ENGENHARIA DE SEGURANÇA DO TRABALHOProteção contra Incêndios e Explosões – Parte IIProf. Luís Cláudio Oliveira LopesSala: 1Z04, E-mail: LCOL@ufu.br, 3239-4292 - Ramal: 230

1. Introdução - Explosões

O conceito de explosão não é de todo não ambíguo. Várias enciclopédias fornecem várias definições que caem em duas categorias principais. A primeira focaliza no ruído devido à onda de pressão que ocorre nesses processos. Nesse caso, a origem dessa onda de pressão, se resultante do desprendimento de energia resultante de um fenômeno químico ou mecânico é de importância secundária. Essa definição está de acordo com o significado da palavra (‘deflagração acompanhada de grande ruído’). A segunda classificação para o termos explosão refere-se ao desprendimento de energia química. Isso inclui a explosão de gases, pós e sólidos explosivos. A ênfase nessa definição é em geral colocada na liberação da própria energia química. Uma possível definição poderia ser: “Uma explosão é um processo químico exotérmico que, quando ocorrendo a volume constante, resulta numa elevação rápida e significante da pressão”. Nesse curso, as definições de explosão abordarão as duas alternativas, focalizando algumas vezes na causa, outras no efeito, a depender do contexto.

As explosões podem ser classificadas como detonações, se a velocidade da fronteira da chama ( flame front)1 é maior do que a velocidade do som no meio da explosão, ou, quando aa velocidade da fronteira da chama é menor que a velocidade do som, deflagração. As detonações são muito mais destrutivas que as deflagrações.

O comportamento de explosões depende de uma grande variedade de parâmetros e é difícil de caracterizar. Os parametros qe afetam significativamente as explosões são:

Temperatura ambiente Pressão ambiente Composição do material explosivo Propriedades físicas do material explosivo Natureza da fointe de ignição: tipo, energia e duração Geometria das vizinhanças: confinamento ou não Quantidade de material combustível Turbulência de material combustível Tempo antes da ignição Taxa no qual o material combustível é liberado

A explosão resulta de uma rápida liberação de energia. A energia liberada deve ser rápida o suficiente para que se tenha um acúmulo de energia no local da explosão. Essa energia é então dissipada por uma variedade de mecanismos, incluindo a formação de ondas de pressão, projétis, radiação térmica e nergia acústica. Os danos da explosão se relacionam pela dissipação de energia. Se uma explosão ocorre num gás, a energia causa a rápida expansão de mesmo, foçcando as visinhanças e iniciando uma onda de pressão que move rapidamente para fora da centro de explosão. A onda de pressão contém energia que resulta em danificar as vizinhanças. Para se entender o ijmpacto de uam explosão precisa-se entender a dinâmica de uma onda de pressão.

2. Explosões Confinadas

As explosões confinadas ocorrem em espaços confinados, tais como vasos ou edificações. As duas formas mais comuns de explosões confinadas envolvem a explosão de vapores e de pós (dust explosions). Como visto anteriormente, a principal diferença entre o fogo e a explosão é taxa de liberação de energia do evento Nesse capítulo estamos interessados na explsão de pós. 2.1 O pó nas atividades industriais

Materiais pulverulentos (reduzidos a pó) que se apresentam nas mais diversas atividades industriais, em função de suas características físico químicas podem apresentar alguns problemas de ordem legal e

1 A interface na qual a combustão ocorre.

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ocupacional Sob o ponto de vista da Saúde Ocupacional o pó em suspensão, interagindo com os operários envolvidos, pode afetá-los das seguintes formas:. Absorção - o poluente ocupacional, ao entrar em contato com a pele, órgão de maior superfície do corpo humano, pode ser absorvido causando diversas formas de alergias, ulcerações, dermatoses e outras doenças ocupacionais que atingem este tecido.. Inalação - ao penetrar no organismo pelos pulmões, o material se deposita neles, podendo ser ou não metabolizado, e dependendo de suas características, constituição e procedência podem levar a doenças profissionais como: siliciose, asbestose, infecções por agentes biológicos etc.. Ingestão - após a jornada de trabalho, durante as refeições, se a higiene não foi bem feita, traços do produto poderão ser ingeridos e, dependendo de suas características de origem, poderá haver comprometimentos diversos, de complicações digestivas a outras doenças de caráter irreversível.Além dos aspectos relacionados acima, as indústrias que processam produtos que em alguma de suas fases se apresentem na forma de pó, são indústrias de alto potencial de risco quanto a incêndios e explosões, e devem, antes de sua implantação, efetuar uma análise detalhada dos mesmos e tomar as precauções cabíveis, pois na fase de projeto as soluções são mais simples e econômicas, porém as indústrias já implantadas, com o auxílio de um profissional competente, poderão equacionar razoavelmente bem os problemas, diminuindo os riscos inerentes. Abaixo, citamos algumas atividades industriais reconhecidamente perigosas quanto aos riscos de incêndios e explosões.-    Indústrias de beneficiamento de produtos agrícolas;-    Indústrias fabricantes de rações animais;-    Indústrias alimentícias;-    Indústrias metalúrgicas;-    Indústrias farmacêuticas;-    Indústrias plásticas;-    Indústrias de beneficiamento de madeira;-    Indústrias do carvão;

. Incêndios - Os incêndios ocorrem com todas as poeiras combustíveis, porém, para que tal aconteça é necessário que a quantidade de material combustível seja muito grande, e as partículas tenham pouco espaço entre si, impedindo um contato direto e abundante com o oxigênio do ar. As partículas devem, porém, estar afastadas entre si, de maneira que, apesar da existência da fonte de ignição e da conseqüente combustão local, não seja permitida a propagação instantânea do calor de combustão às partículas localizadas nas camadas mais internas, devido à insuficiência de ar.Desta forma, a queima se dá por camadas, em locais onde poeiras estejam depositadas ao longo das jornadas de trabalho, ou numa das seguintes formas: empilhados, em camadas, armazenados em tulhas, depósitos, outros. A ignição que ocorre em camadas deve ser controlada com cuidado para evitar que o material depositado em estruturas, tubulações e locais de difícil visualização e limpeza, sejam colocados em suspensão, formando uma nuvem de poeira, que evoluirá para explosão, pois há no ambiente os fatores de deflagração da mesma, isto é, fogo e energia. O incêndio por camadas, outrossim, é de difícil extinção, podendo prolongar-se por várias horas após seu controle.

. Explosão - O fenômeno conhecido como explosão de pós (“dust explosion”) é de fato muito simples e fácil de imaginar com base nas experiências diárias de vida. Qualquer material sólido que pode queimar no ar o fará com a violência e velocidade que aumento com o aumento do grau de subdivisão do material. A figura (1a) ilustra como um pedaço de madeira, uma vez colocado em ignição, queima lentamente, liberando seu calor num longo período de tempo. Quando se corta o material em pedaços, como ilustrado na Figura (1b), a velocidade de combustão aumenta devido ao fato de que a superfície de contato total entre a madeira e o ar aumenta. Assim, a queima da madeira torna-ser mais fácil. Se a subdivisão é feita até o nível de partículas de tamanho da ordem de 0,1 mm ou menores e as partículas são suspensas em um volume de ar para dar a cada partícula um espaço suficiente para sua queima sem restrição, a combustão será muito mais rápida e a energia requerida para a ignição muito menor. Essa nuvem de pós queimando é conhecida como explosão de pós (Figura 1c). Em geral as nuvens de pós sofrem ignição mais facilmente e queimam mais violentamente quanto menores forem as partículas de pó, até um tamanho limite de partícula que depende do tipo de material.

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Figura 1: (a) combustão a baixa taxa, fogo lento. (b) combustão mais rápida. (c) explosão.

A mudança de incêndio para explosão, pode ocorrer facilmente, desde que poeiras depositadas nas cercanias do fogo sejam agitadas, entrem em suspensão, ganhem concentração mínima, e como o local já está com os ingredientes necessários, o próximo passo é o desencadeamento das subseqüentes explosões. Ao contrário, se as poeiras em suspensão causarem uma explosão, as partículas de poeira que estão queimando saem da suspensão e espalham o fogo. Nestes termos, os danos podem ser consideravelmente maiores.

A tabela 1 apresenta uma classificação de explosões relativas aos índices: Si - sensibilidade de ignição, Ge - Gravidade de explosão e Ie - Índice de explosividade.

Tabela 1: Classificação dos Tipos de Explosão2

Tipo de explosão Si Ge Ie

Fraca <0,2 <0,5 <0,1

Moderada 0,2 - 1,0 0,5 - 1,0 0,1 - 1,0

Forte 1,0 - 5,0 1,0 - 2,0 1,0 - 10

Muito forte >5,0 >2,0 >10 Fonte: Fire Protection Handbook

3. Explosão de nuvens de pó

As explosões de pós na indústria são responsáveis, nos últimos 20 anos, por centenas de mortes e por milhões de dólares de prejuízo. No entanto, elas são consideradas como as menos reconhecidas fontes de perigos de fogo na indústria. As explosões de pós podem ocorrer dentro de todo o processo onde um pó 3

combustível é produzido, e podem ser provocadas por qualquer fonte de energia, incluindo faíscas, fricção e materiais incandescentes. É pouco provável que as explosões de pós causem detonações devido ao processo de combustão de partículas sólidas ser relativamente lento4.Para que ocorra uma explosão com pó é necessário que estejam presentes alguns fatores, tais como:. Mistura de Pó e Ar sob forma de nuvem - caracterizado por quantidade de material em suspensão dentro da faixa de explosividade, suas características e condições ambientais.

2 Veja no Anexo uma tabela com índices para diversos materiais.3 O termo poeira ou pó, refere-se a partículas de material combustível capazes de serem transportadas por via aérea (suspensão) com um tamanho de partícula inferior a 500µm. O sistema de teste britânico padrão define como pó a qualquer partícula de matéria que pode passar através de um teste de peneira de 75µm, contudo tem-se observado que pós (qualquer partícula com diâmetro médio inferior a 1000µm) e grãos (partícula duras como diâmetro médio superior a 75µm) de tamanhos maiores (até 500µm) podem estar envolvidas em explosões de pós. Poeiras são fisicamente o mesmo que pó, mas em geral refere-se a pó aquelas que possuem valor econômico.4 A interface de combustão move através da nuvem de partículas fazendo com que as partículas sofram combustão.

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. Fonte de Energia de Ativação - qualquer elemento do sistema que possa causar uma centelha que se situe dentro dos padrões de inflamabilidade e energia de ativação, ou ainda de cargas eletrostáticas inerentes do processo de produção ou de elementos do transporte pneumáticos, como motores e faiscamentos por atrito entre partes metálicas, rotor e carcaça de ventilador.. Presença de Oxigênio - em concentração mínima para a combustão total da massa de pó.. Grau de Concentração - é a quantidade de material em suspensão em gr/m3, dentro de uma faixa passível de explodir. Definida como Limites de Explosividade superior e inferior abaixo ou acima do qual não ocorre explosão.. Umidade - quanto maior a umidade do material bem como a do ar mais difícil se torna a deflagração do mesmo, pois a água residual ao evaporar, empobrece o ambiente, deslocando o oxigênio existente. Quanto mais seco, porém, mais suscetível fica.. Granulometria - quanto mais fina, maior o poder de deflagração do pó e maior a velocidade da mesma. Materiais compactos, de grande massa e de pouca superfície específica não são passíveis de explosão, mas sim de incêndio, podendo queimar por diversas horas, e de difícil extinção.

Assim, há algumas regras básicas a se observar para a verificação da possibilidade de um pó causar uma explosão: O pó deve ser combustível. O pó deve ser capaz de tornar-se transportado por via aérea. O pó deve ter uma distribuição de tamanhos capaz da propagação da chama. A concentração do pó deve estar dentro da faixa de explosividade. Uma fonte de ignição deve estar presente. A atmosfera deve conter oxigênio suficiente para suportar e sustentar a combustão.

Se todos estes critérios forem atendidos então uma explosão de pó pode ocorrer. A melhor maneira de se evitar as explosões de pó consiste na invalidação das circunstâncias que geram essas condições. Embora não deva ter sido o primeiro a ocorrer, historicamente, o primeiro incidente registrado de uma explosão de pó ocorreu em Turin na Itália, em um moinho de farinha, em 14/12/1785. As explosões de pós são um risco na indústria de grãos desde que o homem começou a fazer pão e continuará a ser enquanto as pessoas comerem sanduíches. Cerca de 50 explosões são registradas por ano, desde pequenas deflagrações a detonações destruidoras, com grande número de fatalidades. Essas explosões são em geral associadas com as indústrias de grãos e mineração, contudo elas podem ocorrer em situações que um processo possui material particulado, seja como alimentação, intermediários ou produtos.

Uma explosão de pó é muito similar a uma explosão de uma nuvem de vapor ou gás, ou seja, quando um volume de uma mistura inflamável sofre ignição, resulta numa rápida elevação da pressão e fogo movendo-se através da nuvem. Uma explosão de pó ocorre quando um material combustível encontra-se disperso no ar formando uma nuvem inflamável e uma chama se propaga através dela. Isso naturalmente depende da disponibilidade de oxigênio para o fogo, e a concentração do combustível, se qualquer um deles encontrar-se em valores muito elevados ou muito baixos, então a explosão não acontecerá. Como apresentado anteriormente, qualquer material que pode queimar no ar, queimará com uma taxa que aumentará com o aumento da área superficial. Se a área disponível para combustão é alta o bastante, então a chama propagar-se-á através da mistura combustível a altas velocidades. Se a quantidade de calor desprendido é suficiente para causar combustão posterior, então a reação continuará. Se o calor desprendido produz mais combustão do que o que ele consumiu, então ele fará com o que o fogo não apenas continue, mas que ele cresça muito rapidamente. Se esse fenômeno é suficientemente rápido, o fogo se tornará uma explosão. A pressão máxima numa explosão de pós é aproximadamente de 5-12bar(g). As explosões podem ser divididas em três etapas: devolatização (onde voláteis são evaporados das partículas, ou partículas são vaporizadas), mistura da fase gás e combustão da fase gasosa.

As explosões de pó ocorrem freqüentemente em pontos das instalações onde haja moagem, descarga, movimentação, transporte etc., desde que sem controle de exaustão e desde que, obviamente, existam os fatores desencadeantes. Além disso, ocorrem freqüentemente em instalações onde são processadas: farinhas de trigo, milho, soja, cereais, etc; particulados: açúcar, arroz, chá, cacau, couro, carvão, madeira, enxofre, magnésio, eletrometal (ligas). A poeira depositada ao longo do tempo nos mais diversos locais da planta industrial, quando agitada ou colocada em suspensão e na presença de uma fonte de ignição com energia suficiente para a primeira deflagração, poderá explodir, causando vibrações subsequentes pela onda de choque. Isto fará com que mais pó depositado entre em suspensão e mais explosões aconteçam, cada qual mais devastadora que a anterior, causando prejuízos irreversíveis ao patrimônio, paradas no processo produtivo e o pior, vidas são ceifadas ou ficam alijadas de sua capacidade laborativa com as conseqüências por todos conhecidas (incapacidades totais e permanentes).No caso da explosão em cadeia a deflagração inicial numa explosão em pó evolui para detonação nas fases posteriores. A velocidade da chama não é constante e depende de fatores como: composição química do pó

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e do oxidante, calor de combustão, umidade e granulometria. Além disso, a velocidade dependerá da turbulência do gás na qual a poeira está dispersa, porque o aumento da turbulência conduz ao aumento da velocidade da chama. Um outro aspecto importante a ser considerado é a temperatura. A temperatura mínima de ignição é a temperatura mínima em que pode ocorrer a combustão da poeira, que não poderá ser alcançada em situações normais. É um limitador para as temperaturas do processo. A segunda utilidade é o comparativo entre as diversas poeiras, uma temperatura de 250º C é segura como limite comum a todos materiais em forma de pó. Quando ocorre uma explosão em uma indústria, os fatores desencadeantes são: calor, luz, gases, pressão máxima de explosão e velocidade máxima de aumento da pressão, e estes valores podem atingir cifras de grande valor para os quais os efeitos são devastadores. Se isto ocorrer em um ambiente confinado, estas pressões, buscando equilíbrio natural, provocam o aparecimento de forças descomunais nos obstáculos que existem para serem vencidos até chegar ao ambiente externo. Prédios inteiros poderão ser destruídos em poucos segundos. Quando estruturas são projetadas para compensar em parte esses esforços, os telhados são destruídos, pois são pontos principais das fugas de pressão, bem como outros obstáculos quando no caminho do sinistro.

3.1 A área superficial específica de partículas

O grau de subdivisão de um sólido pode ser expresso em termos de um tamanho característico da partícula, ou através da área superficial total por unidade de volume ou unidade de massa de um sólido. A última característica é chamada de área superficial específica do sólido subdividido.

A figura abaixo ilustra a relação entre o tamanho de uma partícula e a área superficial específica. Após subdivisão do cubo original apresentado na Figura (2a) em oito cubos de dimensão linear dada pela metade daquela do cubo original, Figura (2b), a área superficial total aumentou por um fator de dois, o que indica que a área superficial específica é simplesmente proporcional ao recíproco da dimensão linear do cubo. Assim, o cubo da Figura (2a) possui a metade da área superficial daquele da Figura (2b) , que por sua vez possui a metade da área superficial do cubo mostrado na Figura (2c).

Figura 2: Ilustração do aumento da área superficial de um sólido com o aumento da subdivisão.

A relação entre as áreas da Figura 2 pode ser confirmada simplesmente expressando a área superficial S como a razão entre a área superficial e o volume de um simples cubo de comprimento da face igual a x. Assim:

Isso é também verdade para partículas esféricas, onde x é o diâmetro:

Para uma partícula na forma de floco, onde a espessura x é muito menor que o diâmetro característico do floco,

Se a partícula são fibras de comprimento muito maior que o diâmetro x, então:

Se uma partícula esférica de diâmetro, por exemplo, 5m, é comprimida e deformada plasticamente para um floco de espessura de por exemplo 0,2m (com diâmetro de aproximadamente 20m). Então da observação das equações e :

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Ou seja, a área superficial aumenta de um fator de 8,335

Pode-se ver então, que o grau de subdivisão de um sólido dita a probabilidade de uma explosão e que uma maneira usual dessa medida é através da área superficial específica, que permite ver exatamente quanta área superficial existe por unidade de massa. Portanto, tem-se uma maneira conveniente de se estimar rapidamente a área superficial específica com base no diâmetro e características básicas da partícula. Essencialmente, quanto maior a área superficial específica maior perigo se tem de um pó estar envolvido numa explosão, embora partículas muito pequenas podem se aglomerar e assim reduzindo a possibilidade de explosão do pó.

3.2 Fatores que afetam a sensibilidade da ignição e a violência da explosão

Embora a razão (tamanho da partícula)/ (área superficial específica) seja o principal fator na estimativa de possibilidade de uma explosão de pós, existem outros fatores que influenciarão esse processo: Composição química do pó (e seu conteúdo de umidade) Composição química, pressão e temperatura do gás Forma da partícula e distribuição de tamanhos Grau de dispersão da nuvem de pó Distribuição de concentração na nuvem de pó Turbulência na nuvem de pó Quantidade de turbulência causada pela explosão em partes não queimadas da nuvem Distorção da fronteira da chama por outros mecanismos além da turbulência Transferência radiativa de calor da chama (dependente da temperatura de chama que por sua vez depende de aspectos químicos da partícula)

3.3 Materiais que podem causar explosões de pós

Em geral as explosões de pós surgem de uma simples química de combustão:Combustível + Oxigênio Óxidos + Calor

Algumas vezes pós de materiais metálicos podem também reagir exotermicamente com N2 ou CO2, mas isso ocorre em casos muitos especiais. Isto significa que somente materiais que não são óxidos estáveis podem ocasionar explosão de pós. Portanto os materiais abaixo não são capazes de gerar explosão de pós: Silicatos Sulfatos Nitratos Carbonatos Fosfatos Assim, não existem riscos de explosões em indústrias como: produtoras de cimento, escavação de pedra calcárea etc.Materiais que podem causar explosões de pós: Materiais orgânicos naturais (grãos, linho, açúcar, etc) Materiais orgânicos sintéticos (plásticos, pigmentos orgânicos, pesticidas, etc) Carvão e turfa Metais (alumínio, zinco, ferro, etc) A severidade das explosões resultantes está relacionada ao calor liberado na combustão desses materiais. A melhor forma de se olhar isso é através da observação a quantidade de calor liberado por mol de oxigênio.

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Tabela 2 – Calor de combustão de várias substâncias por mol de O2 consumido.Substância Produto da Oxidação KJ/mole O2

Ca CaO 1270

Mg MgO 1240

Al Al2O3 1100

Si SiO2 830

Cr Cr2O3 750

Zn ZnO 700

Fe Fe2O3 530

Cu CuO 300

Sucrose CO2 e H2O 470

Amido CO2 e H2O 470

Polietileno CO2 e H2O 390

Carbono CO2 400

Carvão CO2 e H2O 400

Enxofre SO2 300

Quanto maior o calor de combustão, mais provável que ele seja capaz de sustentar uma explosão de pós. Pode-se observar da tabela acima que os metais são os pós mais perigosos de um ponto de vista puramente energético.

Para gases ideais pode-se relacionar o calor liberado com o aumento de pressão usando a equação:

Onde P é a pressão do gás, T é a temperatura, n é o número de moles presentes, R é a constante universal dos gases (8,3145 Joules/ (mole K) nas CNTP6) e V é o volume do gás. A volume constante a pressão é proporcional a n e T. Então, encontrando-se a elevação da temperatura resultante da combustão do pó pode-se estimar a elevação de pressão devido a explosão (supondo volume constante).Mudanças na temperatura afetam significativamente a elevação da pressão, uma vez que o número de moles presentes depende da reação química. Por exemplo, se pó metálico sofre combustão, todo o oxigênio será convertido a óxido reduzindo n pois nenhum gás é produzido para substituir o oxigênio. Contudo, na combustão com um pó orgânico (composto por carbono e hidrogênio) o aumento do volume será grande. Para toda molécula de oxigênio consumida, duas moléculas de água (como gás/vapor) serão formadas ou uma molécula de dióxido de carbono será formada. O raciocínio apresentado neste parágrafo supõe combustão completa de todo o oxigênio (não há formação de monóxido de carbono). Assim, um dos fatores mais importantes para se decidir se o material pode causar uma explosão de pó é o calor de combustão.

3.4 Concentração Explosível

A explosão de nuvens de pós pode ocorrer somente se a concentração de pós encontra-se dentro de certos limites. Isso é análogo ao conceito de limites de flamabilidade superior e inferior de misturas de gases (ou vapores) e ar. Em geral, a menor concentração de pó que pode originar uma explosão de pó é em torno de 50-100g/m3 e a máxima é de 2-3kg/m3. Esses limites são dependentes da substância química em questão e da distribuição de tamanhos de partículas; Contudo, eles são incluídos aqui para dar uma idéia das ordens de magnitude envolvidas no processo de formação da explosão de pó. É em geral fácil de ver se uma nuvem é explosível, uma vez que a visibilidade através de uma nuvem de pó, mesmo no seu limite de mínima concentração, é muito prejudicada. Além disso, essas concentrações são mais elevadas do que aquelas recomendadas por padrões de higiene industrial, assim essas concentrações não deveriam ocorrer de qualquer maneira no ambiente industrial. Assim, os limites aceitáveis de

6 CNTP: Condições Normais de Temperatura e Pressão.

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concentração de poeira no ambiente industrial são muito menores que os limites usuais para explosão de pós. A Figura 3 apresenta ilustração para os limites de explosividade de partículas orgânicas típicas nas CNTP comparadas com os limites usuais aceitáveis para a higiene industrial e o limite de depósito para essas partículas.

Figura 3: Limites típicos de faixas de explosividade para pós de materiais orgânicos nas CNTP.

Uma regra prática geral é que se uma lâmpada de 25W pode ser vista através de 2m de nuvem de pó, então a concentração de pó encontra-se inferior a 40g/m3. Não é provável que se encontre uma nuvem com essa concentração no ambiente de trabalho, e isso deve acontecer somente em vasos de processos.

3.5 Explosões primárias e secundárias

As concentrações necessárias para a explosão de pós são raramente vistas fora de vasos de processos, assim a maioria das explosões severas de pós se iniciam dentro de um equipamento (tais como moinhos, misturadores, telas, secadores, ciclones, funis, filtros, elevadores, silos, dutos de aspiração, e sistemas de transporte pneumático). Esses eventos são conhecidos como Explosões Primárias. É importante observar que uma das principais diferenças entre a explosão de pó e o perigo da flamabilidade de gás é que a explosão de gás/vapor raramente acontece dentro de vasos devido a falta de ar para suportar a explosão. Contudo com pó ele é geralmente suspenso no ar em equipamentos de processos (a menos que o vaso opera em atmosfera pura de nitrogênio, que pode ainda levar a problemas com pós de metais) que podem permitir a explosão de pós ocorrer. Isso pode então causar uma ruptura do vaso se ele tem insuficientes equipamentos de alívio de pressão ou se a pressão de projeto é muito baixa.

Um aspecto importante para se evitar a explosão de pós é se limitar a possibilidade da explosão primária, contudo mais importante é reduzir a possibilidade da ocorrência de uma explosão secundária.As explosões secundárias são causadas (neste contexto) quando pós depositados são perturbados pela explosão primária e forma uma segunda nuvem de pós que então entra em ignição pelo calor liberado pela explosão primária. O problema é que pequenas quantidades de pó depositado ocupam um espaço pequeno, mas quando perturbados podem facilmente formar nuvens perigosas. Uma camada de 1mm de pó de 500kg/m3 pode formar a nuvem de 5m de profundidade com 100g/m3.

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Figura 4: Ilustração de explosão primária e secundária.

A equação:

relaciona h, a espessura da camada de pó com H, a altura da nuvem produzida e bulk, a concentração bulk da poeira. Pode acontecer uma série grande de explosões dessa maneira, levando a efeitos devastadores se existe uma grande quantidade de pó depositado quando é perturbado. Assim, a quantidade de pó deve ser minimizada da melhor forma possível.Deve ser dada atenção à eliminação completa das poeiras dos edifícios que compõem a planta industrial, pois as explosões secundárias nos prédios vizinhos são potencialmente mais destruidoras. A acumulação de poeira pode ser prevenida combinando-se um bom projeto de limpeza. Quando há formação de depósitos de poeira, a limpeza deve ser feita tanto mais cedo quanto possível. Quando pós se acumulam, com exceção das unidades previstas para o seu armazenamento, tais como silos, os depósitos de pó devem ser removidos regularmente. Esta exigência se aplica também para unidades de despoeiramento como: filtros, ciclones, precipitadores, câmaras inerciais, etc, que não devem reter poeiras quando desligados.

3.6 Ignição

Uma nuvem de pó, dentro do seu limite de explosividade, não queimará a menos que energia suficiente seja fornecida para a sua ignição. As fontes possíveis de ignição incluem: Chamas abertas (soldagem, corte, fósforos, etc) Superfícies quentes (secadores, aquecedores, rolamentos, etc) Calor de impacto mecânico Descarga Elétrica Descarga Eletrostática Poeiras queimando ou ardendo sem chamas

3.6.1 Chamas abertas

Chamas de operações de corte ou soldagem são em geral suficientes para causar uma explosão de pó. Tochas de Oxi-acetileno são particularmente perigosas pois elas fornecem oxigênio para a área, e quanto maior a quantidade de oxigênio presente, menor a quantidade de calor necessário para acontecer uma explosão. Assim, não deve acontecer nenhuma tocha de soldagem ou de corte em unidade onde o pó é processado ou produzido no processo. Fumar deve ser proibido em toda a planta uma vez que uma chama de palito de fósforo gera 100W de energia de calor, que e mais que suficiente para a ignição de uma nuvem de pó.

3.6.2 Superfícies quentes

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Superfícies quentes podem causar ignição de duas maneiras, a primeira causando a queima de pó depositado, e a segunda por direto contacto com a nuvem de pó. As chances de ignição de uma nuvem de pó são menores, uma vez que elas necessitam de temperaturas de superfície superiores a 400°C para fornecerem calor suficiente para a ignição.

3.6.3 Calor originado de impactos mecânicos

Freqüentemente chamada de faísca ocasionada por fricção, os impactos mecânicos podem causar ignição. Isso não deve ser confundido com a queima por fricção (ou seja, onde uma correia desliza e lentamente se aquece) que é muito menos provável de causar uma fonte de ignição. Faíscas de fricção podem ser particularmente perigosas se elas são feitas entre dois metais (combinação de alumínio e oxidação pode causar thermite reactions) e elas podem fornecer calor suficiente para iniciar uma explosão de pós. Isso pode ser causado por queda de objetos (tais como porcas ou parafusos) ou pelo contato de equipamentos em movimento com itens da planta.

3.6.4. Faíscas elétricas

Faíscas originárias de equipamentos elétricos defeituosos podem causar algumas vezes as explosões de pós, especialmente se um equipamento de alta voltagem falha ou um cabo é separado. Uma faísca de qualquer coisa acima de 1mJ pode causar a ignição de uma nuvem de pó, e isso é facilmente produzido se um equipamento como um motor falha numa planta industrial.

3.6.5 Descargas eletrostáticasDurante muito tempo, esses tipos de faíscas foram consideradas incapazes de provocar a ignição de nuvens de pós. Atualmente sabe-se que elas já provocaram explosões de pós em equipamentos não foram apropriadamente aterrados. A eletricidade estática no processamento de pós pode ser elevada, uma vez que cargas são transferidas das partículas para os vasos. Existem vários tipos de descargas eletrostáticas, o tipo mais perigoso são as descargas elétricas, que ocorrem quando carga é acumulada em itens condutores não aterrados e então descarregados para a terra através de pequenas aberturas como uma faísca.

Figura 5: Descarga estática entre um funil não aterrado e um vaso aterrado.

3.6.6 Pós ardendo sem chamas

Isso pode ocorrer quando pós depositam em montes ou camadas, sob determinadas condições, sofre combustão lenta internamente. devido a baixa transferência de calor através de pós, a temperatura no monte causará uma elevação da temperatura, o que por sua vez provocará uma queima contínua se tiver

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oxigênio suficiente para tal. Isso se torna um agente perigoso para a explosão de pós se eles são perturbados de tal forma que possam levar uma nuvem de pós à ignição.

4. Propriedades da nuvem de pó que afetam o perigo de explosão de pó

Existem alguns fatores que influenciam a combustibilidade de pós, muitos deles ainda não são perfeitamente entendidos, e usualmente o único caminho de saber dados relativos a um pó específico é através de testes analíticos com aquela substância. A maioria dos livros sobre explosão de pós contém dados da concentração mínima e outras propriedades de pós comuns. Nesta seção discutem-se brevemente os diferentes fatores que afetam a explosibilidade de um pó, assim não se pretende fazer um guia completo sobre o tema, mas somente a tendência geral do seu comportamento.

4.1 Química dos pós e umidade

Se o pó não é combustível, então não poderá ocorrer uma explosão. A química de pós é afetada por elementos que compõem a molécula e sua específica configuração molecular. A química de pós é um dos aspectos mais fundamentais quando se investiga explosões de pós. Ela influencia diretamente a termodinâmica, a quantidade de calor liberada, a cinética e a velocidade de liberação do calor, o que por sua vez atuam diretamente na severidade da explosão. O calor de combustão por mol de O 2 usado é comumente disponível e útil para o cálculo do calor total liberado numa explosão de pós.Dados são usualmente disponíveis em tabelas especificando essas quantidades. Contudo, seja observando em tabelas ou realizando experimentos em uma Boomba de Hartmann7, é muito difícil predizer quantitativamente (para detalhes consulte R. Eckoff's "Dust Explosions in the Process Industries") quanto explosivo um dado pó será.O conteúdo de umidade de um pó afetará a habilidade da nuvem de pó de sofrer ignição e sua habilidade de sustentar uma explosão. O aumento de umidade de um pó aumenta exponencialmente a energia de ignição necessária para alguns pós. A umidade tem várias ações no pó. O aquecimento e evaporação da umidade proporcionam um sorvedor de energia. Uma vez a água evaporada se mistura com o gás de pirólise e o faz menos reativos e pode também aumentar a coesão intermolecular do pó levando a um maior tamanha efetivo de partículas.

4.2 Tamanho de partículas e área superficial específica

Não importa quanto explosivo seja uma poeira, se ela está aglomerada em grandes pedaços não causará uma explosão de pó. Embora exista uma clara dependência sobre o tamanho e área superficial da partícula de pó, ela não varia linearmente com a explosividade dos pós. Em geral os pós (por exemplo pós de carvão) se tornarão mais e mais explosivo até que atinja um certo limite após o qual atinge um platô. A razão pela qual a área superficial afeta a violência de uma explosão é que a razão (tamanho de partícula)/(área superficial) influencia a velocidade no qual voláteis são extraídos das partículas (ou qual a velocidade em que partícula se vaporiza) antes que ela queime. Como esse é um fator limitante na combustão, reduzindo o tamanho da partícula aumentará a severidade da explosão. Até que a velocidade de mistura do gás ou de combustão real dos voláteis seja o fator limitante, o tamanho da partícula torna-se irrelevante (embora isso aconteça para tamanhos muito menores que 50m). Esse limite pode ser diferente para elevadas concentrações de pós onde as explosões são mais violentas.

4.3 Concentração de pós

A explosão de pós pode ocorrer somente se a concentração de pó encontra-se dentro de certos limites. Esses limites dependem da substância química e na sua distribuição granulométrica. Os piores casos são usualmente quando a concentração de pó é levemente acima daquela estequiométrica. Limites superiores

7 Um aparato comercial usado para medir as propriedades explosivas de um pó, com a habilidade de medir temperatura e pressão de uma explosão. Existem outros aparatos para a medição dessas propriedades, tais como tubos verticais cheios com nuvens de pós, contudo os dados conseguidos com esses sistemas são mais para uma análise qualitativa de um pó (usualmente usados para encontrar os limites inferior e superior de concentração explosiva).

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de concentração para a explosividade são ditados pela quantidade mínima de oxigênio necessária para a explosão, e os limites inferiores de explosividade são dominados pela quantidade mínima de partículas necessária para sustentar uma combustão.

4.4 TurbulênciaUma nuvem de pós mais turbulenta resultará numa explosão mais severa, devido a uma concentração mais homogênea na nuvem e grau de dispersão a fronteira da chama moverá mais rapidamente através da nuvem de poeira. Contudo, uma nuvem menos turbulenta sofre ignição mais facilmente pois a dispersão de calor acontece numa menor velocidade. Assim o calor inicialmente liberado encontra-se mais localmente concentrado, levando a elevadas possibilidades de ignição.

4.5 Conteúdo de oxigênio no gás OxidanteMenor quantidade de oxigênio no ar causa a explosão ser menos severa pois isso limita a velocidade de combustão do pó, desta forma limitando o oxigênio em vasos de processos pode minimizar a possibilidade de uma explosão de pó (fogo pode ser sustentado somente se a concentração de oxigênio for maior que 10% no ar).

4.6 Grau de dispersão do póDispersão e grau de aglomeração afetam a combustão pois elas mudam a concentração efetiva local de pós e o tamanho efetivo da partícula, respectivamente. Um pó mais homogeneamente disperso queimará mais facilmente. O grau de dispersão é usualmente dependente do mecanismo da dispersão e da turbulência do sistema.

5. Evitando explosões de póA tabela abaixo apresenta uma revisão dos diferentes métodos para prevenir e minimizar os estragos resultantes da explosão de pó. A prevenção encontra-se dividida em duas categorias: prevenção de fontes de ignição e prevenção de formação de nuvens de pós com características explosivas A minimização dos efeitos da explosão de pós pode ser feita de várias maneiras, sendo que os mecanismos mais importantes são baseados na interrupção da explosão ou alívio da pressão que a mesma causa antes que a mesma cause maiores danos.

PrevençãoMinimiza EstragosPrevenindo fontes

de IgniçãoPrevenindo nuvens de pós

explosíveis

Combustão sem chamas Adição de Inertes N2, CO2 e gases raros Adição de gases inertes com

efeito parcial

Outras chamas Abertas Tornando inerte intrinsecamente Isolamento

Superfície quentes Adição de pó inerte Ventilação

Faíscas Concentração de pó fora da região de explosividade

Construção resistente à pressão

Calor de impacto mecânico Supressão Automática

Higiene Industrial

5.1 Prevenindo fontes de Ignição

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Para a maioria dos processos onde a mínima energia de ignição por faísca do pó de interesse é consideravelmente superior a 10mJ, a eliminação de fontes de ignição é uma proteção satisfatória para a se evitar as explosões de pó.As fontes de ignição podem ser divididas em dois grupos. O primeiro grupo consiste daquelas que são causadas pelo trabalho na planta (fumar, soldar, etc...)Essas fontes podem ser eliminadas com treinamento dos trabalhadores e definição de regras adequadas para rotinas de trabalho. O segundo grupo de fontes de ignição relaciona-se aquelas fontes do próprio processo (chamas abertas, superfícies quentes, calor oriundo de impacto mecânico, etc).Essas condições de ignição estão presentes nos processos reais e então necessitam ser resolvidas de várias formas.

5.1.1 Chamas

Chamas abertas são mais facilmente evitadas com um controle rigoroso do ato de fumar na área do processo. Trabalhos quentes8 não devem ser realizados a menos que, qualquer área que possa ser direta ou indiretamente afetada, esteja inteiramente livre de pós. Tochas de corte com gás que usam excesso de oxigênio deve ser evitadas devido a maior chance de ignição que elas ocasionam.

5.1.2 Surperfícies quentes

Superfícies quentes ocorrem em equipamentos de processo que usam calor, tais como aquecedores, secadores, tubulações de vapor, equipamentos elétricos, etc. Eles também podem ocorrer em lugares menos óbvios, tais como: motores, sopradores, misturadores, lâmpadas não protegidas, etc. Outras superfícies quentes podem ser criadas durante trabalhos quentes que podem proporcionar bastante calor para ignição.Pó depositado sobre superfícies quentes pode entrar em ignição, similarmente a pó em uma nuvem de pó. Assim levando a explosões de pó. Pó depositado sobre superfícies quentes também podem atuar como isolantes assim podendo provocar falhas em equipamentos.As medidas abaixo podem minimizar as chances de ignição em superfícies quentes: Remoção de todo pó antes de realizar trabalhos quentes Prevenir/Remover pós de superfícies quentes Isolar ou proteger superfícies quentes Somente usar equipamentos elétricos aprovados para uso na presença de pó combustível Usar equipamentos como baixa chance de superaquecimento Promover inspeção e manutenção detalhada regularmente

5.1.3 Auto aquecimento e queima sem chama (ardente) de pós

Preponderância para auto aquecimento é determinada em geral pelas características do pó, mas existem várias maneiras de minimizar as chances do mesmo ocorrer: Controle de temperatura do pó, unidade etc. antes de estocagem Ter certeza que nenhum corpo quente está em contado com o pós estocado Monitoramento de temperatura do pó estocado Monitoramento do pó estocado com relação a gases de combustão Adicione gás inerte para fazer atmosfera inerte no material (ex.. nitrogênio) A adição de água não é recomendada, pois isso pode causar problemas mecânicos com o transporte de pós (ele aglomera). A adição de nitrogênio como gás inerte é a melhor maneira de se evitar fogo sem chama, contudo aumenta o perigo de fazer a atmosfera não respirável. Se uma massa em chama ardente ocorre a primeira coisa a fazer é parar qualquer reação exotérmica, então reduzir a temperatura do resto do pó. Deve-se também verificar se existe qualquer produto tóxico de combustão. Os equipamentos devem ser verificados cuidadosamente quanto a presença de chama ardente uma vez que isso pode significativamente reduzir a resistência dos vasos.

5.1.4 Impactos mecânicos

8 Trabalhos quentes incluem qualquer trabalho/manutenção que produz muito calor. Exemplos incluem soldagem, disco de corte etc..

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Impactos mecânicos podem produzir tanto faíscas quanto pontos quentes onde o impacto ocorre. Em geral essas faíscas não são suficientemente energéticas para provocar a ignição, mas em casos de impactos repetidos ou quando metais exóticos são usados, então existe o risco de ignição. Para melhor se evitar essas faíscas recomenda-se que: Remove objetos estranhos das correntes de processo o mais rápido possível Evitar qualquer material de construção que possa fornecer faíscas Inspecione ruídos para verificar se eles são causados por impacto, e em caso positivo resolva a situação de maneira segura

5.1.5 Faíscas elétricas/eletrostáticas

As faíscas elétricas podem ser minimizadas através da observação de normas para equipamentos elétricos em áreas com pós e assegurando que qualquer item elétrico obedeça a essas normas. Garantir que os trabalhadores estejam atentos aos equipamentos elétricos e que saibam usá-los com segurança é também aconselhável. Faíscas eletrostáticas são menos entendidas e existem muitas formas de minimizar a sua formação. Recomenda-se que: Use materiais condutores para itens da planta com objetivo de se evitar formação de carga Aterrar qualquer equipamento que pode ficar carregado Fazer com que os trabalhadores não acumulem carga no manuseio de instrumentos etc. Se na dúvida sobre um equipamento, aterre-o.

5.2 Previna nuvens explosivas de pós

Existem três formas principais para se evitar a criação de poeira explosível sem modificar a poeira: Adicionar gás inerte na atmosfera Garantir que o pó esteja fora da faixa de concentração explosível Adicionar poeira inerte

5.2.1 Adicione gás inerte

Diminuir a concentração de oxigênio em uma área de processo ou vaso pode diminuir as chances de uma explosão de pó. A maneira mais fácil de se fazer isso é através da adição de gás inerte ao sistema. As escolhas possíveis incluem: Nitrogênio Gás Carbônico Vapor de água Gases rarosEm geral nitrogênio ou gás carbônico são as melhores escolhas. Porém eles podem ser incompatíveis com alguns pós e nesses casos devem-se usar gases mais caros. Para introdução de uma nova atmosfera ao uma parte do processo recomenda-se que sistema seja levemente evacuada e então se adiciona o gás inerte até que a pressão retorne ao valor desejado. Isso deve ser repetido até que a atmosfera desejada seja atingida. Se o sistema funciona a elevadas pressões basta que se adicione o gás inerte ao sistema até que a pressão desejada seja atingida.Uma vez que a atmosfera desejada é gerada é importante que se garanta que não ocorram vazamentos de ar para o processo e que se gás é inserido no processo com pós que ele também seja feito sob atmosfera inerte. Em geral utiliza-se essa estratégia de forma parcial pois a preparação de uma atmosfera totalmente inerte pode torna-se muito cara, isso não remoeve a chance de explosão, mas limitam a grandemente.

5.2.2 Garanta que o pó esteja fora da faixa de explosividadeIsso é extremamente difícil de fazer na prática e não é geralmente usado como técnica uma vez que a concentração de pós num vaso é de difícil predição e muito difícil de se medir com precisão. Contudo, evitando-se a entrada de pós a todo o instante, e assim fazendo com que a concentração de pós atinja valores elevados, pode-se usar os princípios dessa metodologia. Isto pode ser conseguido através de cuidadoso projeto de equipamentos, mas é difícil se pós muito finos forem envolvidos. Deve-se observar que embora isso possa evitar explosões primárias, as explosões secundárias podem ainda acontecer quando depósitos de pós são agitados em partes da planta.

5.2.3 Adicione pó inerte

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Esse método de se evitar a formação de nuvens explosiva de poeira é usado com sucesso nas minas de carvão. Uma camada de pó de rocha entra através de uma onda de ar formando uma atmosfera incombustível, e isso apaga a chama. A adição de inerte nem sempre é possível uma vez que ela contamina o produto.

6. Isolamento de explosõesIsolar uma explosão pode restringir os estragos causados. Pois isso impede a explosão de atingir outras partes da planta através de tubulações ou dutos, também impede jatos de chamas no final de tubos longos e bloqueia a pressão de explosões primárias que podem originar explosões secundárias ainda mais violentas em outras partes do processo. O isolamento pode ser conseguido de duas maneiras distintas, passiva (ativada pela própria explosão) ou ativa (requerendo ativação através de sensor). Sistemas passivos são preferidos pois eles são mais simples e mais confiáveis se funcionam como projetados. Em geral, após acionados, esses sistemas jogarão agentes extintores no pó à frente da fronteira de chama parando a sua propagação. Alternativamente, eles podem simplesmente fechar uma válvula a frente da fronteira de chama (embora isso pode gerar problemas de pressão que devem ser previstos no projeto) Existem um número de itens numa planta que evitarão a propagação de chama através do sistema. Isso inclui roscas sem fim impulsionadas por ondas de choque (Figura 6a), bloquadores de ar (Figura 6b), e discos bloquedores (Figura 7) que envolvem a reversão do fluxo.

Figura 6. (a) Sistema de roscas sem fim pode impedir que a fronteira de chama ultrapasse. (b) Bloqueador de ar

Figura 7. Disco bloqueador (Bursting disk) instalado numa tubulação para interromper a propagação de chama através da reversão da direção de escoamento

6.1 Equipamentos resistentes à pressão

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A melhor forma de contensão da explosão primária de pó é através de equipamentos de processo suficientemente robustos para conter a mesma. A pressão de explosões de pó usualmente situa-se na faixa de 5-12bar(g).Resistência a ondas de choque é distinta daquela de pressões normais, a pressão de choque será por um tempo pequeno enquanto as altas pressões de operação têm longa duração. Projetar equipamentos da planta como se eles fossem vaso de pressão fará com que eles sejam muitos caros. A maioria dos vasos com risco de explosão é projetada de forma que sob a máxima pressão numa explosão, eles se distorcem mas não se rompam. Ocasionalmente, se o risco de uma explosão de pó é muito elevado, o vaso pode ser construído para resistir à pressão de uma explosão como se ela fosse uma pressão contínua.

6.2 Explosão de alívio

A explosão de alívio (venting) é uma das mais baratas, mas efetivas formas de alívio de pressão em situações de explosão. Porém é difícil dimensioná-lo precisamente para permitir suficiente alívio de pressão, pois ele deve permitir suficiente saída de pó queimado e ar para aliviar a pressão sendo gerada pelo calor da explosão. Em geral venting são projetados de forma que a pressão seja mantida abaixo de algum valor limite (que é inferior à resistência do vaso). Se o pó do processo possui características tóxicas, a descarga na atmosfera não é possível, assim utiliza-se o venting para uma área selada. Existem várias formas de projeto de venting, incluindo painéis que são ejetados etc. A cobertura de vent em geral dá-se por clips ou selos que se sabe que falharão nas condições de explosão.

Figura 8. Uma explosão de pó com alívio de pressão, Pred é a pressão de resistência do vaso.

6.3 Dimensionamento de áreas de vent

O dimensionamento de vent depende de: Volume do sistema Resistência das paredes do sistema Resit6encia da cobertura do vent Taxa de queima de nuvens de pó

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Figura 9. Situações de pressures em vasos: (a) sem proteção por vent, (b) proteção insuficiente, (c) com vent correto

Existem algumas regras práticas para dimensionamento de vents. Pode-se usar as razões de vent da tabela abaixo:

Max taxa of elevação de Pressão (bar/s) Razão de Vent (m-1)

< 345 1 / 6.1345 - 690 1 / 4.6

> 690 1 / 3.1

A razão do vent é a razão entre área do vent e volume do vaso. Pode-se também usar o gráfico da Figura 10 para o dimensionamento aproximado dos vents.

Para vasos grandes, maiores que 30m3, a razão do vent pode ser reduzida, devido ao fato de que não é provável que um vaso desse volume esteja cheio de uma mistura explosiva, assim a pressão não aumentará linearmente com o volume. Métodos mais precisos podem ser encontrados na referência citada nesse material.

6.4 Perigos causado por venting

O alívio de pressão com venting minimiza a probabilidade de um equipamento ser destruído por explosão, porém ele adiciona os seguintes inconvenientes: Ejeção de chamas pelas aberturas do venting Emissão de ondas de explosão através da abertura do vent Forças de reação sobre o equipamento, induzido pelo processo de venting Emissão de objetos sólidos (partes do vaso, tampas de vent, etc) O processo de venting em ambientes fechados pode ocasionar explosões secundárias Bolas de fogo podem ser ejetadas. O uso de dutos para vent (dutos de mesma área do vent) pode minimizar alguns dos problemas por fazer com que a explosão ocorra em lugar fechado, mas isso ocupa um grande lugar no espaço e ainda requer que a pressão seja aliviada em algum outro lugar.

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Figura 10: Dimensionamento aproximado de vents

6.5 Boa limpeza da área industrial

Boa limpeza refere-se a remoção de acúmulos de pós dentro da planta. remoção cuidadosa de depósitos de pó pode eliminar a possibilidade de explosões secundárias, e também auxiliar na prevenção de algumas fontes de ignição. Sopradores de ar comprimido não devem ser usados pois eles apenas mudam o pó de posição dentro da planta, deve-se usar uma máquina que extraia o pó depositado do ambiente.

6.6 Controle de pó através da adição de líquido

A adição de líquido (em geral água, se a mesma não trouxer problemas adicionais) a um pó pode reduzir o risco de explosão de pó de várias formas, ele aumenta a possibilidade de aglomeração do pó e pode diminuir a quantidade de pó fino criado na colisão de partículas. Uma vez que é melhor se trabalhar com pastas do que com pó.

6.7 Supressão automática de explosão de pós

A rápida supressão de fogo pode ser usado para interromper a explosão de pós, eles possuem três considerações principais: (a) Agentes de extinção encontram-se permanentemente pressurizados; (b) Grandes diâmetros de orifício de descarga; e (c) Válvulas de abertura rápida (usualmente através de uma carga detonada). Essas considerações são usadas e projeta-se um sistema que obedeça a essas regras e pode ser acionado por pressão (com setpoint ajustado para que não ocorra acionamento acidental) ou sensor de chama (em geral ambos são usados para evitar alarmes falsos). Pode-se verificar isso na Figura abaixo:

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Figura 11: Sistema de supressão de explosões

6.8 Layout de plantas

Os prédios usados em plantas processadoras de pó podem correr perigo de explosão de pó e deve ser projetado dentro dos mesmos princípios. Em geral distante de outros prédios da planta e preferencialmente de um único andar, e se isso não é possível a parte mais susceptível a explosão deve estar na parte superior (preferencialmente no teto) para a minimização de colapso do prédio. Dentre os outros aspectos mais importantes que devem ser incluídos no projeto desses prédios estão: rotas de saída de emergência seguras, materiais de construção resistentes ao fogo, portas resistentes ao fogo e alta qualidade de isolamento de sistemas elétricos.

6.9 Fatores humanos

Existem muitas pessoas trabalhando numa planta, incluindo engenheiros, técnicos, responsáveis por vendas e gerência, é importantíssimo que exista uma boa comunicação entre essas várias categorias. Trabalhadores devem ter conhecimento, motivação e confiança na tomada de decisões quando estas se fizerem necessárias. Deve-se ter treinamento e instrução para todos os trabalhadores que os possibilitem a desenvolver e serem capazes de administrar situações de uma explosão de pó.

6.10 Escolha de uma solução segura

Após termos visto nas seções anteriores as várias maneiras que se pode evitar ou minimizar os estragos resultantes das explosões de pós, os engenheiros precisam identificar o que é realmente necessário para a sua planta. Existem várias maneiras de fazer isso, o que acaba numa decisão econômica de custo versus análise de segurança e risco para verificação se uma solução é prática ou não. Tem-se sugerido que o problema seja dividido em partes fundamentais: A efetividade do sistema de proteção Viabilidade técnica Aceitabilidade ambiental Aceitabilidade econômica

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A efetividade de um sistema sempre será função do grau de entendimento sobre o processo e a qualidade do projeto do sistema de segurança. Considerações ambientais devem também está na mente do projetista a todo o momento pois não é razoável arriscar um desastre ambiental para economizar algumas centenas de quilo de pó do processo.

O projeto/seleção de um sistema depende da especificação e em geral resulta de considerações econômicas acopladas a uma análise de riscos. O diagrama abaixo (Figura 12) apresenta uma estratégia bastante útil.

Figura 12: Estratégia para solução segura (R. K. Eckoff).

Hazard analysis sempre se constituem em uma etapa importante para a seleção de um sistema de segurança para uma planta. Nesse aspecto as seguintes abordagens principais são geralmente seguidas:a) Levantamento de Perigos em PotencialTeve-se fazer um levantamento dos materiais perigosos existentes no local antes de iniciar a operação do processo e qual é inventário dessas substâncias com a planta em operação.b) HAZOPHAZOP analysis deve ser realizada para se identificar qualquer área onde situações perigosas podem ocorrer antes mesmo da planat ter sido construida.

c) Análise de árvore de falhas (Fault tree analysis)

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Isso permitirá aos projetistas a consideração de combinação de condições que levam a explosão ou outras situações perigosase) Auditoria de SegurançaAuditoria de segurança deve ser realizada para se garantir que alto padrão de segurança seja mantido padrão dentro de processo.

7. Comentários finais

Conclui-se que não pode ser feita uma generalização de métodos de proteção em relação ao risco de explosão, porque a mesma dependerá das propriedades da poeira, tipo de projeto, planta industrial, equipamentos existentes, risco de instalações vizinhas, e valor do equipamento em risco. Por estes motivos, os métodos são agrupados em seis categorias, mas os mesmos não são todos alternativos. Alguns se usados em comum podem conferir mais segurança.

Deve ser dada atenção à eliminação completa das poeiras dos edifícios que compõem a planta industrial, pois as explosões secundárias nos prédios vizinhos são potencialmente mais destruidoras. A acumulação de poeira pode ser prevenida combinando-se um bom projeto de limpeza. Quando há formação de depósitos de poeira, a limpeza deve ser feita tanto mais cedo quanto possível. Quando pós se acumulam, com exceção das unidades previstas para o seu armazenamento, tais como silos, os depósitos de pó devem ser removidos regularmente. Esta exigência se aplica também para unidades de despoeiramento como: filtros, ciclones, precipitadores, câmaras inerciais, etc, que não devem reter poeiras quando desligados.

Superdimensionamento - Face ao alto custo inicial e às periódicas manutenções exigidas por um superdimensionamento estrutural e dos equipamentos, esse método somente é recomendável em situações onde outros métodos alternativos não são interessantes pela localização particular de certas unidades.

Uma explosão de pó pode gerar pressões na ordem de até 7 kg/cm2 em recintos fechados como em linhas de transporte pneumático, Redlers, silos, roscas transportadoras etc. Portanto, para evitar danos maiores, estes elementos devem prover válvulas de alívio, contra aumento de pressões. Um recinto fabril raramente resistiria a tal pressão - as máximas são de 0,2 kg/cm2. Portanto, devem ter: telhados, aberturas, portas e outros itens de resistência inferior às da construção, sob pena de haver perdas totais em tais eventos.

As explosões de poeiras podem ser prevenidas com o emprego de gases ou poeiras inertes, os quais reduzem a concentração de oxigênio no interior do prédio, de maneira que não haja propagação de chama através da nuvem de pó. Algumas vantagens deste processo: a explosão pode ser evitada; a atmosfera inerte pode ser empregada para controle e extinção de incêndios que podem se desenvolver na poeira; pode ser usado onde o método de ventilação é ineficiente. Algumas desvantagens: rígido controle para a manutenção da composição do gás e dos sensores e custo mais elevado do que para implantação do sistema de ventilação local exaustora.

Supressão automática - O mecanismo de dispersão do agente supressor deve funcionar a alta velocidade, para chegar em milésimo de segundos ao recinto. A atuação do equipamento deve ser iniciada pelo próprio sensor, para evitar defasagem. O agente supressor deve ser disperso em forma de neblina ou pó muito fino, com grande rapidez, aproveitando a própria força da explosão inicial. Dois tipos são conhecidos:Frágeis - São constituídos por depósitos de fina parede no qual se introduz uma carga explosiva, que é detonada pelo sensor. Como o recipiente não é pressurizado, é a carga explosiva que rompe as paredes e expande a carga supressora.Pressurizados - Extintores de grande velocidade de descarga contém agente supressor sob pressão de Nitrogênio. A abertura é por carga explosiva, é mais lento que o frágil, porém adequado para pressões médias ou lentas.

Agente supressor - O agente supressor deve apresentar as seguintes características: líquido compatível como processo de combustão, pós específicos ou agentes halogenados. Esta substância deverá estar dentro de um recipiente selado colocado na parte superior do pavilhão e deve descarregar rapidamente seu conteúdo através de detonador acionado eletricamente em presença de fogo.

Fatores intervenientes - Inertização do combustível, resfriamento, abafamento e inibição da combustão.Ventilação - As medidas de ventilação local exaustora nos processos de geração de pó, além de usar menores vazões, evitam que o pó se disperse no ambiente, formando depósitos indesejáveis sobre estruturas, tubulações e muitos outros locais de difícil acesso, porém com enorme potencial de incêndio e

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explosões. Dessa forma, medidas devem ser observadas no sentido de se adequar um eficiente sistema exaustor para os locais onde haja formação de pó.Estas medidas quando tomadas na fase do projeto são as que melhor satisfazem, além de minimizar o custo de implantação, pois evitam arranjos improvisados e pouco eficientes. Entretanto, em uma planta existente, um bom projetista poderá, com bom senso, conciliar sistemas seguros. O destino dos pós capturados devem ser objeto de estudo entre a empresa e o projetista em função de seu aproveitamento ou descarte. E importante também nesta fase conciliar o problema das emissões, após o tratamento, pois estes, quando não atendam aos padrões legais, poderão ser objeto de demandas judiciais, pela comunidade vizinha às instalações.

Sistemas de ventilaçãoUm bom sistema de ventilação visa equacionar o problema, sob os aspectos de: segurança contra incêndios e explosões, Higiene Ocupacional, controle de emissões externas, sem descuidar com o custo final do mesmo. Para tal, cuidados devem ser tomados para o equacionamento do problema e a solução correta das medidas saneadoras que abranjam todos os parâmetros.

Características físico-químicas do produto a exaurirPropriedades físicas: densidade aparente, granulometria, limites de explosividade g/l, ponto de fulgor em graus celsius, ponto de combustão em graus celsius, umidade, etc.Propriedades químicas: composição química, peso molecular, limites de tolerância biológica, etc.Detalhamento físico do local e máquinas envolvidas no processoLevantamento físico do local da instalação dos equipamentos objeto do sistema exaustor local, catálogo das máquinas envolvidas, local de fixação dos dutos de aspiração, local do equipamento de separação.

Projeto do captorUm bom captor é aquele que consegue aspirar o máximo de substâncias, com a menor vazão de ar, pois isto implica no tamanho do equipamento, potência absorvida e tamanho dos dutos de transporte, porém é importante que capture o máximo de substâncias indesejáveis. Deve também ser projetado para não prejudicar a operação, manutenção e visibilidade do operador.Projeto da rede com todos os pontos de aspiração envolvidosA tubulação condutora do ar dos pontos ao sistema de separação deve ser bem dimensionada, para que não haja depósitos de material ao longo da mesma, nem que haja formação de eletricidade estática. Deve ser provida de janelas de segurança e portas de inspeção. As velocidades de controle devem ser bem definidas para não usar potência em demasia, nem tão baixas que impliquem na ocupação de grandes áreas. Deve ser resistente aos esforços mecânicos das pressões envolvidas, dilatações, aterramento, etc.

Definição do equipamento de separaçãoOs equipamentos de separação deverão atender às normas de emissões externas, conforme legislação local. Deve ser compatível e seguro quanto ao produto em questão, estar localizado fora do ambiente fabril, ser seguro contra explosões e incêndio.Destino dos resíduos capturadosEste item é de vital importância e deve ser analisado em cima do risco benefício, pois quando é desejo de ser reaproveitado, implicará em sistemas secos, equipamentos estes mais suscetíveis de riscos de incêndio e explosão.Equipamento de separação Caso a opção seja via seca, a separação poderá ser via seca total: filtros de ar com limpeza por ar comprimido, eficiência de separação de até 97% e de trabalho contínuo. Via mista: separa-se entre 80 e 90% em ciclones e o resíduo final por lavagem. Caso a opção seja via úmida, o material será todo lavado, com elevada eficiência de separação, porém, seu aproveitamento é limitado.Observância das emissões externas conforme legislação, federal, estadual ou municipal e M.T.A preocupação final é atender aos padrões fixados pelas autoridades competentes, descantando no mínimo o valor teto, evitando-se, deste modo, as demandas judiciais que hoje inundam os tribunais. Estas simplesmente deixarão de existir, porque não haverá fundamento legal para embasar o pedido. Quanto ao ambiente interno onde estão os trabalhadores expostos, devem ser observadas as NRs, especificamente a NR-15, que define os limites máximos a que pode estar exposto o operador, sem o comprometimento de sua saúde.   

8. Referências

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1. Dust Explosions in the Process Industries - R. K. Eckhoff – 1997Butterworth-Heinemann; ISBN: 07506327042. Dust Explosions - P. Field – 1982Elsevier; ISSN: 0167-37853. Industrial Dust Explosions - Cashdollar-Herzberg – 1986ASTM 04-958000-314. Dust Explosions and Fires - K.N.Palmer – 1973ISBN 412 09430 45. Explosibility assessment of industrial powders and dusts - P. Field – 1983HMSO; ISBN: 01167136236. Introduction to Dust Cloud Explosions – G. Williamson – 2002.7. Risco de explosão - Ary de Sá - Revista Proteção número 61 – 1997

9. Anexo

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