a adoção de novas tecnologias;

5. aumento da produtividade.

Sob o ponto de vista econômico, podemos classificar estas técnicas segundo o nível de investimento exigido: mínimo, médio ou elevado.

As principais técnicas de conservação de energia que exigem um mínimo custo de investimento são:

1. controle da combustão, onde a regulagem dos queimadores é feita através da análise dos produtos da combustão;

2. controle da tiragem do equipamento térmico, de forma a exaurir adequadamente os produtos da combustão, evitando tanto a perda excessiva de gases quentes como a entrada de ar frio;

3. instalação de meios que possibilitem aos operadores reproduzir as condições ideais de regulagem dos queimadores, ainda que sejam dispositivos simples como válvulas de controle do fluxo de ar com graduação, rotâmetros no fluxo de gás e "dampers" na tiragem;

4. abafamento dos fornos, fechando todas as suas aberturas imediatamente ao final da jornada de trabalho para que, ao reiniciar o trabalho no dia seguinte exija menor consumo de GLP na etapa de reaquecimento;

5. mudança de procedimentos, como reduzir a abertura de portas, tanto em número de vezes como em tempo e em amplitude; evitar perda de tempo minimizando os tempos mortos entre descarga e carregamento de fornos, etc.;

6. alteração de regime de trabalho diurno para a modalidade de campanha, quando possível, de forma que equipamentos térmicos possam trabalhar continuamente (24h/dia) por determinado período, minimizando o consumo de gás e, em processos de alta temperatura, aumentando a vida do refratário.

Outras técnicas de conservação de energia que já exigem um nível médio ou elevado de investimento são:

1. monitoramento contínuo através da análise dos produtos da combustão e correção automática da relação gás - comburente;

2. preaquecimento do ar de combustão, aproveitando-se o calor residual dos gases na exaustão através da instalação de recuperadores ou regeneradores de calor;

3. substituição de queimadores por modelos mais eficientes que possibilitem melhor transferência de calor para a carga, por apresentarem formato mais adequado da chama, baixíssimo nível de excesso de ar ou pelo uso do oxigênio como comburente;

4. aproveitamento dos gases quentes da exaustão de fornos como meio de secagem, preaquecimento de carga ou ainda geração de água quente, vapor ou fluido térmico em caldeiras de recuperação;

5. melhorias no isolamento térmico como a adoção de fibras cerâmicas em fornos cíclicos ou isolamento da superfície de banhos aquecidos com esferas flutuantes;

6. mudança de "layout" da planta para evitar perdas ou facilitar o reaproveitamento de calor a partir dos gases de exaustão ou do calor contido nos produtos;

7. fechamento de ambientes para evitar a ação de vento e outras intempéries sobre os equipamentos térmicos, a fim de reduzir as perdas térmicas superficiais;

8. substituição de equipamentos que apresentem maior produtividade ou economia de escala, como a substituição de pequenos fornos de fusão por um equipamento de maior porte ou ainda substituindo fornos cíclicos por fornos contínuos.

A adoção de técnicas para conservação de energia, além da redução do consumo específico de GLP, freqüentemente possibilita alcançar outros benefícios importantes.

Por exemplo, nos fornos de reaquecimento de peças de aço carbono em forjarias, a redução do excesso de ar de combustão a níveis mínimos e a regulagem da tiragem podem reduzir significativamente a formação de carepas, melhorando a qualidade do produto e baixando custos da matéria prima. Outro exemplo seria a substituição dos queimadores no aquecimento das esteiras transportadoras nos fornos Lehr, reduzindo as perdas das peças de vidro por quebra devido ao choque térmico e melhorando o ambiente de trabalho devido a menor liberação de calor e monóxido de carbono.

É verdade que as técnicas de conservação de energia podem ser aplicadas não somente ao GLP, mas também ao gás natural, óleo combustível e demais energéticos.

A experiência vem mostrando que os consumidores de GLP, provavelmente situados fora da área do gás natural, ainda preferem continuar com o gás liquefeito em vez de voltar ao óleo combustível, quando medidas de conservação de energia conseguem reduzir seu consumo específico, mesmo que o custo direto da opção óleo ainda seja mais barato.

Alguns processos térmicos exigem o contato direto da chama com o objeto a aquecer, como no acabamento de artigos de vidro.

Esse tipo de processo necessita de chamas com características bem definidas, como estabilidade de forma, de temperatura e de potência, além da garantia da composição e da limpeza dos produtos da combustão. Tais motivos exigem que os combustíveis usados devam ser gases que cumpram estes requisitos, como o GLP, o gás natural e o hidrogênio. Por outro lado, o comburente pode ser ar atmosférico, oxigênio puro ou ar enriquecido com oxigênio.

As principais aplicações são o corte, o acabamento de borda e o polimento lateral dos artigos de vidro. Em geral, essas aplicações são feitas imediatamente após a moldagem, com as peças apresentando ainda uma significativa temperatura residual.

O corte e o acabamento de peças de seção circular, como copos e taças, é feito através de queimadores também circulares com a chama dirigida ao centro. As peças são posicionadas concentricamente no seu interior, permanecendo girando, até que o corte e posterior acabamento se completem. Neste processo, realizado em estações fixas ou em carrosséis, são habitualmente utilizados GLP e gás natural com oxigênio.

Existe também um processo de corte de seções circulares por choque térmico, onde as peças, na temperatura ambiente, são submetidas a uma chama de baixíssima potência, aquecendo apenas a linha de corte, sobre um ponto da qual se encosta uma ponta metálica fria. Neste caso, o posterior acabamento da borda, quando feito por queimadores, deverá considerar o gradiente de temperaturas que as peças possam suportar para evitar perdas por quebra.

O acabamento de borda em peças prensadas é feito em requeimadeiras fixas, onde os queimadores são estacionários e as peças se deslocam sobre bases giratórias, proporcionando aquecimento e conseqüente acabamento uniforme. As bordas são levadas ao ponto de amolecimento, fazendo com que as marcas das superfícies de fechamento dos moldes seja desfeita pelo fenômeno da tensão superficial do vidro que se comporta como um líquido de alta viscosidade. Dependendo da forma, a velocidade de rotação das peças deverá ser controlada para evitar deformações no entorno das partes aquecidas.

As peças prensadas com formato não-circular a serem requeimadas, como travessas ovais, exigem queimadores montados sobre suportes móveis que deslizam sobre gabaritos, de modo a manter uma distância aproximadamente constante com as bordas das peças. Peças de formas muito irregulares, como retângulos e estrelas, geralmente necessitam de montagens especiais ("tailor made") para sua requeima.

Dependendo do tipo de vidro e de sua espessura, do espaço físico disponível e do custo dos gases, a requeima de borda pode ser feita com GLP ou gás natural, queimando tanto com ar quanto com oxigênio puro ou, ainda, com ar enriquecido com oxigênio. A opção pela requeima com oxigênio puro proporciona significativa economia do gás combustível (da ordem de 50%), possibilitando, ainda, executar este serviço com a qualidade exigida em um tempo menor, o que se torna muito importante quando a distância entre a moldagem e o forno de tratamento térmico (Lehr) for insuficiente para a requeima com ar.

No caso da queima do gás com oxigênio puro, podem ser utilizados queimadores de pré-mistura, com a opção de serem refrigerados à água quando ocorrer uma excessiva transmissão de calor sobre os queimadores, devido ao seu posicionamento ou quando o ambiente da requeima seja parcialmente confinado. Outra opção para a queima com oxigênio puro seriam os queimadores de mistura na face, os quais são especialmente indicados quando se necessita garantir uma atmosfera oxidante, como no caso dos cristais ligados com óxidos de chumbo ou de titânio, não havendo risco de reduzir tais óxidos nem de ocorrer um retrocesso de chama.

Outro tipo de acabamento nos artigos de vidro é o polimento lateral, que tem por objetivo aumentar a intensidade do brilho e remover pequenos defeitos superficiais. Este polimento é, geralmente, realizado em peças que apresentam maior valor agregado, como frascos para perfumes e cosméticos ou artigos de cristaleria. Neste tipo de tratamento por chama, o vidro não pode ser levado ao estado pastoso, pois sua forma sofreria uma deformação permanente. O polimento é obtido por um efeito similar à abrasão pela passagem da chama em alta velocidade na superfície das peças, no tempo mínimo necessário à realização do trabalho para evitar deformações.

A obtenção de chamas de alta velocidade para o processo de polimento exige a utilização de queimadores especiais, onde o gás combustível queima obrigatoriamente com oxigênio puro. Existem casos onde torna-se necessário trabalhar com gases combustíveis de alta velocidade como o hidrogênio, misturas gás natural-hidrogênio ou misturas GLP-hidrogênio. Além disso, os queimadores devem ser projetados ou especificados para trabalharem muito próximo de suas potências máximas, garantindo velocidades elevadas nas superfícies submetidas ao polimento.

Assim, concluímos que sempre haverá uma solução ótima para realizar o acabamento de peças de vidro com o uso de gases combustíveis, associada ou não com o oxigênio, através de queimadores de produção seriada ou desenvolvidos especialmente para cada caso.

Nos últimos 40 anos temos visto um enorme descompasso na edição de normas e regulamentos para os gases liqüefeitos de petróleo. Tudo começou modestamente, em 1962, com a edição da norma provisória da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) denominada P NB 107 - Instalações para Utilização de Gases Liqüefeitos de Petróleo, inspirada no Código do NFPA - National Fire Protection Association - nº 58 da edição vigente na época.

A esta norma da ABNT, na década de 70, vieram se somar decretos estaduais do Corpo de Bombeiros de muitos estados, a Norma Regulamentadora NR 20 do Ministério do Trabalho, normas do extinto CNP - Conselho Nacional do Petróleo e práticas recomendadas pelo IBP - Instituto Brasileiro de Petróleo. Embora todas elas tivessem sido norteadas pela boa intenção de proporcionar segurança à população e apresentassem pontos positivos em comum, por outro lado haviam incoerências radicais.

Um exemplo dessa incoerência é a distância de segurança mínima exigida entre tanque com capacidade para 4 ton de GLP e edificações ou divisas de propriedade: pela Norma P NB 107 da ABNT e pela NR 20 seria 7,5 metros; pelo Decreto 897 de 21/09/1976, Art. 130 - Código de Segurança contra Incêndio e Pânico do Estado do Rio de Janeiro (Corpo de Bombeiros) - seria 500 metros. Pelo Decreto 897 haveria necessidade de se dispor de uma área livre da ordem de 1.000.000 metros quadrados para se instalar um tanque com a referida capacidade.

Também nos anos 70 surgiram regulamentos para as instalações prediais de gás combustível, elaborados pelas empresas estatais de gás canalizado e amparados com força de lei por decretos estaduais. Embora tais regulamentos tivessem por objetivo o uso do gás manufaturado reformado, com a previsão para o futuro uso do gás natural, em muitos locais onde o gás canalizado não estava disponível serviu para a condução do GLP, alimentado em baixa pressão a partir de centrais de cilindros ou de botijões individuais de 13 kg.

Nas duas últimas décadas surgiu um grande número de portarias e decretos, principalmente nas esferas estaduais e federal, como Corpos de Bombeiros e órgãos do meio ambiente, cada qual com suas exigências, sendo algumas até incoerentes e absurdas.

A Norma Regulamentadora NR 20, do Ministério do Trabalho, foi publicada originalmente em 08/06/1978, tomando como base a Norma P NB 107 da ABNT de 1962, há muito tempo descontinuada, tendo sido substituída por outras normas como as NBRs 13523, 13932 e 14024 elaboradas pelas comissões do CB 09 - Comitê Brasileiro de Gases Combustíveis, da ABNT. No momento atual, existe uma nova proposta de texto para a NR 20, cuja divulgação para consulta pública foi encaminhada pela Portaria nº 38 de 09/12/2002. A referida proposta apresenta as diretrizes básicas para a gestão da segurança e saúde dos trabalhadores, incluindo os aspectos ambientais, e deixando os detalhamentos técnicos para as normas vigentes, como é desejável.

Portanto, tendo em vista essa enorme salada de normas e regulamentos, já é hora dos profissionais e empresas da área do GLP se mobilizarem pela constituição de uma coordenação nacional permanente, ligada ao Governo Federal, para tentar costurar essa colcha de retalhos, unificando e atualizando ou, pelo menos, tornando coerentes as legislações dos órgãos estaduais e federais juntamente com as normas da ABNT e normas estrangeiras aplicáveis.

Introdução

O retrocesso de chama é um fenômeno indesejável, que pode ocorrer em sistemas de queima em algumas situações críticas.

A definição de retrocesso de chama, como a própria expressão diz, é o retorno da chama para o interior do corpo do queimador ou até, nos casos mais graves, para as tubulações e reservatórios de gás que alimentam os queimadores.

As principais conseqüências de um retrocesso de chama são o superaquecimento e a elevação de pressão no interior de queimadores, tubulações e seus acessórios, todas estas indesejáveis. Raramente essas conseqüências são levadas em conta quando sistemas de combustão ou de distribuição de combustível são projetados, exceção feita a sistemas de acetileno ou hidrogênio.

Causas mais prováveis

Existem duas causas principais para que ocorra um retrocesso de chama:

A causa mais comum é quando a velocidade de saída da mistura combustível-comburente, em alguma região da seção transversal do bocal do queimador, é inferior à velocidade da chama para aquela proporção de mistura. Isso pode ocorrer quando um queimador está operando em potência muito baixa ou no momento em que é desligado.

Outra causa é quando ocorre uma condição de ignição em alguma parte interna de queimadores de pré-mistura, de forma que a mistura combustível-comburente se inflame. Isso pode se dar por um superaquecimento, quando a temperatura mínima necessária para auto-ignição é atingida, ou quando outra condição de ignição se faça presente, como fagulhamento pelo tráfego de partículas ou centelha elétrica.

No bocal dos queimadores sempre ocorre uma disputa entre vetores de velocidades: por um lado, os vetores de velocidade de saída da mistura combustível-comburente; pelo outro os vetores da velocidade da chama no sentido contrário ao da mistura. A estabilidade da chama é o resultado do equilíbrio dessa soma vetorial em todos os pontos da seção transversal do bocal do queimador.

As condições que mais favorecem a ocorrência de um retrocesso de chama são: baixa velocidade de saída da mistura ou velocidades de chama elevadas.

As baixas velocidades de saída da mistura ocorrem quando um queimador está operando abaixo de sua potência mínima ou quando o queimador é desligado.

As elevadas velocidades de chama são características intrínsecas aos combustíveis, aos comburentes e às suas misturas. Os gases combustíveis se dividem em gases de baixa e alta velocidades: o gás natural e o GLP são considerados gases de baixa velocidade, enquanto que o acetileno e o hidrogênio são gases de alta velocidade. Porém, na queima com oxigênio, as velocidades de chama se tornam elevadas para todos os gases combustíveis, embora os gases de alta velocidade continuem a manter a vanguarda nesta característica.

Velocidades de chama

A velocidade de chama também é conhecida por velocidade de ignição, velocidade de queima ou velocidade de propagação da chama.

As determinações das velocidades de chama dos gases combustíveis é um assunto que desperta polêmica. É possível encontrar algumas indicações incoerentes em diferentes referências literárias. Estamos anexando a seguir a Tabela 1 e a Tabela 2, de distintas origens, as quais apresentam diferentes informações.

TABELA 1 - Velocidades Máximas de Chama - Segundo GLASSMAN

A Tabela 2, a ser apresentada a seguir, inclui também as velocidades de chama com oxigênio, o que nos mostra como este comburente contribui para a elevação dos valores desta característica. Esta tabela também indica as faixas de velocidades mais prováveis de serem encontradas.

TABELA 2- Faixas para as Velocidades Máximas de Chama - Segundo REED

As diferenças radicais entre as velocidades de chama da queima de gases combustíveis com ar atmosférico (21% de oxigênio) e com oxigênio puro (praticamente 100% de oxigênio) tornam impossível a troca do comburente em queimadores convencionais. Dentro de certos limites, um queimador projetado para queimar gás combustível com ar pode operar com ar enriquecido com oxigênio, onde tal limite não costuma ultrapassar o teor de 25% de oxigênio na atmosfera comburente. Alguns queimadores de alta velocidade poderiam trabalhar com teores de, até, um pouco acima dos 30% sem apresentar superaquecimento significativo do bocal e tendência ao retrocesso da chama.

Existem queimadores capazes de queimar gás combustível, tanto com oxigênio puro como com ar atmosférico ou ar enriquecido, sem que nenhuma modificação seja feita durante a operação, bastando apenas realizar manobra de válvulas. A utilização desses queimadores possibilita uma aplicação versátil em processos de alta temperatura, onde as demandas térmicas e as necessidades de pressurização da câmara de queima são muito variáveis. Por exemplo, na etapa da fusão de um metal a oxi-combustão apresenta as vantagens das altas eficiência e produtividade. Porém, caso seja necessário manter o metal líquido no mesmo forno, a alternativa mais adequada é, geralmente, a combustão com ar.

Combatendo as causas

Existem várias formas de se evitar o retrocesso de chama, as quais são peculiares a cada projeto de queimador. As principais medidas são:

1. Aumento da velocidade do ar ou da mistura ar-gás no bocal do queimador ou nas suas proximidades;
2. A limitação da potência mínima;
3. A redução do teor de ar primário nos queimadores de pré-mistura;
4. A refrigeração adequada do bocal e do corpo dos queimadores.

No caso dos queimadores destinados a operar com oxigênio, com ar preaquecido e em processos de alta temperatura, uma especial atenção deve ser dada à compatibilidade dos materiais e dos gases combustíveis com as temperaturas reinantes. As regiões onde trafeguem misturas combustível-comburente podem se inflamar ao serem atingidas as respectivas temperaturas mínimas de auto-ignição. Mesmo nos dutos destinados ao tráfego de gás combustível puro, ou seja, na ausência de comburente, um superaquecimento poderia provocar a dissociação do gás e suas conseqüências nefastas como acúmulo de fuligem e detonação. Cabe ressaltar que essa dissociação poderia ocorrer tanto no tráfego através do queimador como também em qualquer tubulação de distribuição de gás submetida a temperaturas excessivas.

Evitando as conseqüências

Em casos especiais, quando for necessário evitar as conseqüências de um eventual retrocesso de chama, dispositivos especiais devem ser instalados. Esses dispositivos têm por filosofia extinguir a chama, daí o nome "abafador de chama", e reter o fluxo reverso cortando a alimentação do combustível e do comburente. A extinção da chama é obtida através do seu resfriamento pelo contato com um meio que absorva calor, de forma a diminuir sua temperatura a valores abaixo da temperatura mínima de auto-ignição dos gases considerados (ver Tabela 3, abaixo).

Os dispositivos mais antigos são do tipo selo de água, onde o gás atravessa o líquido borbulhando no sentido ascendente. Esses dispositivos apresentam algumas desvantagens como umedecer o gás e necessitar de água de reposição para manter o nível correto. Além disso devem ser instalados em um trecho rígido da tubulação e manter uma posição fixa e bem definida.

Os dispositivos mais modernos são corpos geralmente cilíndricos, dotados com recheios metálicos ou cerâmicos, de forma que a chama em retrocesso transfira calor para o recheio resfriando-se, proporcionando assim a extinção da chama. A zona de extinção da chama não deve ultrapassar a quarta parte inicial do comprimento no trajeto através do recheio, restando as três quartas partes como reserva de segurança.
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Os recheios podem se apresentar sob duas formas principais: metal sinterizado e selas metálicas ou cerâmicas.

Os recheios de metal sinterizado são mais eficientes pois dividem o fluxo em um grande número de microfluxos o que aumenta a eficiência da troca de calor. Porém, o metal sinterizado funciona com um filtro, retendo impurezas em seus diminutos poros, exigindo sua troca ou difícil manutenção quando a pressão diferencial entre a entrada e a saída atingir um valor incompatível com as perdas de carga admissíveis no trecho considerado. Além disso, apresentam um custo elevado.

Já os dispositivos com recheio de selas metálicas ou cerâmicas não funcionam como um filtro para material particulado de baixa granulometria, portanto praticamente dispensando a manutenção e eliminando a substituição. Caso este tipo de recheio seja acidentalmente contaminado com material particulado, gomas ou matérias graxas e oleosas, sua limpeza é geralmente fácil de ser feita com o uso de água, solventes, gases inertes e ar comprimido, de acordo com o contaminante.

A utilização de dispositivos contra retrocesso de chama é obrigatória e indiscutível nos casos de queimadores de pré-mistura gás-oxigênio. Nos demais casos, a situação deve ser avaliada de acordo com uma série de fatores expostos a seguir.

TABELA 3- Temperaturas Mínimas de Auto-Ignição (na pressão atmosférica)

Os principais fatores de risco que colaboram para a necessidade da instalação de dispositivos contra retrocesso de chama são os seguintes:

1. Gases de alta velocidade de chama queimando com ar ou oxigênio;
2. Gases de baixa velocidade de chama queimando com oxigênio;
3. Quaisquer gases queimando com atmosferas enriquecidas com oxigênio;
4. Mistura combustível-comburente com extenso campo de inflamabilidade;
5. Queimadores de pré-mistura;
6. Câmara de combustão pressurizada ou outra configuração que possa exercer contra-pressão no fluxo de mistura combustível-comburente;
7. Câmara de combustão ou atmosfera de operação operando cíclica ou continuamente em temperatura superior à temperatura mínima de auto-ignição da mistura combustível-comburente utilizada (Tabela 3);
8. Comburente preaquecido acima das temperaturas mínimas de auto-ignição;
9. Possíveis riscos e conseqüências ambientais significativas no caso da ocorrência de um acidente.

Conclusões

O retrocesso de chama é um fenômeno que pode se tratar desde um simples "pop", ao apagar o queimador de um fogão doméstico, até um acidente de graves conseqüências atingindo as fontes de suprimento de gás.

A necessidade do uso de dispositivos contra retrocesso de chama é um assunto passível de discussão, exceto no caso já citado dos queimadores de pré-mistura gás-oxigênio onde deve ser obrigatório.

A avaliação dos riscos deve considerar não somente o número de fatores envolvidos mas também a sua intensidade e possíveis conseqüências no caso de acidente.

Em casos de dúvida a opção eleita deve ser conservativa, ou seja, contemplar a instalação de dispositivos contra retrocesso de chama. As opções mais comuns recomendam a instalação desses dispositivos na linha de gás combustível nos queimadores gás-ar e nas linhas de gás e de oxigênio no caso da oxi-combustão.

Um gasoduto de transporte pode apresentar uma ampla gama de resíduos sólidos em seu interior:

1. Resíduos da sua construção ou manutenção como carepas de laminação, terra, pequenos animais, EPI, embalagens de alimentos, eletrodos, porcas, parafusos, vidro, madeira e resíduos de soldagem;
2. Resíduos oriundos dos poços de petróleo como sílica, quartzo e sais inorgânicos como NaCl e KCl;
3. Resíduos da erosão, quando existe a conjugação de dois fatores: resíduos sólidos e altas velocidades;
4. Resíduos gerados pela corrosão dos tubos de aço carbono não revestidos internamente.

Os resíduos da construção do gasoduto são geralmente eliminados no processo de comissionamento pelos procedimentos de limpeza e passagem de "pigs".

Os resíduos oriundos dos poços de produção são retidos nos desarenadores, "slug traps" e filtros, não devendo, portanto, passar para os gasodutos de transporte.

E os resíduos da erosão interna dependem de altas velocidades normalmente não encontradas nos gasodutos.

Portanto, este trabalho irá considerar apenas os resíduos causados pela corrosão interna em gasodutos de aço carbono não revestidos em seu interior, conhecidos como "pó preto".

"Pó preto" é uma definição genérica para o material particulado encontrado em gasodutos de transporte de gás natural. A denominação da cor preta deve-se ao fato de o pó ser escuro, em tonalidades que variam entre as cores café, cinza escuro e preto. É comum também que esse pó se apresente umedecido, apresentando cheiro forte de hidrocarbonetos, glicol e enxofre.

O "pó preto" é gerado por processos de corrosão de naturezas diversas, com origem ligada às presenças de CO2, H2S, água, bactérias anaeróbicas, PH ácido e glicol (vazamentos da plantas de desidratação).

Portanto, as substâncias normalmente encontradas no "pó preto" são os óxidos de ferro, principalmente Fe3O4 (magnetita) e FeCO3 (siderita).

Como na prática é impossível eliminar todas as causas da corrosão em gasodutos, a formação de "pó preto" é um processo contínuo podendo apenas variar de intensidade. Embora este processo seja contínuo, nem sempre o fluxo de "pó preto" medido em determinados pontos da tubulação serve para quantificar a sua velocidade de formação no trecho anterior, devido aos fatores acúmulo e deslocamento. Quando a velocidade do gás se apresenta baixa pode haver um acúmulo de pó nas alças baixas da tubulação, que se desloca quando a velocidade aumenta ou se passam "pigs".

A quantidade de "pó preto" gerada será diretamente proporcional à presença e ao potencial dos agentes corrosivos, além da área exposta à corrosão (perímetro interno x comprimento da tubulação).

Portanto, por mais limpo que o gás seja entregue em um ponto de transferência de custódia, sua passagem pelo trecho subseqüente de tubulação certamente implicará na contaminação progressiva com a formação de "pó preto" devido à corrosão interna neste trecho.

O conceito de limpeza do gás natural, com respeito à presença de "pó preto" em gasodutos de transporte, deve ser sempre relacionado a pontos bem definidos. Normalmente este conceito se refere a pontos de transferência de custódia, medição, estações de compressão e CRM de consumidores.

Alguns contratos adotam o termo "comercialmente livre de pó" em determinado ponto, o que não deve ser compreendido como absolutamente livre de pó e sim com um teor e granulometria de "pó preto" que não venham causar dano aos equipamentos instalados à jusante e próximos desse local.

O Regulamento Técnico ANP nº 3/2002, anexo à Portaria nº 104, de 08 de julho de 2002, se refere a partículas no item 4 - Observação (1): "O gás natural deve estar tecnicamente isento, ou seja, não deve haver traços visíveis de partículas sólidas e partículas líquidas." Nesta Portaria não estão definidos o conteúdo máximo de partículas, os locais onde seriam válidas tais afirmações, nem os métodos para sua determinação.

Outros documentos, como o "AGA Gas Measurement Committee Report No. 4A", estabelece que o gás deve ser livre de impurezas, mas também não as quantifica. A publicação "An Insight Into Gas Quality", do Institute of Gas Engineers, também menciona que o gás deve estar comercialmente livre de materiais, pó ou outra matéria líquida ou sólida, mas da mesma forma não as quantifica nem localiza.

Na Colômbia, a Resolução nº 071 da CREG (Comisión de Regulación de Energía y Gas) dispõe que o conteúdo máximo de pó e material em suspensão seja de 1,6 mg/m³ ou 0,7 grão/1000 pé³ (grão é uma unidade de massa que corresponde a 64,8 mg), quantidade essa medida no ponto de entrega ao transportador e por este no ponto de saída. Além disso, a referida resolução especifica que o tamanho máximo das partículas deve ser de 15 microm.

Com respeito à utilização de termos radicais como "isento" ou "livre de impurezas", cabe ressaltar que o metano mais puro que se pode comprar é o que recebe a denominação "grau de pesquisa", o qual, ainda assim, não é totalmente puro (99,995%) e cujo preço é da ordem de US$ 100 (cem dólares norte-americanos) por metro cúbico, enquanto que o valor do gás natural é da ordem de poucas dezenas de centavos de dólar.

Embora possa parecer uma afirmação agressiva, sob o ponto de vista da minimização de custos, o gás natural deveria ser o mais sujo possível sem que causasse danos aos equipamentos. Não podemos nos esquecer que o preço do gás natural tem de ser competitivo com outros energéticos para que sua utilização seja economicamente viável, valendo também lembrar que cada tipo de equipamento apresenta uma exigência particular quanto à granulometria do material particulado presente no gás.

A filtragem de "pó preto" presente no gás natural, quando sua concentração não varia muito no tempo, é uma operação rotineira e previsível. Os tipos mais comuns são os filtros secos, geralmente de cartuchos, e os filtros inerciais ou centrífugos. Existem também filtros de contato com óleo ("scrubbers"), precipitadores eletrostáticos e aglomeradores de atração magnética ou ultra-som.

Os maiores problemas ocorrem quando quantidades significativas de pó surgem inesperadamente em pontos críticos do gasoduto como estações de medição, estações de compressão e "city-gates".

Em 1998, ocorreu um acidente desse tipo no gasoduto Ballena - Barrancabermeja, no interior da Colômbia, onde um "slug" de "pó preto" acarretou severos danos numa central de compressores alternativos. As evidências indicaram que houve um acúmulo significativo de pó entre a derivação da linha principal e a central de medição situada à jusante da casa de compressores, devido à desativação deste trecho por muitos meses e à sua posição (alça baixa com alimentação através de picagem pelo fundo do gasoduto, tornando-se uma "lixeira" para as impurezas do gás).

No re-alinhamento deste trecho foram soprados apenas a sua parte final, ou seja, os coletores e os ramais individuais de alimentação dos compressores. Deveria ter sido soprado também todo o trecho desde a derivação da linha principal e não o foi, havendo por essa razão ocorrido o "slug". Os danos nos compressores foram enormes, pois tanto os filtros de cartucho a montante da central de medição, como os "strainers" na entrada dos compressores se colapsaram. Em seqüência, se danificaram por abrasão as válvulas de admissão e descarga, bem como as camisas, os pistões e seus anéis de segmento, além dos danos por esforço mecânico nas bielas, eixos e juntas de vedação.

Cabe ressaltar que, no caso de um "slug" de grandes proporções como o que ocorreu na Colômbia, filtros secos do tipo de cartuchos podem ficar saturados quase que instantaneamente, rompendo-se em seguida devido à pressão diferencial gerada entre a entrada e a saída. Não havendo registrador de pressão diferencial nem sistema de alarme que indique tal ocorrência, o fato pode passar desapercebido no momento pois, após o rompimento de alguns cartuchos, a pressão diferencial praticamente se anula, dificultando o diagnóstico imediato do fato.

Concluindo, a formação de "pó preto" em gasodutos de aço carbono não revestidos é um fato inexorável, podendo sua geração variar de acordo com as características do gás, as quais contribuem em maior ou menor escala para reduzir a vida do gasoduto devido à corrosão.

A presença de "pó preto" deverá ser controlada nos pontos-chave, como transferência de custódia, estações de medição e entrega a consumidores, sendo para isso necessário regulamentar, no Brasil, os parâmetros e métodos de determinação para concentração e granulometria do material particulado presente no gás natural.

Bibliografia

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5. Baldwin, Richard M., "BLACK POWDER" IN THE GAS INDUSTRY - SOURCES, CHARACTERISTICS AND TREATMENT, Gas Machinery Research Council, 1998.
6. Baldwin, Richard M., HERE ARE PROCEDURES FOR HANDLING PERSISTENT BLACK-POWDER CONTAMINATION, Pipeline Report Oil and Gas Journal Special, October 26, 1998.

E se o fornecimento do gás natural falhar? O seu processo pode permanecer interrompido por quanto tempo?

Uma eventual falha no fornecimento de qualquer energético é sempre um fato que desperta muitas preocupações. No caso do gás natural em particular, apesar da sua probabilidade de falha ser muito remota, as preocupações também existem. Mesmo quando o sistema de distribuição de gás seja confiável, com diversas fontes integradas em uma mesma malha, ainda assim resta a hipótese da ocorrência da chamada "síndrome da escavadeira maluca", que inesperadamente romperia uma tubulação interrompendo o fornecimento aos consumidores ligados neste ramal.

Os prejuízos com uma eventual interrupção do fornecimento de gás natural variam muito de consumidor a consumidor, podendo representar desde pequenos lucros cessantes até significativas perdas de produção e, até mesmo, danos permanentes a equipamentos com elevados prejuízos. Os processos que despertam maior preocupação seriam os de alta temperatura, como as indústrias de vidro, siderúrgicas, cerâmicas ou fundições, onde poderiam ocorrer danos nos refratários e perdas de produção, ambos devido à diminuição descontrolada da temperatura. Mesmo na hipótese de uma falha por um tempo curto, como 10 ou 20 minutos, alguns processos industriais demorariam muitas horas até restabelecer a cadeia produtiva.

Portanto, nos processos onde uma eventual falha no fornecimento do gás natural puder causar graves conseqüências, é necessário instalar um sistema de "back up". Existem várias possibilidades para configurar este sistema, como será descrito a seguir.

Misturadores GLP-ar

Também conhecida como ar propanado ou gás natural sintético (do inglês "SNG - Synthetic Natural Gas"), a mistura GLP-ar com Índice de Wobbe equivalente ao do gás natural possibilita sua intercambialidade dispensando modificações nos queimadores. Haveria apenas a necessidade de observar as alterações na vazão da mistura devido ao seu poder calorífico ser superior ao do gás natural.

Considerando um gás natural com PCS de 9.958 kcal/Nm³ e densidade relativa de 0,602, a mistura com Índice de Wobbe equivalente é cerca de 54% de GLP com 46% de ar (PCS = 15.243 kcal/Nm³ e densidade relativa de 1,411). Apesar das características da mistura GLP-ar serem tão diferentes do gás natural, seus efeitos térmicos nos queimadores são exatamente iguais, razão pela qual é possível a intercambialidade.

Assim, o atendimento à mesma potência térmica exigirá um fluxo de mistura GLP-ar 34,67% inferior ao fluxo original com gás natural, o que deverá ser informado ao controlador do equipamento térmico (operadores, PLC etc.).

A mistura do GLP com o ar atmosférico pode ser processada com diversos graus de precisão.

O sistema mais simples é o misturador de venturi, onde o fluxo de GLP em pressões elevadas arrasta o ar atmosférico. A mistura é armazenada em um tanque pulmão em pressões inferiores a 80 kPa (0,8 bar), garantindo um fornecimento contínuo, enquanto o fluxo de GLP é intermitente pois deve trabalhar com pressão constante no venturi. Geralmente este tipo de misturador se aplica ao abastecimento de sistemas de pequeno porte e, além disso, onde não seja necessária uma grande precisão nas proporções da mistura GLP-ar e nem pressões mais elevadas.

Quando se trata do atendimento a vazões e pressões mais elevadas, torna-se necessária a utilização de misturadores mais sofisticados, onde o ar e o GLP são fornecidos sob pressão e suas proporções controladas por combinação de equipamentos como medidores de vazão, válvulas de controle, sensores de pressão e de temperatura, conforme a tecnologia de cada fornecedor. As pressões na saída do misturador podem ser reguladas numa ampla faixa, desde 130 kPa (1,3 bar) até cerca de 900 kPa (9,0 bar).

Os sistemas mais sofisticados e precisos incluem ainda o "wobbímetro", que faz a medição contínua do índice de Wobbe (ou número de Wobbe) da mistura, também chamado indevidamente por "calorímetro". Muito embora ambas as grandezas do poder calorífico e do índice de Wobbe sejam representadas pela mesma unidade, os significados físicos são distintos. Enquanto o poder calorífico, determinado pelo calorímetro, significa a quantidade de calor contida em uma determinada porção do gás combustível, o índice de Wobbe representa a ação combinada do poder calorífico e da densidade do gás no fluxo térmico através de um orifício submetido a um diferencial de pressão. Os wobbímetros medem fisicamente a ação combinada dessas duas características de um gás combustível, expressas por unidades como kcal/m³ ou BTU/pé³, mas cujos valores numéricos não representam o poder calorífico do gás nas citadas unidades. Por exemplo, o índice de Wobbe superior de um gás natural é 12.834 kcal/Nm³, enquanto seu poder calorífico superior é 9.958 kcal/Nm³.

A garantia da estabilidade do índice de Wobbe possibilita um controle apurado do fluxo térmico e da regulagem dos queimadores, razão pela qual o "wobbímetro" é também utilizado em aplicações onde seja necessário um controle de alta precisão, sob os aspectos térmico e da composição dos produtos da combustão.

Uma das perguntas que normalmente se faz é a respeito da segurança na condução da mistura GLP-ar no interior de tubulações e tanques pulmões. Caso ocorresse uma ignição no interior dessa tubulação haveria perigo de explosão devido à presença da mistura combustível-comburente? A resposta é NÃO, porque a mistura seria muito rica em GLP (54%), estando significativamente acima do limite superior de inflamabilidade que está na faixa de 8 a 11%, dependendo das proporções dos seus constituintes.

Queimadores de rápida conversão GN x GLP

Em alguns queimadores é possível fazer uma adaptação que permita uma rápida troca da lança de gás natural pela lança de GLP, mediante o emprego de flanges com furos oblongos, engates rápidos etc. Geralmente esta opção exige a instalação de um cavalete adicional e linhas de distribuição exclusivas para o GLP, em paralelo à instalação do GN. A viabilidade desta opção depende principalmente da existência de uma quantidade de queimadores, geralmente pequena, associada à facilidade de acesso e disponibilidade de pessoal para executar esse serviço no momento crítico da interrupção do fornecimento do gás natural.

Esta opção apresenta algumas vantagens como, na ocasião de uma parada programada do gás natural, permitir a substituição progressiva dos queimadores, algumas vezes até sem interromper o processo. E vice-versa na volta para o GN. Outra vantagem seria, num cenário de preços competitivos entre o GLP e o GN, poder usar a possibilidade da rápida conversão como estratégia de negociação visando baixar os preços, sendo até possível usá-los simultaneamente - parte dos queimadores com GN e parte com GLP.

Sistemas de óleo combustível

Existem várias possibilidades para o uso de óleos combustíveis como "back up" de gás natural. Como a maioria das conversões para gás natural partiram de sistemas cujo energético era o óleo combustível, as instalações como tanques, bombas, tubulações e queimadores a óleo podem eventualmente ser aproveitadas ou adaptadas para estarem disponíveis no caso da interrupção do abastecimento do gás natural.

Quando os combustíveis usados eram óleos residuais, onde sua armazenagem e transporte são dotados de sistemas de aquecimento, toda essa infra-estrutura pode ser aproveitada. Porém a opção preferida é limpar todo o sistema e eliminar o aquecimento, preparando-o assim para o uso de óleos leves como o diesel. A manutenção dos óleos residuais como "back up" não é interessante pois as duas opções não são desejáveis: manter o sistema aquecido gera despesas com energia e manutenção; manter o sistema frio torna a entrada em operação demorada e até duvidosa.

Quanto aos queimadores, na ocasião para conversão para o gás natural pode-se optar pela compra de queimadores duais, aqueles que podem queimar gás natural ou óleo combustível, ou até em alguns casos ambos simultaneamente. Outra opção seria a instalação de queimadores de rápida conversão gás x óleo, mediante a troca de lanças. Somente em alguns raros casos seria possível substituir o(s) queimador(es) a gás pelo(s) antigo(s) queimador(es) a óleo, pois em geral exigiria um tempo de paralisação incompatível com o processo da indústria.

As únicas desvantagens do sistema de "back up" de gás natural com óleo combustível seriam: a contaminação ambiental, onde isso não fosse mais aceito pelos órgãos ambientais ou pela política da empresa; a deterioração dos equipamentos como corrosão, ataque aos refratários etc.; ou quando pudessem ocorrer distúrbios no processo de fabricação pela alteração do método de transferência de calor (radiação x convecção).

Conclusões

A adoção de um sistema de "back up" para fazer frente a uma eventual falha no fornecimento de gás natural torna-se obrigatória na medida em que os prejuízos como lucros cessantes ou danificação de equipamentos assim o exigirem.

O sistema de "back up" escolhido deverá ser colocado periodicamente em operação, de forma que seu funcionamento esteja garantido quando requisitado. Em alguns casos é até recomendável que este sistema se mantenha permanentemente em operação, ainda que implique em custos adicionais, quando necessário assumir imediatamente qualquer eventual falha no fornecimento de gás natural.

Além disso, a existência de um sistema alternativo certamente aumentará o poder de negociação da parte do consumidor, quando os preços de ambos combustíveis forem competitivos nas respectivas faixas de consumo.