O que é o estudo de viabilidade de uma mistura de gases?

Questões-chave a colocar sobre a viabilidade de uma mistura

Os componentes reagem quando são introduzidos na garrafa?

O projeto relacionado com a fabricação da mistura não é exequível devido a uma incompatibilidade química.

• As moléculas não são compatíveis entre si (gás corrosivo com humidade).
• Os componentes podem reagir com a superfície interna da garrafa ou da válvula sem qualquer energia específica, caso em que é necessário um tratamento específico (secagem, purga, passivação, mudança de material (alumínio vs. aço), etc.)

Existe o risco de reação violenta ao encher a garrafa?

Cuidados com misturas com moléculas inflamáveis e moléculas oxidantes com concentrações finais perigosas devem ser tidos em conta. O tempo de estabilização da mistura é importante. É necessária uma formação específica para os técnicos.

Existe risco quando os componentes são tóxicos?

São necessárias instalações específicas com meios para proteger os técnicos e a mistura deve ser suficientemente segura para o cliente final.

A pressão final é um critério de inviabilidade?

Sim,  considerando a existência de risco elevado de um componente se liquefazer ou mudar de fase, então a pressão deve ser limitada.

Necessidades específicas solicitadas?

As expectativas em termos de tolerância, incerteza e certificação das misturas têm impacto nos métodos escolhidos para:

• Introdução de cada componente (utilização de garrafas intermédias, métodos dinâmicos ou sequenciais, etc.).
• Tipo de calibração: gravimétrica ou analítica 
• O volume da garrafa é um parâmetro crítico; quanto menor for o volume, menor será a quantidade de gás disponível. Como neste caso a garrafa é pequena, as massas de gás são pequenas, o que tem impacto na incerteza da calibração.
• Para calibrar o analisador devem estar disponíveis gases-padrão que contenham as moléculas-alvo na matriz correta.

É importante o tipo de garrafa?

Sim, a escolha correta do material da garrafa (alumínio, aço, aço inox, etc) para cada tipo de mistura é essencial.    
A opção do conjunto garrafa/válvula é ditada pelas necessidades do cliente (volume de gás) e pela regulamentação (saída normalizada da garrafa). Note-se que a regulamentação pode variar consoante o país do fornecedor.
A escolha da combinação garrafa/válvula é ditada por:

1. As necessidades do cliente: volume / tipo de válvula / utilização
2. A compatibilidade dos componentes 

A estabilidade da mistura em caso de reação com o material da garrafa.

• A escolha de garrafa de alumínio ou de aço.
• Determinar a escolha da qualidade do alumínio.
• Problema de segurança para certos tipos de misturas que contêm hidrogénio (garrafas de aço) ou gases corrosivos.

A composição da mistura determina a escolha do material e da tecnologia da válvula da garrafa.

• Em latão para misturas inertes, mas aço inoxidável para misturas corrosivas.
• Tecnologias específicas de válvulas para misturas oxicombustíveis para evitar risco elevado de ignição.

A incerteza esperada da mistura:

• Em função do volume da garrafa e da natureza do gás, as massas pesadas são diferentes. Dependendo da balança utilizada, a incerteza pode ser maior ou menor.

Qual a preparação da garrafa antes do enchimento?

Porque  é importante preparar a garrafa?

• Porque a superfície da garrafa não é plana. 
• Presença de elementos metálicos na superfície da liga.
• As garrafas de aço podem ser objeto de um tratamento mecânico da superfície por jato de areia (para eliminar vestígios de ferrugem).
• As garrafas de alumínio podem ser objeto de um tratamento químico para inibir pontos ativos e impedir ocorrência de fenómenos de adsorção.
• Porque qualquer falha interior na garrafa é uma armadilha para impurezas como oxigénio (O₂) e água (H₂O).

As principais fases da preparação da garrafa:

1. Quando uma garrafa nova é cheia, deve ser realizada uma inspeção à superfície interna e instalada a válvula correta na garrafa para uma melhor adequação à futura mistura.
2. Em seguida, a garrafa é aquecida termicamente e bombeada para evacuação da humidade no interior.
3. Em função dos futuros gases a acondicionar e das suas concentrações, a garrafa é submetida a um tratamento químico/passivação através da introdução do reagente (gás) e da sua posterior purga.
   • A superfície interna é limpa e quimicamente inertizada, e então a garrafa está pronta para ser cheia.

As garrafas podem ser dedicadas de acordo com as composições das misturas. Aquando da sua devolução, as garrafas são purgadas e podem ser utilizadas várias vezes (funcionamento renovável).

Temos um bom método de enchimento?

Podem ser utilizados vários métodos e sistemas de produção de uma mistura, em função da experiência dos nossos técnicos e engenheiros:

• Por pressão parcial dos gases na mistura: a determinação da fração molar baseia-se na pressão parcial de cada componente. (processo passo a passo)
• Por gravimetria:
  • A determinação da fração molar é baseada na massa de cada componente.
  • Elevada precisão para a produção de materiais de referência (processo passo a passo).
• Por misturador dinâmico: a mistura é gerada de forma dinâmica e depois comprimida no interior da garrafa.

Influência da qualidade das matérias-primas?

A qualidade de cada gás introduzido na garrafa influencia as frações molares finais e as suas incertezas, bem como a estabilidade da mistura de gases.
Quanto mais puro for o material, menor será a incerteza sobre a fração molar de cada componente.
Para ilustrar, tomemos o exemplo de uma mistura com materiais de referência contendo O₂ / CO /CO₂ em N₂

• Introdução dos 4 gases com os seus próprios níveis de impurezas.
• As frações molares finais são calculadas tendo em conta cada impureza presente nos gases misturados.

O estudo de viabilidade pode ser negativo por razões económicas, uma vez que o custo da mistura pode ser demasiado grande para o cliente final.
Neste caso, uma solução alternativa pode ser solicitada à nossa fábrica de acondicionamento e depois proposta aos nossos clientes.

Alguns pontos a ter em conta no estudo de viabilidade de uma mistura gasosa

As misturas de gases oferecem resposta a muitas novas aplicações analíticas em domínios como:

• A qualidade do ar interior em edifícios e nas redes de qualidade do ar exterior
• A  a transição energética no sector da mobilidade, com a passagem dos motores de combustão interna para os motores híbridos elétricos, a fim de verificar e analisar a redução das emissões
• O controlo das fontes de emissões industriais.

Todas estas análises utilizam novas misturas para responder às normas cada vez mais exigentes diretamente ligadas às diretivas de redução das emissões com efeito de estufa no planeta.
Por conseguinte, é importante poder responder às novas necessidades, fabricando a mistura de gases adequados para análises mais precisas.

Como mencionado, a preparação da superfície interna da garrafa é, portanto, um passo fundamental para beneficiar a estabilidade.

Para tal, foram desenvolvidos tratamentos específicos pelos serviços da Air Liquide para limpar energeticamente a superfície e neutralizar a atividade dos pontos reativos, para assim reduzir os riscos de degradação da mistura.

Todos os novos desenvolvimentos de misturas solicitados pelos nossos clientes são verificados pelos nossos técnicos especializados em termos de segurança, compatibilidade química e estabilidade antes de começar a desenvolver uma receita.

Se necessário e possível, as nossas equipas de especialistas e as equipas de vendas podem propor uma solução alternativa e económica para as suas misturas e gases especiais.