1. PROJETO

1.1. Justificativa resumida

Um dos grandes problemas encontrados em refinarias de petróleo é o controle da deterioração nas estruturas dos aços das unidades que compõe o processo de refino de petróleo. Esta deterioração está relacionada a mecanismos envolvendo a penetração de hidrogênio no aço e corrosão sob tensão.
A detecção da penetração do hidrogênio, por sensores de hidrogênio, é uma das forma de monitoramento mais eficiente utilizadas no momento permitindo o controle do processo de deterioração, aumentando a vida útil dos vasos de processo. O principal inconveniente como a condição para monitoramento deste último caso, é que o mesmo requer a geração e penetração de hidrogênio, havendo o comprometimento do aço pelo hidrogênio que fica retido. O ideal seria que se pudesse identificar o início do processo de permeação, através da inserção de sensores, com espessura de parede reduzida no interior dos vasos, detectando o início da geração de hidrogênio atômico antes mesmo que houvesse uma permeação considerável de hidrogênio.
O modelo proposto consiste num sensor que utiliza alterações nas propriedades físicas de uma junção de condutores dissimilares, como os largamente utilizados em termopares para medir temperatura. Tais alterações são uma função da diferença de densidade eletrônica na rede atômica de cada material, a qual é extremamente influenciada pelo fluxo de hidrogênio atômico (H0, o qual contém um elétron desemparelhado) através desta junção. O modelo proposto deve ser construído e instalado de modo a permitir medir adequadamente valores de potencial entre um par sensor e um par de referência.

1.1. Justificativa detalhada

O sensor proposto têm grandes possibilidades de superar as desvantagens dos sensores e processos em uso atualmente. Utilizando conceitos de instrumentação básico, como termopares, para uma nova aplicação, através do uso das propriedades físicas da junção de materiais dissimilares, e composta de duas partes, sendo uma das partes um par sensor, soldado na superfície metálica em contato com o meio gerador de hidrogênio que se deseja medir de tal um modo formar uma continuidade metalúrgica com aquela superfície, ou unida àquela superfície de qualquer outro modo que garanta a difusão de hidrogênio por este par, sendo, desta forma sujeito à permeação por hidrogênio, e a outra parte, o par de referência, apenas fixo à superfície metálica em contato com o meio gerador de hidrogênio, de tal um modo que não forme nenhuma continuidade metalúrgica com aquela superfície, não havendo desta forma nenhuma permeação de hidrogênio pela superfície. O par sensor e o par de referência são ambos conectados a medidores de propriedades elétricas, como por exemplo potencial elétrico, sendo a diferença daquelas propriedades elétricas entre os pares uma função do fluxo de massa de hidrogênio que atravessa a superfície.
Para garantir a existência deste fluxo, o par sensor precisa formar uma rede cristalina com continuidade metalúrgica com a superfície a ser medida. A temperatura também possui influência sobre estas propriedades sendo necessário um par de referência, construído com os mesmos materiais dissimilares do par sensor, e em contato com a mesma superfície de tal um modo a permanecer à mesma temperatura que o par sensor e eliminar a influência da temperatura sobre o potencial medido. Como o potencial medido no par de referência deve apenas ser gerado pela temperatura, é necessário que este não seja permeado pelo hidrogênio. Assim, o par de referência é fixo à superfície a ser medida de modo a não formar nenhuma continuidade metalúrgica com aquela superfície, não sendo permeado pelo hidrogênio.
A vantagens deste sensor são que podemos obter um processo para medir o fluxo mássico de hidrogênio com um sensor de construção fácil, barato (fabricação) e de instalação simples, que pode ser montado externamente (para o caso da superfície metálica sob permeação por hidrogênio ser a própria superfície monitorada) como também por inserção (para o caso da superfície metálica sob permeação por hidrogênio ser uma parede fina de um tubo reacional inserido no fluido de processo, esta configuração possui a vantagem de um tempo de resposta mais curto que o conjunto montado externamente), com um baixo custo de manutenção, com uma vida útil ilimitada, com altas velocidade de resposta, com um pequeno número de equipamentos periféricos, e com precisão e exatidão equivalentes ou melhores que as obtidas pelos métodos utilizados atualmente.