Calculadora de SF6: massa de gás e humidade (ponto de orvalho ↔ ppmv)

Calcule os quilos de SF6 de um compartimento com a equação de van der Waals e converta a humidade entre ponto de orvalho e ppmv tendo em conta a pressão de medição.

Massa de gás e humidade: ponto de orvalho, ppmv e pressão

Calcule os quilos de SF6 que há num compartimento a partir do seu volume, pressão e temperatura, e converta a humidade entre ponto de orvalho e ppmv tendo em conta a que pressão foi medida.

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O que faz esta calculadora

Duas coisas que no terreno se resolvem mal: quantos quilos de SF6 há realmente num compartimento, e o que significa o ponto de orvalho que o analisador acabou de dar.

Massa de gás

Para o registo de emissões, para planear uma recuperação e para saber se uma fuga é relevante é precisa a massa, não a pressão. Calcula-se a partir do volume do compartimento, da pressão e da temperatura, resolvendo a equação de van der Waals para o SF6 (a = 7,857 L²·bar/mol², b = 0,0879 L/mol, M = 146,06 g/mol).

Não é um refinamento académico. O SF6 afasta-se do comportamento de gás ideal muito antes do que o ar: a 6 bar absolutos e 20 °C o seu fator de compressibilidade ronda 0,94, pelo que a fórmula do gás ideal deixa de fora cerca de 6 % da massa. A calculadora mostra esse desvio para que se veja o tamanho do erro.

A temperatura importa tanto como a pressão: a mesma célula a −10 °C e a 30 °C dá pressões muito diferentes com exatamente a mesma quantidade de gás. É por isso que os densímetros compensam em temperatura e é por isso que uma «perda de pressão» no inverno nem sempre é uma fuga.

Humidade: ponto de orvalho e ppmv

A água é, depois dos produtos de decomposição, o problema do SF6: reduz a rigidez dielétrica superficial e, na presença de arco, forma compostos corrosivos.

A calculadora converte nos dois sentidos usando as equações de Buck, sobre gelo abaixo de 0 °C, que é como reportam os higrómetros de ponto de orvalho:

  • do ponto de orvalho medido para ppmv;
  • de ppmv para o ponto de orvalho que resultaria a outra pressão.

Essa segunda conversão é a que evita o erro mais comum do ensaio. O teor de água em ppmv não muda com a pressão — as moléculas de água são as que são —, mas o ponto de orvalho muda: ao comprimir o gás sobe a pressão parcial do vapor e a água condensa a temperatura mais alta. Medir à pressão atmosférica e comparar com um limite dado à pressão de serviço, ou ao contrário, leva a dar por bom um gás húmido.

Exemplo resolvido

Compartimento de 1 m³ a 5 bar manométricos e 20 °C, com um ponto de orvalho medido de −40 °C à pressão atmosférica.

  • Pressão absoluta: 6,01 bar → densidade 38,4 kg/m³ → 38,4 kg de SF6. Como gás ideal teriam saído 36,1 kg: menos 2,3 kg.
  • −40 °C a 1,013 bar equivalem a 127 ppmv.
  • Esse mesmo gás, a 6 bar absolutos, tem um ponto de orvalho de −23 °C.

O que esta calculadora não faz

Não diz se o gás está apto: isso depende também da pureza (percentagem de SF6 face ao ar e ao CF4) e dos produtos de decomposição (SO2, H2S, HF), que se medem com o analisador e não se deduzem da pressão. Não substitui o densímetro da célula nem o cálculo de fugas, que precisa de duas medições separadas no tempo com a sua temperatura. E não cobre misturas SF6/N2 nem os gases alternativos, cujas constantes são outras.

Com que se mede

A pureza, a humidade e os produtos de decomposição medem-se com um analisador de gás SF6. A deteção de fugas e os equipamentos para recuperar, armazenar e voltar a encher o gás pertencem a essa mesma gama de ensaio de aparelhagem.

Perguntas frequentes

Porque não serve tratar o SF6 como gás ideal?
Porque é uma molécula grande e pesada que se afasta bastante do comportamento ideal já às pressões de serviço. A 6 bar e 20 °C o fator de compressibilidade ronda 0,94: calcular a massa como gás ideal subestima-a cerca de 6 %. Num compartimento de 500 litros isso são quase dois quilos de gás em falta no registo de emissões.
Porque é que o mesmo gás dá pontos de orvalho diferentes?
Porque o ponto de orvalho depende da pressão parcial do vapor de água, e essa pressão parcial sobe com a pressão total. O mesmo teor em ppmv que à pressão atmosférica condensa a −40 °C, a 6 bar absolutos condensa acima de −25 °C. Por isso um valor de ponto de orvalho sem a pressão a que foi medido não significa nada.
A humidade mede-se à pressão de serviço ou à pressão atmosférica?
Depende do instrumento e do limite que se aplique. Muitos analisadores medem a pressão reduzida e depois calculam; os guias e os limites costumam ser dados referidos a uma pressão concreta. O importante é não comparar uma medição feita a uma pressão com um limite dado a outra: esta calculadora faz precisamente essa conversão.