Acetileno (C₂H₂): um gás fundamental para diversas aplicações industriais

Como é que o acetileno é produzido industrialmente?

Tradicionalmente, o acetileno é produzido pela reação do carboneto de cálcio com a água. Na indústria moderna, é mais comumente gerado pela combustão parcial do metano ou como subproduto durante o fabrico de etileno.

Propriedades físicas e químicas

Em condições normais, o acetileno é um gás incolor ligeiramente mais leve que o ar. Na sua forma pura, o acetileno é inodoro, mas as qualidades comerciais frequentemente apresentam um forte odor a alho devido às impurezas.

As suas principais características físicas e químicas são:

• Massa molar: 26,04 g/mol
• Ponto de ebulição: -84°C
• Ponto de fusão: -80,8°C
• Densidade: 1,177 kg/m³ (à 0°C)
• Solubilidade em água: 1,2 g/L (à 20°C)
• Inflamabilidade: altamente inflamável.
• Ponto de inflamação: não aplicável a gases ou misturas de gases.
• Temperatura de autoignição: 305°C.
• Toxicidade: não é tóxico, mas pode agir como um simples asfixiante.

Combustão do acetileno: completa e incompleta

O acetileno é conhecido pela sua elevada libertação de energia durante a combustão. A reação com o oxigénio produz uma chama extremamente quente, devido ao seu elevado calor de combustão de aproximadamente 1300 kJ/mol. Dependendo da quantidade de oxigénio disponível, a combustão pode ocorrer de duas formas distintas, com implicações práticas diretas em diferentes processos, como os processos de soldadura.

Combustão completa
A combustão completa ocorre quando o oxigénio está presente na proporção estequiométrica correta para reagir totalmente com o acetileno. Esta reação produz dióxido de carbono e água, libertando a energia máxima do combustível. A equação química balanceada para esta reação é:

2C₂H₂ (g) + 5O₂ (g) → 4CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Para que esta reação ocorra completamente, é necessário um rácio molar de cinco moles de oxigénio para duas moles de acetileno (ou 2,5:1).

Combustão incompleta 
Se a quantidade de oxigénio for insuficiente, ocorre uma combustão incompleta. Isto resulta frequentemente na formação de monóxido de carbono (um gás tóxico) em vez de dióxido de carbono, conforme demonstrado na seguinte equação:

2C₂H₂ + 3O₂ → 4CO + 2H₂O

Tipos de chama para soldadura oxiacetilénica
O ajuste da mistura entre oxigénio e acetileno permite criar três tipos de chama, essenciais para diferentes materiais:

• Chama neutra (~3232°C): a mais utilizada (rácio 1:1), garante uma combustão completa sem alterar quimicamente o metal. Ideal para aço macio, inox, ferro fundido, cobre e alumínio.
• Chama redutora ou carburante (~2900°C): possui excesso de acetileno e tende a adicionar carbono ao metal. É usada para aços de alto carbono e ligas de revestimento duro (como níquel), mas deve ser evitada em metais que absorvam carbono facilmente.
• Chama oxidante (~3482°C): rica em oxigénio e a mais quente de todas. É adequada para ligas à base de cobre e zinco, mas imprópria para aço, pois provoca oxidação e fragilidade na soldadura.

O acetileno é tóxico ou perigoso?

Riscos para a saúde e limites de exposição

O acetileno não é classificado como um gás tóxico, mas representa um risco significativo para a saúde por atuar como um asfixiante simples. Isto significa que, ao contrário de gases tóxicos que atacam o organismo, o perigo do acetileno reside na sua capacidade de deslocar o oxigénio do ar em espaços fechados.

• Limite de exposição profissional (VLE): ao contrário de substâncias tóxicas como o benzeno, não existe um Valor Limite de Exposição (VLE) numérico fixado por diretivas europeias para o acetileno. A regra de segurança fundamental não é medir a concentração de acetileno em ppm, mas sim monitorizar o nível de oxigénio no ambiente, que deve manter-se sempre acima dos 19,5% para evitar a asfixia.

Comparação de segurança: Acetileno vs. GLP (Gás Liquefeito de Petróleo)

Embora ambos sejam gases combustíveis inflamáveis, apresentam perfis de risco muito distintos que afetam a segurança operacional:

• Densidade e fugas: o acetileno é mais leve que o ar (densidade ~0.9). Em caso de fuga, tende a dissipar-se para cima, facilitando a ventilação. O GLP (Propano/Butano), por outro lado, é mais pesado que o ar (densidade ~1.5). Uma fuga de GLP acumula-se ao nível do chão, em valas ou caves, criando "bolsas" de gás explosivo invisíveis que podem permanecer perigosas por longos períodos.
• Temperatura e uso: o acetileno arde a uma temperatura superior (~3100°C) e liberta a maior parte do seu calor no cone interior da chama, o que o torna mais instável mas ideal para soldadura precisa. O GLP arde a uma temperatura inferior (~2800°C) com uma distribuição de calor mais dispersa, sendo mais seguro em termos de estabilidade (pode ser armazenado liquefeito), mas impróprio para soldadura por fusão de aço.
• Consumo de oxigénio: o GLP requer cerca de 4 vezes mais oxigénio do que o acetileno para uma combustão eficiente, o que deve ser considerado no armazenamento de garrafas de oxigénio.

Uma propriedade crítica do acetileno é a sua instabilidade inerente quando comprimido. Esta instabilidade significa que a pressurização do gás puro numa garrafa standard — como acontece com o azoto ou o oxigénio — pode representar riscos elevados. Por este motivo, o gás é dissolvido num solvente, o que permite o seu armazenamento a uma pressão mais baixa e com total segurança.

Aplicações industriais do acetileno

As propriedades do acetileno tornam-no um gás indispensável em diversos setores industriais importantes. É conhecido principalmente pelo seu papel fundamental nos processos de soldadura, brasagem e corte de metais, permitindo operações precisas de corte, união e reparação na construção metálica, manutenção industrial e fabrico de estruturas.

Oxicorte e corte oxiacetilénico

Uma das aplicações mais importantes do acetileno é a sua utilização em chamas oxiacetilénicas. Combinado com oxigénio puro, a chama atinge uma temperatura superior a 3000°C, tornando-se no gás combustível industrial mais quente.

A chama oxiacetilénica pré-aquece o metal muito rapidamente, reduzindo assim o tempo de aquecimento. Um jato de oxigénio puro é depois utilizado para efetuar o corte. Este calor intenso permite um corte eficaz e preciso, tornando esta técnica ideal para secções de aço de elevada espessura e estruturas metálicas.

Além disso, o calor intenso do acetileno significa que é necessário menos oxigénio para o pré-aquecimento da chama em comparação com outros combustíveis, como o propano ou o gás natural. Essa economia de gás pode representar uma vantagem económica significativa para operações de corte em grande escala.

Como regular o maçarico de oxicorte?

Para obter uma soldadura segura e eficaz, a regulação da chama deve seguir uma sequência precisa:

1. Comece frequentemente com uma chama com excesso de acetileno.
2. Aumente gradualmente o oxigénio até que a "pena" de acetileno (o cone intermédio) desapareça.
3. Quando a pena desaparece e restam apenas dois cones distintos (o interior brilhante e o invólucro exterior), obteve uma chama neutra.

Quais são os diferentes tipos de chama que melhor se adaptam a cada material?

A escolha correta da chama é vital para a qualidade do trabalho. De acordo com as práticas industriais:

• Chama neutra (~3232°C): É a chama padrão para a maioria das aplicações, pois não afeta quimicamente o metal. É utilizada para aço macio, aço inoxidável, ferro fundido, cobre e alumínio.
• Chama carburante ou redutora (~2900°C): Contém excesso de acetileno. É usada para soldar aços de alto teor de carbono e ligas não ferrosas de revestimento duro (como níquel e monel). Não deve ser usada em metais que absorvam carbono facilmente, pois podem ficar quebradiços.
• Chama oxidante (~3482°C): Contém excesso de oxigénio. Devido à sua alta temperatura, é adequada para ligas à base de cobre e zinco (como o latão), mas nunca deve ser usada em aço para evitar soldaduras porosas e frágeis.

Por que número de bico optar?

A seleção do número do bico do maçarico depende diretamente da espessura do metal a ser trabalhado. Metais mais espessos exigem bicos com orifícios de maior diâmetro para garantir o caudal de gás e o aporte térmico necessários para penetrar a totalidade da peça.

Soudage et brasage

O acetileno é um dos gases combustíveis mais populares para a soldadura e a brasagem. Quando misturado com a percentagem adequada de oxigénio, o acetileno cria uma chama tão quente (superior a 3000°C) que é capaz de soldar diferentes materiais (incluindo aço, cobre, etc.) de forma otimizada e económica. Esta chama oxiacetilénica pode ser utilizada para operações de união, como, por exemplo, a soldadura por fusão (autogénea).

Uso do acetileno na indústria química e processos de síntese

Devido à sua estrutura de ligação tripla altamente reativa, o acetileno é um "bloco de construção" versátil na indústria química, servindo de matéria-prima para a síntese de diversos produtos.
É utilizado na produção de:

• Plásticos e polímeros: utilizado como monómero essencial na produção de cloreto de vinilo, a matéria-prima base para o fabrico de PVC (Policloreto de Vinilo). Este plástico é amplamente utilizado em produtos comerciais, tubagens e isolamentos.
• Solventes: É utilizado como intermediário químico na síntese de solventes industriais clorados, como o tricloroetileno e outros derivados.
• Compostos orgânicos: Historicamente, foi a principal via para a síntese industrial de acetaldeído (via hidratação). Adicionalmente, através de processos de polimerização (ciclotrimerização), pode ser utilizado na síntese de benzeno e outros aromáticos.

Outras aplicações

Além da metalurgia e da química, o acetileno desempenha um papel fundamental em aplicações técnicas especializadas.

Laboratórios e Análise

Para aplicações laboratoriais, o acetileno é utilizado como gás de instrumento na espectrometria de absorção atómica (AAS) devido à sua chama de alta temperatura. Descubra o ACETILENO N26, acetileno de alta pureza da Air Liquide para aplicações analíticas, garantindo a estabilidade e a ausência de impurezas necessárias para resultados precisos.

Engenharia e processos industriais

O acetileno mantém-se essencial em diversos setores modernos devido à sua combinação única de desempenho energético e versatilidade:

• Tratamentos térmicos: amplamente utilizado para aquecimento localizado de peças, pré-aquecimento antes da soldadura e retificação por chama.
• Cementação: atua como fonte de carbono em processos específicos de cementação a baixa pressão (LPC) para o endurecimento superficial de peças de aço.
• Indústria eletrónica: usado para a deposição de revestimentos de carbono e melhoria das propriedades de superfície de peças técnicas.
• Indústria do vidro: oferece uma solução ecológica para a lubrificação de moldes, depositando uma fina camada de carbono protetora através da chama, o que facilita a desmoldagem.

Armazenamento e segurança do acetileno

O acetileno é um gás incolor, instável e altamente inflamável, capaz de gerar uma atmosfera explosiva em concentrações acima de 2,3% no ar. Portanto, este gás tem de ser submetido a formas de armazenamento e a normas de segurança específicos para garantir o seu manuseamento e utilização seguros.

Métodos de armazenamento do acetileno

Devido à sua natureza extremamente volátil, o acetileno nunca é armazenado sob a forma de um gás comprimido em estado puro. Para evitar qualquer risco de decomposição perigosa em carbono e hidrogénio — uma reação que liberta rapidamente uma grande quantidade de energia e calor e pode ser explosiva — o acetileno tem de ser estabilizado.
Para tal, é armazenado em garrafas especialmente concebidas, preenchidas com uma massa porosa (refratário ou monolítico) e que contêm um solvente (mais frequentemente a acetona) no qual o gás é dissolvido.

Regras de segurança para manusear o acetileno

As garrafas de acetileno exigem precauções específicas e devem ser armazenadas e manuseadas com o máximo cuidado:

• Posição Vertical: fixe as garrafas sempre em posição vertical, numa área segura e bem ventilada.
• EPIs: utilize Equipamentos de Proteção Individual apropriados, incluindo óculos de segurança, luvas e roupas confeccionadas com materiais ignífugos. Mantenha sempre um extintor de incêndio adequado por perto.
• Fontes de ignição: mantenha as garrafas longe de qualquer fonte de calor e ignição, bem como de materiais inflamáveis ou corrosivos. As garrafas nunca devem ser armazenadas em ambientes com temperaturas extremas.
• Válvulas e segurança: a parte superior da garrafa deve permanecer sempre fechada quando não estiver a ser utilizada. Verifique se todos os dispositivos de segurança estão firmemente fixados e sem danos.
• Separação: armazene as garrafas vazias e as cheias separadamente. As garrafas de acetileno também devem ser armazenadas longe de garrafas que contenham outros gases (especialmente oxigénio).
• Proteção física: proteja as garrafas contra qualquer impacto mecânico ou físico potencial.
• Regulação de pressão: utilize sempre um redutor ou regulador de pressão homologado. Nunca ajuste a pressão de extração de acetileno acima de 1 bar, uma vez que o acetileno livre pode tornar-se instável e decompor-se de forma explosiva a pressões mais elevadas.

Durante o transporte, as garrafas de acetileno têm de ser transportadas num veículo bem ventilado. As garrafas nunca devem ser transportadas em espaços fechados, como o porta-bagagens de um automóvel ou no lugar dos passageiros.

Certifique-se de que:

1. Os redutores de pressão das garrafas estão fechados.
2. As válvulas estão fechadas.
3. As tulipas de protecção estão no lugar apropriado.
4. As garrafas estão devidamente fixadas para evitar qualquer movimento e têm de ser descarregadas imediatamente após a chegada ao local.

Como e onde comprar acetileno industrial

Caso deseje obter mais informações sobre os métodos de fornecimento, não hesite em contactar as equipas da Air Liquide, que poderão informá-lo sobre o método mais seguro e adequado às suas necessidades e perfil de consumo.

Fornecimento de garrafas e quadros

A Air Liquide fornece acetileno com segurança em toda a Europa, utilizando um método de fornecimento adaptado a cada cliente.

• Garrafas individuais disponíveis em vários tamanhos, ideais para necessidades de consumo de baixo volume.
• Quadros (conjunto de diversas garrafas de acetileno) para necessidades de consumo de maior volume.

Dependendo das suas necessidades, pode optar pela entrega direta ou visitar o distribuidor mais próximo: Rede de distribuição em Portugal.

Soluções de fornecimento personalizadas

Para otimizar as suas operações de soldadura e corte, a Air Liquide também disponibiliza uma gama específica de soluções baseadas na chama oxiacetilénica (oxigénio-acetileno):

• Garrafas portáteis ALbee™ Flame Ace: o acetileno ALbee™ Flame Ace (C₂H₂ 99,5%) é perfeitamente adequado para uniões de elevado desempenho e um corte eficiente. O formato da garrafa foi especificamente concebido para uma utilização em mobilidade; é leve e está disponível em 2 formatos: 5L e 11L.
• Tecnologia de válvula com redutor integrado: para tornar o manuseamento mais fácil e seguro, as nossas garrafas de gás podem ser equipadas com a MINITOP™. Trata-se de uma válvula com redutor de pressão integrado, uma alavanca On/Off para um corte imediato e um manómetro permanente que permite visualizar o nível de gás rapidamente.

Entre em contacto com os nossos especialistas e receba um aconselhamento personalizado para escolher o método de fornecimento mais adequado às suas necessidades.

Perguntas frequentes sobre o gás acetileno

A combustão completa do acetileno pode liberar quantos kJ?
A combustão completa do acetileno liberta uma quantidade de energia extremamente elevada, aproximadamente 1300 kJ/mol. Esta reação exotérmica é o que permite à chama oxiacetilénica atingir temperaturas superiores a 3000°C.

Como transportar garrafas de oxigênio e acetileno com segurança?
As garrafas devem ser transportadas em veículos ventilados, sempre na posição vertical e devidamente fixadas para não caírem. É crucial manter as garrafas de oxigénio e acetileno separadas, com as válvulas fechadas, os redutores removidos e as tulipas de protecção colocadas.

Como comprovar as propriedades químicas do acetileno?
A principal propriedade química, a insaturação (ligação tripla), pode ser comprovada em laboratório através da reação com água de bromo, que perde a sua cor castanha em contacto com o acetileno. Também reage com nitrato de prata amoniacal formando um precipitado, confirmando a presença de hidrogénios terminais ácidos.

Como obter benzeno a partir do acetileno?
O benzeno é obtido através da polimerização (trimerização cíclica) do acetileno. Três moléculas de acetileno (3C₂H₂) reagem sob condições específicas de calor e catálise para formar uma molécula de anel benzénico (C₆H₆).

Qual gás é mais quente: acetileno, propano ou butano?
O acetileno é significativamente mais quente. A sua chama com oxigénio atinge temperaturas de aproximadamente 3100°C, enquanto o propano (~2800°C) e o butano têm temperaturas inferiores e libertam menos calor no cone primário da chama.

Qual é mais perigoso: acetileno ou GLP?
Ambos exigem cuidados rigorosos, mas os riscos são diferentes. O acetileno é quimicamente instável e tem um limite de explosividade no ar muito mais amplo (a partir de 2,3%). O GLP é mais estável, mas é mais pesado que o ar, acumulando-se ao nível do solo em caso de fuga, o que cria riscos de explosão "invisíveis" em zonas baixas.

Qual o número do bico usar com acetileno?
O número do bico depende diretamente da espessura do metal a soldar ou cortar. Regra geral, espessuras maiores exigem bicos com orifícios maiores (números mais altos) para fornecer o caudal de gás necessário para fundir ou cortar a peça.

Qual a validade dos cilindros de acetileno?
O gás acetileno em si não tem prazo de validade. No entanto, a garrafa (cilindro) deve ser submetida a uma inspeção periódica (geralmente a cada 10 anos, dependendo da regulamentação local) para garantir a integridade do metal e da massa porosa interior.