Análise do Incêndio do Produto
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Dr. KASKANTZIS, G. N. MAUI/DEQ/UFPR/UNI STUTTGART/SENAI-PR
ANLISE DO INCNDIO DO PRODUTO
Srie Laudos de Percia Judicial Ambiental. 06/06, 2015
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I. ANLISE DO INCNDIO DO PRODUTO
Os incndios podem envolver slidos, lquidos, gases e vapores. Em
geral a volatilidade do combustvel o parmetro que determina a
severidade e a velocidade com que o fogo se desenvolve. A
liberao acidental ou proposital de compostos volteis a partir de
tanque de armazenamento e equipamentos industriais podem
originar diferentes tipos de incndio, tais como:
Incndio em poa;
Incndio em jato;
Incndio em flash e;
Incndio do tipo bola de fogo.
O incndio em jato ocorre quando um gs ou lquido inflamvel
liberada na atmosfera a partir de um tanque ou tubulao que se
encontram pressurizados, originado uma chama longa e estvel. O
incndio do tipo flash originado pela mistura e ignio
praticamente imediata da nuvem inflamvel com oxignio
atmosfrico, apresentando curto tempo de durao, vez que, a
chama no se programa alm do que determina a concentrao
do combustvel.
O incndio tipo bola de fogo ocorre quando uma certa quantidade
de lquido ou de gs inflamvel subitamente liberada e ignitada.
Nesse caso, o combustvel queima na forma de esfera cujo tamanho
uma funo do tempo de durao do incndio.
A combusto dentro dos recipientes pouco frequente, mas, o
rompimento destes pelo aumento da presso interna devido a
combusto dos vapores e gases representa um risco significativo.
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AS CONSEQUNCIAS DOS INCNDIOS
O calor produzido por um incndio dissipado nos materiais e no
ambiente por trs mecanismos: da conduo, da conveco e da
radiao. A temperatura dos gases da combusto, em geral, varia
entre 800 e 1200 C. Os principais efeitos da radiao sobre o
homem encontram-se apresentados na TABELA 20.
TABELA 20. VULNERABILIDADE DO HOMEM A RADIAO TRMICA.
Dose exposio V = I (kW/m2) x t (s) Efeitos de curto prazo (1 60 s)
85 110 Limite da dor
95 130 Limite da dor intolervel
200 300 Aparecimento de bolhas na derme
200 700 Queimadura de 1 grau
700 1200 Queimadura de 2 grau superficial
1000 1100 Probabilidade de morte de 1%
1200 2600 Queimadura severa de 2 grau
2200 2400 Probabilidade de morte de 50%
Acima de 2600 Queimadura de 3 grau
6000 - 7000 Probabilidade de morte de 100%
Um incndio pode ser produzido a partir dos seguintes eventos:
Ignio imediata de um vazamento de lquido inflamvel;
Ignio imediata de uma fonte contnua de lquido ou gs inflamvel, produzindo fogo do tipo tocha ou maarico;
Ignio imediata de uma emisso instantnea pulsada de lquido ou gs inflamvel;
Ignio atrasada ou posterior de um vazamento de gases ou vapores inflamveis, podendo original um fogo do tipo flash de nuvem confinada ou no confinada de inflamveis.
No intervalo de Inflamabilidade a chama propaga-se na
temperatura maior do que 1000 C. O volume os gases expandidos
depois da combusto pode atingir de 5 a 8 vezes o volume inicial
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da nuvem. Gases inflamveis tambm podem se propagar entre
salas e recintos fechados, provocando exploses confinadas de
grande poder de destruio.
Antes da apresentao dos resultados da modelagem e simulao
dos cenrios de incndio que, supostamente aconteceram ou
poderiam ter acontecido no cenrio acidental necessrio
esclarecer a linha de raciocnio adotada pelo Perito do Juzo
visando a facilitao da interpretao e do entendimento dos
resultados a serem descritos.
O primeiro ponto relevante a ser entendido pelas partes da lide a
respeito da sequncia da ocorrncia dos fenmenos que
determinam o evento que se desenvolveu ou poderia se
desenvolver no dia dos fatos. Observa-se que a escala do tempo de
ocorrncia dos eventos investigados da ordem de grandeza do
milsimo do segundo, podendo se desenvolver ao mesmo tempo ou
separadamente, mas, seguindo sempre uma sequncia lgica.
Na atualidade, apesar de todo o conhecimento desenvolvido pelo
homem ainda no possvel afirmar, com plena certeza, se o
evento esperado ir ou no se concretizar. Em geral, emprega-se a
tcnica denominada rvore de eventos visando justamente a
estimativa das chances que existiam ou que existem de um
determinado evento acidental se concretizar.
A sequncia lgica do encadeamento dos eventos que acontecem
nos acidentes semelhantes ao presente caso podem contemplar a
ocorrncia distinta ou simultnea, de um ou mais de dois, dos
fenmenos, a saber:
Incio da reao dos reagentes explosivos confinados no
recipiente, acompanhada do aumento da temperatura
interna do recipiente;
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Disparo da velocidade da reao, acompanhado do
aumento exponencial da temperatura do sistema reativo;
Volatilizao instantnea dos compostos presentes no interior
do recipiente, acompanhada do aumento da presso interna
do sistema;
Formao da nuvem inflamvel dentro do recipiente
acompanhada ou no acompanhada do incndio desta no
interior do sistema;
Rompimento da parede do recipiente acompanhado da
emisso dos produtos incendiados ou no, para fora do
sistema colapsado;
Destruio catastrfica por exploso interna do recipiente,
acompanhada da emisso de gases quentes da combusto,
ou dos produtos vaporizados ou, da mistura destes com gotas
lquidas condensadas;
Disperso dos gases oriundos do colapso do sistema,
acompanhada ou no da formao de uma poa superficial,
ou de incndio ou ainda da exploso, imediata ou retardada
de produtos provenientes do recipiente destrudo pela
exploso;
Emisso de radiao trmica proveniente da nuvem de
vapor incendiada no interior ou no ambiente exterior do
recipiente;
Emisso de radiao trmica do incndio da poa de lquido
condensado a partir da nuvem de vapor formada no instante
do colapso do recipiente ou aquela formada a partir da
nuvem de vapor dispersada na atmosfera depois da
destruio catastrfica do recipiente;
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Emisso de radiao do jato de fogo pressurizado a partir de
fenda ou do orifcio do recipiente parcialmente destrudo pela
exploso;
Emisso da radiao de lngua de fogo no pressurizada,
proveniente do interior do recipiente, sustentada pela
combusto de lquido-vapor no interior do recipiente
parcialmente afetado ou inteiro.
Posto acima, verifica-se que o nmero de eventos individuais que
poderiam acontecer no acidente igual a 11 (onze), quando se
considera factvel a combinao dos onze eventos, tomados, trs a
trs, o nmero dos cenrios possveis aumenta para 165 (cento e
sessenta e cinco). Supondo factvel a investigao de todas as onze
combinaes possveis dos potenciais eventos que se
desenvolveram ou que poderiam se desenvolver no acidente da
lide, ter-se-ia o total de 39.916.800 cenrios a serem analisados.
Em verdade, o mago do problema no nmero de casos a serem
analisados, a dificuldade maior reside na escolha dos casos a serem
investigados. Naturalmente, que as informaes e peculiaridades
apresentadas nos laudos periciais e nos resultados analticos inclusos
nos autos, quando bem executados favorecem o trabalho do perito
auxiliando-o na escolha dos casos a serem estudados.
Nesta percia, analisou-se apenas o incndio do tipo flash A
modelagem e a simulao do cenrio de incndio flash foram
realizadas com o programa de computador chamada PHAST.
MODELO DE INCNDIO FLASH
O tratamento dos incndios do tipo flash ainda no est
integralmente desenvolvido, mas, o modelo usual que empregado
nos estudos de anlises de risco aquele desenvolvido por EISENBER
(1975).
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Neste modelo adota-se como hiptese de que a nuvem de vapor
apresenta uma geometria de um elipsoide de volume (Vr) e rea
(Ar) definidos como:
Vr =23 xyz rl3 ru3 (38)
Ar =23 (x2 + y2 + z2) rl3 ru3 (39)
Sendo:
rl = 2 ln2m
(2)3/2xyzkl
1/2
(40)
r2 = 2 ln2m
(2)3/2xyzku
1/2
(41)
Sendo: Ar a rea de radiao dos gases quentes (m2); kl- a concentrao do limite inferior de explosividade (kg m-3); ku a concentrao do limite superior de explosividade (kg m-3); rl o parmetro da nuvem no limite inferior de explosividade; ru o parmetro da nuvem no limite superior de explosividade; Vr o volume da camada de gs quente (m3); - os coeficientes de disperso nas trs direes do espao cartesiano (m).
O fluxo de calor perdido da nuvem de gs predominante pelo
mecanismo da transferncia de calor por radiao, sendo
representado por:
q ArgTg4 aTa4 (42)
Sendo: q o fluxo de calor perdido por radiao (W); Ta a temperatura absoluta do ambiente (K); Tg a temperatura absoluta do gs quente (K); a a emissividade do ambiente; g a emissividade do gs quente; e - a constante da lei de Stefan-Boltzmann (= 5,67 x 10-8) (W m-2 K-4).
A espessura da camada de gs radiante da ordem de um dcimo
do centsimo do metro e nesta condio a sua emissividade
praticamente constante, apresentando o valor de 0,5. Adotando a
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emissividade do gs igual a unidade, a equao do fluxo de calor
perdido da nuvem fica
q ArTg4 Ta4 (43)
O fluxo do calor perdido pode tambm ser escrito como:
q = cpVrdTgdt
(44)
Onde: cp a capacidade calorfica da camada de gs quente (J kg-1K-1); t o tempo (s); - a densidade da camada de gs quente (kg m-3).
A camada de gs basicamente constituda pelo ar da atmosfera
e neste caso as equaes (43) e (44) podem ser igualadas:
dTgdt
= Tg4 Ta4 (45)
Sendo:
k =Ar
cpVr (46)
A soluo da equao (45) tem a forma:
t =1
2kTa3 tan1
TgTa
12
lnTg TaTg + Ta
tan1 TgiTa
12
lnTgi TaTgi + Ta
(47)
Onde i representa a condio inicial da temperatura (K).
A equao (47) pode ser expressa em termos do tempo de meia-
vida do incndio, ou o tempo no qual
Tg =Tgi + Ta
2 (48)
Assim,
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t1/2 =1
2kTa3 tan1
+ 12
tan1 12
ln + 1 + 3
(49)
=TgiTa
(50)
Onde: t1/2 o tempo de meia-vida do incndio flash (s)
A intensidade da radiao trmica efetiva definida como:
Ir = Tg4 Ta4 (51)
Sendo: Ir a intensidade da radiao trmica efetiva do incndio flash (W
m-2).
Finalmente, o tempo de durao efetivo, teff igual a
teff = 3 t1/2 (52)
Onde: teff o tempo efetivo de durao do incndio flash.
Observa-se que o valor inicial da temperatura absoluta do gs quente, Tgi
que, em geral, adotada a temperatura adiabtica da chama. Os
dados de entrada do modelo de incndio do tipo flash adotados na
percia foram:
Frao molar do etanol: 0,074;
Massa molecular mdia: 29,64;
Energia disponvel para a exploso: 23,33 kcal mol-1;
Temperatura inicial do sistema: 298K;
Presso inicial do sistema: 1 atm.
RESULTADOS DO MODELO DE INCNDIO FLASH
Observando a FIGURA 19 se pode verificar que o tamanho inicial da nuvem
de vapor formada no acidente era da ordem de 2,0 metros de dimetro.
Abrangendo duas zonas principais. A primeira zona delimitada pela fronteira
da linha preta tinha, aproximadamente 0,87 m2. No interior dessa regio, o
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valor da concentrao de etanol era da ordem de 43000 ppm, isto , 21,50
vezes maior do que o valor da concentrao letal do lcool etlico.
Figura 18. Mosaico de grficos dos resultados do modelo de exploso por embalado de reao, os quais indicam o instante do tempo de simulao quando a concentrao de etanol na nuvem de vapor era da ordem de 15200 ppm, cerca de, sete vezes o valor da concentrao letal deste (dl50 = 2000 ppm). O perfil da composio molar da fase lquida que no volatilizou com a exploso do recipiente pode ser avaliado na figura destacada com a cor vermelha. Neste grfico se pode notar que a fase lquida se estendeu ou at o mximo de 2,55 m, a partir do centro da exploso.
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Figura 19. Instante do tempo de simulao do cenrio de 0,31s, depois da exploso, quando finalizou a formao de nuvem de vapor, do lado de fora do recipiente, que a continha no seu interior.
Observando a FIGURA 19 se pode verificar que o tamanho inicial da nuvem
de vapor formada no acidente era da ordem de 2,0 metros de dimetro.
Abrangendo duas zonas principais. A primeira zona delimitada pela fronteira
da linha preta tinha, aproximadamente 0,87 m2. No interior dessa regio, o
valor da concentrao de etanol era da ordem de 43000 ppm, isto , 21,50
vezes maior do que o valor da concentrao letal do lcool etlico.
Na segunda regio que se encontra limitada pela linha da cor verde, cuja
rea ocupada era, cerca de, 6,86 m2, no instante do tempo de simulao
igual a 0,31 segundo, o valor da concentrao do vapor de etanol era
aproximadamente da ordem de 10,75 vezes maior do que a concentrao
letal do lcool etlico.
Nas FIGURAS 20 21, apresentam-se no primeiro grfico o mximo da
elevao da nuvem de vapor de metanol formada na exploso e no
segundo grfico, o perfil da concentrao de etanol em funo da
distncia que separava a fonte da exploso que provocou a morte da
vtima fatal do acidente.
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FIGURA 20. CURVAS DEE ISOCONCETRAO DE LCOOL ETLICO VAPOR
FIGURA 21. VARIAO DO PERFIL DE CONCENTRAO DO ETANOL PRESENTE NA NUVEM DE VAPOR EM CONJUNTOS COM OS DEMAIS COMPOSTOS QUE CONSTITUIAM DO PRODUTO COMERCIAL LCOOL GEL.
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FIGURA 22. MOSAICO DE FIGURAS INDICANDO AS REAS ATINGIDAS PELOS NIVEIS DE SOBREPRESSO DE 0,26 BAR (LINHA VERMELHA), 0,13 BAR, (LINHA VERDE) E 0.021 BAR, QUE SE ENCONTRAM LIMITADAS PELA DISTNCIA MXIMA DE 80 METROS DO DIMETRO MAIOR DA ELIPSE DE COR AZUL, IMAGINRIA.
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CONSIDERAES FINAIS
REFERENCIAS
I. ANLISE DO INCNDIO DO PRODUTOAS CONSEQUNCIAS DOS INCNDIOSMODELO DE INCNDIO FLASHRESULTADOS DO MODELO DE INCNDIO FLASH