Shenhai à prova de explosão
Em condições normais de ensaio, o limite de concentração a que um gás ou vapor combustível misturado com um gás oxidante provoca uma explosão é designado por limite de explosão. O termo "limite de explosão" refere-se geralmente aos limites de concentração de gases ou vapores combustíveis no ar. A concentração mais baixa de um gás combustível que pode provocar uma explosão é designada por limite inferior de explosão (LIE) e a concentração mais elevada por limite superior de explosão (LIE).
Quando os gases combustíveis ou vapores líquidos se encontram dentro dos limites de explosão e encontram uma fonte de calor (como uma chama aberta ou uma temperatura elevada), a chama espalha-se rapidamente pelo espaço do gás ou do pó. Esta rápida reação química liberta uma quantidade significativa de calor, gerando gases que se expandem devido ao calor, criando altas temperaturas e pressões com um imenso potencial destrutivo.
Os limites de explosão são parâmetros chave na descrição dos perigos dos gases inflamáveis, vapores e poeiras combustíveis. Normalmente, os limites de explosão de gases e vapores inflamáveis são expressos como uma percentagem do gás ou vapor na mistura.
Por exemplo, a 20°C, a fórmula de conversão para a fração volumétrica e a concentração mássica de um gás inflamável é
Y = (L/100) × (1000M/22,4) × (273/(273+20)) = L × (M/2,4)
Nesta fórmula, L é a fração volumétrica (%), Y é a concentração mássica (g/m³), M é a massa molecular relativa do gás ou vapor combustível e 22,4 é o volume (litros) ocupado por 1 mol de uma substância em estado gasoso nas condições normais (0°C, 1 atm).
Por exemplo, se a concentração de gás metano na atmosfera for 10%, converte-se em:
Y = L × (M/2,4) = 10 × (16/2,4) = 66,67g/m³
O conceito de limites de explosão para gases, vapores e poeiras inflamáveis pode ser explicado pela teoria da explosão térmica. Se a concentração de um gás, vapor ou poeira inflamável for inferior ao LIE, devido ao excesso de ar, ao efeito de arrefecimento do ar e à concentração insuficiente do combustível, o sistema perde mais calor do que ganha e a reação não prossegue. Do mesmo modo, se a concentração for superior ao UEL, o calor gerado é inferior ao calor perdido, impedindo a reação. Além disso, o excesso de gás ou poeira combustível não só não reage e não gera calor devido à falta de oxigénio, como também arrefece a mistura, impedindo a propagação da chama. Além disso, para certas substâncias como o óxido de etileno, a nitroglicerina e as poeiras combustíveis como a pólvora, o UEL pode atingir 100%. Estes materiais fornecem o seu oxigénio durante a decomposição, permitindo a continuação da reação. O aumento da pressão e da temperatura facilita ainda mais a sua decomposição e explosão.