1191448382 Riscos de Explosao

1

Riscos de ExplosõesRiscos de Explosões

7 º Curso de Segurança, Higiene e Saúde no TrabalhoDEM – FCTUC

2007

2

O que é uma explosão?O que é uma explosão?Que tipo de sinais?Que tipo de sinais?

O fenómeno do ponto de vista da Termodinâmica e da Mecânica de Fluidos

1ª Lei2ª LeiTermodinâmica das Misturas reactivasEscoamento compressíveis

SinaisForte ruídoImensa produção de luzElevação súbita da pressão, gerando efeito de soproProjecção de objectos/estilhaçosForte produção de calor

3

Uma explosão !Uma explosão !

4

Evolução da transformação Evolução da transformação físicofísico--química e resultado final química e resultado final

5

ExplocãoExplocão

6

Acidentes gravesAcidentes graves

Estatísticas sobre graves acidentes industriaisCaso da indústria química e petrolífera

Impacto económico> £ 250 000Nº de fogosTipo

111Outros

69Total

02Plásticos

03Produtos para a agricultura

15Fertilizantes

16Tintas e vernizes

69Óleos

733Químicos

Dados: UK – 1971- 1973

7

Acidentes gravesAcidentes gravesCaso da indústria química e petrolíferaCaso da indústria química e petrolífera

Local de origem do acidenteLocal de origem do acidente

1Torre de arrefecimento

1Spray de pintura

9Não relatado

2Secador por vapor

6Não especificado

4Reactores/misturadores

6Flange

15Tubo

79Total

6Equipamento eléctrico

Falha/derrame

12Espaço fechado

21Espaço aberto

Armazenagem

Nº de fogos

Dados: UK - 1971 -1973

8

Acidentes gravesAcidentes gravesCaso da indústria químicaCaso da indústria química

Relação das perdas em função do tipo de acidenteRelação das perdas em função do tipo de acidente

Fogo Explosão Outros

TOTAL

1968

1967

1966

1965

1964

Ano

30,2

11,6

5,9

7,2

1,9

1,6

% perda

35

13

8

7

4

3

Nº

44

12

12

6

8

6

Nº % perdaNº% perda

2,1467,7

0013,3

1,1222,4

0,619,9

008,7

0,4113,4

American Inst. Chemical Engineers, 1969

9

Causas mais comuns Causas mais comuns dos acidentesdos acidentes

946086Nº acidentes(240)

15%40%24%Calor

6%2%5%Faísca eléctrica

65%48%65%Fricção

14%10%6%Impacto

ExplosivosPropergóisArtigosPirotécnicos

Tipo deEstímulo

Elaborado com base nos dados do Reino Unido: 1981-1990.Fonte:Bailey et al., 1992 – The handling and processing of explosives,

18th Int. Pyrot. Seminar, Colorado, USA.

10

Acidentes graves (Acidentes graves (19801980--20002000))Causa: FogoCausa: Fogo

1982 Dezembro VenezuelaVenezuela: Fogo em central termoeléctrica, 128 mortos

1991 Setembro EUAEUA: Fogo em unidade de produção de produtos alimentares; 25 mortos; não possuía sistema de detecção de incêndio, nem sprinklers; muitas portas estavam fechadas

1993 Maio TailândiaTailândia: Fogo em fábrica de brinquedos, 187 mortos e 500 feridos

1993 Novembro ChinaChina:: Fogo em fábrica de brinquedos; 87 mortos e 57 feridos

1997 Setembro ChinaChina: Empregado põe fogo a fábrica de sapatos; 32 mortos

1999 Dezembro TailândiaTailândia: Fogo num tanque de uma refinaria; 7 mortos, 18 feridos, 4,000 residentes evacuados. Após uma explosão inicial que danificou vários veículos de combate a incêndio, 40 milhões de litros de gasolina armazenados em 4 tanques envolveram-se em chamas. Mais de 36 horas para extinguir o fogo e cerca de 90000 litros de espuma

2000 Abril ChinaChina: Fogo num matadouro de frangos; 38 mortos

2000 Junho ChinaChina: Fogo numa pirotecnia; 36 mortos

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Acidentes graves (Acidentes graves (20032003))Causa: ExplosãoCausa: Explosão

2003 Janeiro EUAEUA: Explosão em unidade farmacêutica, 3 mortos mais de 20 feridos

2003 Maio ÍÍndiandia: Fogo começa após explosão de uma garrafa de gás, na cozinha de uma residência e atinge o 2º andar de armazém de explosivos; 12 mortos e mais de 70 feridos

2003 Julho EUAEUA: O reboque de um camião carregado de artigos pirotécnicosexplode quando os empregados descarregavam o material, 5 mortos

2003 Julho EUAEUA: Explosão num armazém de artigos pirotécnicos, 3 mortos

2003 Julho TurquiaTurquia: Tanque de gasolina de um camião explode durante o fase de abastecimento de combustível num zona residencial densamente povoada, 180 feridos

2003 Agosto PaquistãoPaquistão: Fogo iniciado numa casa, por um curto-circuito eléctrico, espalha-se rapidamente pela vila e atinge um paiol de dinamite de apoio às obras de construção de uma estrada; da explosão do paiol resultou 49 mortos e 132 feridos

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Acidentes graves na indústria (Acidentes graves na indústria (20032003))–– Causa: ExplosãoCausa: Explosão

2004 Julho 30 – BBéélgicalgica: Pipeline de gás natural explode a cerca de 28 km a sudoeste de Bruxelas; o pipeline com um metro de diâmetro transporta gás natural, numerosas casas e veículos nas imediações são destruídos pelo efeito da explosão, 15 mortos, incluindo 5 bombeiros e mais de 120 feridos

13

Acidentes gravesAcidentes gravesPlataformas petrolíferas (Plataformas petrolíferas (19951995--20012001))

Causa: Fogo/ExplosãoCausa: Fogo/Explosão1995 Novembro BrasilBrasil: Fogo no pipeline da Petrobrás, 1 morto e 5 feridos

1996 Janeiro Golfo do SuezGolfo do Suez: Explosão na plataforma da Morgan Oil, 3 mortos e 2 feridos

1998 Julho ÁÁrctico:rctico: Explosão na Glomar Árctico IV, 2 mortos.

2001 Janeiro BrasilBrasil: Fogo no offshore da Petrobrás, na plataforma de produção de gás natural, 2 mortos

2001 Março BrasilBrasil: 3 explosões numa das maiores plataformas petrolíferas da Petrobrás, 10 mortos, cerca de 165 operários evacuados para a plataforma vizinha

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Acidentes gravesAcidentes gravesIndústria química (Indústria química (1994 1994 –– 20032003))

Causa: ExplosãoCausa: Explosão

2001 Setembro 21, FranFranççaa: Explosão da unidade química AZF em Toulouse, 31 mortos e 2442 feridos

2003 Março 27, FranFranççaa : Explosão na fábrica de dinamite da Nitrochimie em Billy-Berclau.

1984 Dezembro 3, ÍÍndiandia: Explosão na unidade petroquímica da UnionCarbide à Bophal

1994 Dezembro, Iowa, EUAEUA: Explosão numa unidade de fabrico de adubos, com origem no neutralizador, onde o ácido nítrico e a amónia (gás) eram misturados ao nitrato de amónio. Impurezas no nitrato de amónio (matéria orgânico e cloretos) e a altas temperaturas terão estado na origem da explosão, 4 mortos e vários feridos

15

Explosão com origem Explosão com origem numanuma reacreacçção quão quíímicamica

AGENTES FUNDAMENTAISCombustível (ME)Oxidante

Condições gerais que podem influenciar a reacção química:

Temperatura do meioPressão do meioVolume do confinamentoEnergia de activação do ME - ETaxa de decomposição térmica do ME - kEstrutura molecular e ligações atómicasDensidade do MERelação Oxidante/Material Energético (Concentração)

16

Explosão de vapor por Explosão de vapor por expansão de líquido saturadoexpansão de líquido saturado

A rotura violenta de uma recipiente sobre pressão, contendo líquido e vapor saturados a uma pressão bastante superior à pressão atmosférica, faz com que a evaporação súbita de grande massa de líquido produza uma nuvem de vapor de grande extensão.

17

Explosão de vapor por Explosão de vapor por expansão de hidrocarboneto saturadoexpansão de hidrocarboneto saturado

Cenários possíveis:Vapor inflamávelFonte de ignição presenteCombustão na forma de uma bola de fogo ascendente

18

Explosão junto a camião cisternaExplosão junto a camião cisterna

19

Explosão de um Explosão de um camiãocamião--cisternacisterna

20

Correlações da bola de fogo Correlações da bola de fogo gerada pela explosão de gerada pela explosão de

hidrocarbonetoshidrocarbonetos

Dmax = 5,25 m0,314

τ1/2 = 1,07 m0,181

qr(max) = 828 m0,771 / R2

zP = 12,73 VVa1/3

m [kg] – massa de combustível no reservatório

Dmax [m] – diâmetro máximo da bola de fogo

τ 1/2 [s] – semi-largura do impulso de radiação térmica

qr (max) [kW/m2] – radiação térmica recebida à distância R [m] da bola de fogo

zP [m] – altura de elevação da bola de fogo

VVa [m3] – volume do vapor combustível à pressão e temperatura atmosféricas

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Caso de explosão de umaCaso de explosão de umasuspensão de poeirassuspensão de poeiras

Causas iniciadoras da explosãoEnergia Volume Duração Temperatura Pressão Local

Características do confinamentoEscala Geometria Estado da superfície Obstáculos Aberturas

Propriedades das poeirasPoder Calorfíco Granulometria Voláteis Humidade Densidade

Propriedades da mistura explosivaConcentração (poeira/gás/oxidante)

Pressão e Temperatura de iniciação Turbulência Inertes

Existe risco quando as poeiras têm diâmetro ≤ 400 µm e estão suspensasno ar com concentrações entre os limites inferior e superior de explosividade

22

As poeiras sejam combustíveisAs poeiras formem com o ar uma mistura relativamente homogénea (nuvem) de concentração convenienteAs poeiras apresentem uma granulometrica adequadaAs explosões de nuvens de poeiras podem ocorrer nas mesmas condições em que ocorrem explosões de nevoeiros (gotículas de líquidos inflamáveis em suspensão no ar)Exista uma energia de activação (fonte de inflamação ou uma determinada elevação de temperatura) capaz de induzir nas poeiras da nuvem uma reacção cujo balanço global seja exotérmico e que pode ser:

• Uma oxidação da superfície da nuvem (preponderante no caso de poeiras metálicas)

• Uma pirólise acompanhada de emissão de gases combustíveis que formam à volta de cada partícula uma mistura explosiva que se inflama (reacção muito importante nas substâncias orgânicas, poeiras de carvão sendo que para estas a pirólise tem início a temperaturas entre 350ºC e 500ºC), acompanhada pouco tempo depois pela combustão dos resíduos sólidos.

Condições favoráveis para ocorrer umaCondições favoráveis para ocorrer umaexplosão de poeiras ou nevoeirosexplosão de poeiras ou nevoeiros

23

Factores que influenciam a Factores que influenciam a explosividadeexplosividade de poeirasde poeiras

Vel

ocid

ade

de c

resc

imen

to d

a pr

essã

o (p

sig)

Diâmetro médio das partículas (µm)

Con

cent

raçã

o m

ínim

a de

exp

losã

o (g

/m3 )

Ene

rgia

mín

ima

de in

flam

ação

(mJ)

Pres

são

máx

ima

(psi

g)

24

Concentrações explosivasPara cada tipo de poeira existe uma concentração mínima, abaixo da qual a explosão não se produzA concentração mínima de explosividade depende essencialmente da granulometria, da energia mínima de activação, do volume e daforma dos locais. As concentrações mínimas de explosividade de poeiras não são conhecidas com tanta precisão como as dos gases inflamáveisAs concentrações mínimas de explosividade de poeiras de dimensões inferiores a 100 mm estão normalmente compreendidas entre 20 g/m3 e 100 g/m3, existindo nessa gama uma maior base de informação

• As concentrações máximas de explosividade de poeiras, acima das quais a sua explosão já não é possível são bem menos conhecidas que as dos gases inflamáveis; são da ordem de 1 kg/m3 a 3 kg/m3, não fazendo sentido para estes valores de concentrações falar de nuvens de poeiras

Factores que influenciam a Factores que influenciam a explosividadeexplosividade de poeirasde poeiras

25

Presença de humidadeA presença de humidade sob a forma de vapor de água diminui a explosividade das poeiras por diversas formas:

• Favorece a coesão das poeiras e a sua aglomeração• Diminui a formação de cargas de electricidade estática • Absorve o calor

Factores que influenciam a Factores que influenciam a explosividadeexplosividade de poeiras e de nevoeirosde poeiras e de nevoeiros

26

Factores de influência na Factores de influência na explosividadeexplosividade de de poeiras e de nevoeirospoeiras e de nevoeiros

Composição da atmosferaA diminuição do oxigénio no ar impede a inflamação das poeiras, embora poeiras de magnésio, zircónio, titânio e urânio possam ser inflamadas em atmosferas com fraca proporção de oxigénioUma das formas de prevenir a explosão de poeiras é diminuir a proporção de oxigénio no ar por diluição de um gás inerte (N2, árgon, ou CO2) ou pela introdução de poeiras inertes, em quantidade suficiente

Percentagem máxima de O2 para prevenir a explosão de poeiras obtidas por diluição do ar com CO2 ou N2

27

De uma maneira geral, as explosões de poeiras seguem o regime de deflagração; excepcionalmente, algumas poeiras como as de alumínio, podem em condições especiais (em canalizações) dar origem a regime de detonação

À semelhança dos gases e vapores de líquidos, a violência das explosões de poeiras é caracterizada pela:

Sobrepressão máxima• Em função da natureza das poeiras, granulometria,

concentração, forma e volume do local, a sobrepressão máxima pode variar normalmente entre 3 bar a 10 bar.

Velocidade máxima de crescimento da pressão• Em função do tipo de poeira o valor de dp/dt máx pode variar de

alguns bar/s a 1000 bar/s

Caracterização das explosões de poeirasCaracterização das explosões de poeiras

28

A chama da reacção propaga-se na nuvem, sendo precedida por uma onda de pressão provocada pela expansão dos gases quentes, sustentada pela combustãoAs poeiras que estiverem depositadas nas paredes de contentores (nomeadamente em canalizações) onde se desenvolve a explosão, podem em consequência da primeira explosão ser desprendidas e dar origem a explosões sucessivasA inflamação duma camada de poeiras acumuladas gera remoinhos gasosos, capazes de colocar as restantes poeiras em suspensão, podendo seguir-se uma explosão

Mecanismos de formação e propagação das Mecanismos de formação e propagação das explosões de poeiras e nevoeirosexplosões de poeiras e nevoeiros

29

Dados sobre Dados sobre Explosividade de poeirasExplosividade de poeiras

1256,725010Zinco

1388,520030Açúcar

467,6200107Policloreto de Vinil

1018,43025Polipropileno

2699,43021Polimetilmetacrilato

20210,3-7Cortiça

1299,26024Carvão Bituminoso

41512,43029Alumínio

(dP/dt)max V1/3

[bar m/s]Pmax[bar]

Concentração Explosiva

Mínima [g/cm3]

d50 [µm]Material

30

Origem das explosõesOrigem das explosões

QuímicasFase sólidaFase líquidaFase gasosa

FísicasPneumáticas Gases sob pressãoHidraúlicas Liquídos sob pressãoMecânicas Ruptura/desintegração de uma estrutura

NuclearesDe acordo com o critério definido podem ocorrer sequencialmente diferentes tipos de explosões.ExplosãoExplosão -- termo abrangente de todos os fenómenos de reacção violenta

31

Tipos de fenómeno Tipos de fenómeno que podem decorrer de que podem decorrer de

uma reacção química rápida?uma reacção química rápida?

Deflagração consagra uma reacção química cuja frente de reacção se propaga com uma celeridade inferior àceleridade do som nesse material.

Detonação caracteriza-se por uma reacção química cuja frente de reacção se propaga com uma celeridade superior à do som no material.

Transição deflagração-detonação é possível quando ocorre um aumento da turbulência e da pressão na frente de reacção, a ponto de provocar uma aceleração da sua celeridade relativamente à da frente sónica.

32

Diferenças entre Diferenças entre detonação e deflagração?detonação e deflagração?

Detonação Deflagração

D / c 5 - 10 0,00001 - 0,03

p / po 13 - 55 0,98 - 0,976

T / To 8 - 21 4 - 16

ρ / ρo 1,4 - 2,6 0,06 - 0,25

33

Onda de pressão aéreaOnda de pressão aérea

Uma certa quantidade de energia é libertada instântaneamente, num ponto da atmosfera, resultando daí a formação duma onda de pressão. Essa onda é designada geralmente por onda de sopro (blast wave)Zona de sobrepressão e zona de depressão

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Evolução da Evolução da pressão com a distânciapressão com a distância

Os efeitos de uma onda de choque na sua propagação no espaço estão directamente relacionados com a energia libertada através de uma lei de expoente (1/n)

Distância de segurança: para explosivos (DL nº139/2002)D = K x P(1/n)

D – Distância de segurançaK - Factor experimental que tem em conta o tipo de explosivo e as condições do local onde se produz a explosão e as do local aprotegerP - Quantidade de explosivon - Parâmetro empírico que varia entre 2 e 6, reflectindo a natureza dos efeitos produzidos

35

Danos sérios nas instalações industriais; Destruição de reservatórios; Efeito dominó

350

Danos muito severos; Colapso de paredes de alvenaria; Derrube de veículos rodoviários pesados carregados e ferroviários

700

Dano moderado em edifícios (eventualmente com colapso). Estruturas em aço distorcidas; Fissura e quebra de paredes de betão não armado de 20 a 30 cm de espessura; Ferimentos sérios devido a projecções de vidros

210

Distância de segurança para estradas; Distância mínima de separação para edifícios não reforçados; Quebra de placas de fibrocimento; Deslocação e flexão de placas onduladas e painéis de madeira; Ferimentos em pessoas

70

Danos significativos nos vidros; Distância de segurança para habitações40

“Distância de segurança”; 10% dos vidro partem-se20

Começam a quebrar-se os vidros das janelas7

Barulho muito grande (140 dB)

Efeitos sobre as estruturasPressão [mbar]

Efeitos de uma onda de choqueEfeitos de uma onda de choque

36

Início de lesões mortais2450

50% das pessoas sofrem lesões mortais15103500

1080

755

465

260

110

Velocidade de vento equivalente

[km/h]

2100

99% das pessoas sofrem lesões mortais4550

1400

Lesões pulmonares1050

700

Rotura de tímpano350

140

Derrube das pessoas70

Efeitos sobre as pessoasPressão [mbar]


37


38

Efeitos da explosãoEfeitos da explosão

Projecção de estilhaços

Os estragos causados pela projecção de estilhaços são em geral menos significativos que os efeitos da onda de pressão, a qual em princípio provoca estragos bastante mais elevados

É necessário no entanto ter em conta este efeito e calcular a distância máxima de projecção

A experiência mostra que raramente são encontrados estilhaços a uma distância superior a

50 m (-1/3) m – [kg]

o que corresponde a uma sobrepressão de 0,02 bar

39

Violência da explosãoViolência da explosão

A rotura e o colapso do confinamento onde ocorre uma explosão depende da pressão máxima Pmax e da taxa máxima de subida de pressão (dp/dt)max.Estas duas grandezas são funções da mistura explosiva contida no volume em causa e das suas características geométricas.A subida de pressão para o caso de materiais energéticos está relacionada com a propagação sustentada de uma reacção exotérmica no espaço disponível.A propagação da reacção está directamente associada à taxa de reacção, exprimindo esta a quantidade de ME consumido por unidade de tempo e volume

40

Energia de activação Energia de activação -- EE

E – é a energia necessária para fazer o sistema os reagentes a um estado activo complexo que pode levar os reagentes a passar a produtos

41

Taxa de reacção de um METaxa de reacção de um ME

k = Z exp (-E/RT) - expressão de ArrhéniusZ – constante pré-exponencial que exprime a frequência de colisões induzidas pela condições térmicas do volume em análise, as concentrações dos componentes e a temperaturaZ ∈ [1012; 1020] 10000 K < E/R < 20000 K

-E/Rln k

1/T

42

Velocidade de Velocidade de propagação de chamapropagação de chama

É medida perpendicularmente à superfície da chama

VF α (Γ k)1/2

Γ - coeficiente de difusibilidade térmica da misturaK – condutividade térmica da mistura

VF aumenta quando:- temperatura aumenta- capacidade calorífica dos inertes

diminui- Estequiometria se apromixa de 1.

1

VF

Riqueza

43

Velocidade de Velocidade de propagação de chama propagação de chama

para diversos combustíveispara diversos combustíveis

44

VVFF de diversos combustíveisde diversos combustíveis

1,0051,246,449,951,248,4-Propileno

1,1373,572,073,068,060,050,0Etileno

1,25155154151144130107Acetileno

1,0139,933,438,439,837,633,0Isopentano

1,0844,839,844,743,438,330,0Metano

1,0646,442,446,245,642,3-Propano

1,1447,647,347,344,540,636,0Etano

φ p/ VFmaxVFmaxφ =1,2φ =1,1φ =1,0φ =0,9φ =0,8

45

Pressão máxima Pressão máxima atingida numa explosão de gásatingida numa explosão de gás

p V = n RT = m (R/M) T

pmax/po = (Mo/Mb) (Tb/To)

pmax – pressão máxima atingidapo – pressão inicialMo – massa molecular média dos reagentesMb – massa molecular média dos produtosTo – temperatura inicialTb – temperatura final dos produtos

46

Pressão máxima Pressão máxima atingida numa explosão de gásatingida numa explosão de gás

7,9Propano

7,65Pentano

7,05Metano

6,9Hidrogénio

6,6Etilbenzeno

8,0Etileno

7,8Etano

8,0Butano

P max [bar]Gás

47

Limites de inflamabilidadeLimites de inflamabilidade

Temperaturas baixas ⇒ baixas taxas de reacção

Existe uma gama restrita de condições que dão origem a taxas de reacção suficientemente elevadas para permitir combustão auto-sustentada.

Limites de inflamabilidade –corresponde às percentagens volumétricas de combustível na mistura gasosa entre as quais épossível ter uma combustão auto-sustentada.

48

Variação dos limites de Variação dos limites de inflamabilidadeinflamabilidade

Limite inferior de inflamabilidade (LII) diminuiLimite superior de inflamabilidade (LSI) aumenta

QUANDO:

Capacidade calorífica dos inertes diminuiConcentração de oxigénio aumentaTemperatura dos reagentes aumentaPressão aumenta acima de 1 bar

Obs: As variações são muito mais acentuadas no LSI do que no LII

49

Limites de inflamabilidadeLimites de inflamabilidadede alguns combustíveisde alguns combustíveis

Determinados à pressão atmosférica e temperatura ambiente num tubovertical de 50 mm de diâmetro co propagação de baixo para cima

194,3Etanol367,3Alcool metílico7,11,4Benzeno802,5Acetileno

10,32,4Propileno323,1Etileno9,52,2Propano12,53,0Etano155,3Metano

LSI (% Volumétrica)LII (% Volumétrica)Combustível

50

Limites de Limites de inflamabilidade em Ar e Oinflamabilidade em Ar e O22

LSILSILIILII

527,51,21,2Hexano498,41,81,8Butano6612,533Etano55102,22,2Propano611455Metano80362,92,7Etileno93802,52,5Acetileno947444Hidrogénio79281515Amoníaco94751612COO2ArO2Ar

51

Influência da Influência da temperatura temperatura no LIno LI

52

Influência da Influência da pressãopressão no LIno LI

53

Domínio de temperaturasDomínio de temperaturas de de inflamabilidadeinflamabilidade

-34/-40 a -12/-7Gasolinas (auto)

22 a 60Xileno

4 a 37Tolueno

-27 a 7Hexano

-12 a 14Benzina

40 a 58Ácido acético

-18 a 7Acetona

10 a 37Álcool Metílico

12 a 39Álcool Etílico

LI ∈ [ ] - (ºC)Combustíveis líquidos

54

Cálculo dos limites de inflamabilidade de Cálculo dos limites de inflamabilidade de misturas de gases e/ou vaporesmisturas de gases e/ou vapores

Lei de Le Chatelier

LI = 100 x 1 / [Σ (ni / LIi)]

ni - % volumétrica do combustível i

LIi – Limite de inflamabilidade do combustível i

55

Tipos de igniçãoTipos de ignição

ProvocadaOrigem num fornecimento localizado de energia à mistura explosiva

Descarga eléctrica (Faísca)ChamaSuperfície quente

EspontâneaOrigem no aquecimento progressivo da mistura explosiva causado pelas reacções químicas que ela vai sofrendo. Quando o calor libertado nas reacções químicas exotérmicas que ocorrem na mistura explosiva é superior ao calor libertado para o exterior.

56

Energia mínima de igniçãoEnergia mínima de ignição

Em Em

dextinção 1 Riqueza

Em aumenta quando: p d

d

57

Energia mínima de igniçãoEnergia mínima de igniçãovsvs

distância e diâmetro dos eléctrodosdistância e diâmetro dos eléctrodos

58

Atraso de ignição Atraso de ignição –– ττigig de de partículas sólidas combustíveispartículas sólidas combustíveis

τig aumenta quando:

Temperatura da mistura diminuiPressão da mistura diminuiA diluição da mistura diminui

59

EEm (ignição)m (ignição) em Ar e O2em Ar e O2

6288Hexano

9250Butano

0,217Acetileno

170Etileno

2250Etano

1,217Hidrogénio

O2Ar

Em [µJ]Em [µJ]

60

Largura da célula de detonaçãoLargura da célula de detonação

Corresponde à dimensão transversal das células geradas pela estrutura transversal da onda de detonaçãoλ ∈ [1; 30] cmQuanto menor a largura da célula de detonação mais favorável é a propagação da detonação.

9300028,0Metano210 a 3406,9Propano

535,4Propileno130 a 1705,4 a 6,2Etano

43 a 632,8Etileno4,71,5Hidrogénio530,98Acetileno

Eini [kJ]λ [cm]Gases

61

Diâmetro crítico de detonaçãoDiâmetro crítico de detonação

62

Diâmetro crítico de detonaçãoDiâmetro crítico de detonaçãoInfluência do diâmetro e natureza do confinamento

na velocidade de detonação

63

Prevenção de explosões de Prevenção de explosões de gases ou vaporesgases ou vapores

Reduzir a concentração para valores inferiores ao LII ou aumentá-la para valores superiores ao LSIReduzir a concentração por ventilação (ventiladores de extracção, entradas e saídas de ar afastadas)Manutenção da concentração acima do LSI (recipientes fechados).

Nota: Mesmo depois de esvaziado os reservatórios que tenham contido líquidos inflamáveis, pelos resíduos no fundo e paredes podem emitir vapores inflamáveis.

Introdução de um gás inerte num espaço confinado onde se encontra uma mistura combustível vai provocar uma diminuição da concentração de O2 da mistura (N2, CO2, vapor de água)

Na zona de descarga da mistura combustível deve haver cuidados especiais, pode ser inflamável, tóxica ou asfixiante

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Proibição de execução de trabalhos em que haja lugar a chama em espaço aberto

Soldadura, corte, fumar, aparelho de aquecimento com chama nua

Vigiar as superfícies aquecidas (canalizações, aparelhos de aquecimento) e isolar termicamente as superfícies quentesEvitar operações susceptíveis de originar faíscas por partículas metálicas arrancadas a uma material por choque ou fricção; bem como equipamentos como: mós, martelos, trituradoresEvitar instalações eléctricas não protegidas (protecções blindadas)

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Evitar acumulação de cargas electrostáticas, que ocorrem quando existe movimento relativo de dois corpos, sendo pelo menos um deles um isolante (eg. escoamento de líquidos isolantes, escoamento de gás com poeiras em suspensão, atrito de correias de transmissão, manipulação de materiais plásticos)

Ligação à TerraHumidificação da atmosferaAumento da condutividade de materiais isolantes

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Bomba de gasolinaBomba de gasolina

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Prevenção de explosões de Prevenção de explosões de poeiraspoeiras

Eliminar a presença de poeiras em quantidades perigosas

Limpeza de depósitos de poeiras antes de atingirem 1 mm de espessura e humidificação aquando da sua limpezaAcabamento superficial de aparelhos ou canalizações susceptíveis de favorecer a acumulação de poeiras e evitar vibraçõesAcabamento das superfícies e juntas (pavimentos e paredes lisas, bem niveladas e com juntas convenientemente tratadas)Estanquicidade dos aparelhos que emitem poeirasEvitar variações bruscas de direcção e diâmetro em condutas de transporte pneumático

Inertização da atmosferaIntroduzir poeiras inertes (eg. poeiras de rocha, cimento)

Suprimir as fontes de inflamação

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Medidas preventivas para reduzir ou eliminar os riscos de explosão de poeiras

Concepção e construção dos locais de modo a reduzir depósitos e nuvens de poeiras inflamáveis através de:

• Protecção contra vibrações• Supressão de ângulos mortos e recônditos• Supressão ou redução de fontes emissoras de poeiras. • Eliminação de depósitos de poeiras• Humidificação aquando da sua limpeza• Separação, sempre que possível, dos locais poeirentos dos outros

Prevenção dos riscos de Prevenção dos riscos de explosão de poeirasexplosão de poeiras

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Extracção e transporte pneumático de poeiras inflamáveis• Os ventiladores de extracção devem ser situados sempre que possível a

jusante dos órgãos de separação e dispor de entrada própria• A construção dos ventiladores de extracção deve impedir choques

acidentais entre partes fixas e móveis (produção de faíscas)• Condutas

– materiais das condutas materiais condutores para impedir a formação de electricidade estática

– evitar variações bruscas de direcção e diâmetro – evitar variações de velocidade do ar na conduta

- as velocidades desejáveis situam-se entre 15 m/s a 25 m/s, conforme os produtos

• Eliminação de objectos estranhos ou partículas que possam produzir faíscas (dispositivos de retenção magnética ou separação por gravidade)

• Limpeza periódica das condutas• Poeiras emitidas incandescentes ou muito quentes (máquinas de moer,

polidoras…) extinção ou arrefecimento precedido de detecção por infravermelhos


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Medidas de protecção para limitar os efeitos da explosão

Alçapões de descarga de explosões

Os efeitos das explosões de poeiras que não puderem ser prevenidas podem ser minimizadas por alçapões (ou discos de ruptura) ou limitados por extintores especiais.Permitem descarregar a sobrepressão produzida por uma explosão, de modo a baixar a pressão no interior do recipiente onde a explosão ocorreu.

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Medidas de protecção para limitar os Medidas de protecção para limitar os efeitos da explosãoefeitos da explosão de poeirasde poeiras

Alçapões de descarga de explosõesDescarregam intencionalmente uma bola de fogo na atmosfera contendo a energia total da explosão

• As consequências da libertação da bola de fogo pode ser catastrófica. A localização dos alçapões tem de ser criteriosamente considerada. Muitas vezes a descarga faz-se para uma conduta que dirige o gás da descarga para um local apropriado

Devem ser localizados o mais próximo possível dos locais em que se prevê possa iniciar-se a explosão

• No caso de não ser possível prever a localização das explosões éconveniente repartir-se a superfície dos alçapões pela totalidade do recinto, em particular se se trata de canalizações, sendo preferível construir as canalizações suficientemente resistentes para resistirem às explosões que aí possam ocorrer

– Canalizações resistentes a pressões da ordem de 10 bar– Em canalizações os alçapões são espaçados de cerca de 6 m e devem

impedir a entrada em regime de detonação

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Cálculo da área dos alçapões de descargaO dimensionamento dos alçapões é feito essencialmente em função da velocidade de crescimento da pressão, da pressão máxima atingida e da resistência do recinto a proteger

Os obturadores dos alçapões, são constituídos por membranas descartáveis ou discos de ruptura, ou ainda por dispositivos móveis, válvulas de segurança que se podem fechar depois da pressão

Modelos de cálculo baseados na resistência dos recipientes• Recipientes de baixa resistência (Swift-Epstein)• Recipientes de alta resistência (Bartknecht-Simpson)

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Confinamento fraco:

RED

SV

PACA ⋅

=

AV – Área do alçapão [m2]C – Constante característica do combustível [psig1/2 ou kPa1/2] – Obtido a partir de tabelaAS – Área interna do compartimento ou reservatório [m2]PRED – Sobrepressão limite [kPa]

0,35 psig < PRED < 12,5 psig (PRED<1,5 psig in NFTA)PRED – Pv > 0,35 psi, Pv – pressão de abertura do alçapãoL/d ≤ 3

Condição de aplicabilidade da eq.:

(Modelo de Swift-Epstein)

Cálculo da área dos alçapões Cálculo da área dos alçapões de descargade descarga

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Cálculo da área dos Cálculo da área dos alçapões de descargaalçapões de descarga

Confinamento forte:

A – Área do alçapão [m2]V – Volume do recipiente [m3]PRED – Sobrepressão máxima admissível [bar g]

kG, KST – gás/poeiras; parâmetro de lei cúbica [bar. m/s]

cRED

bST

3/2v PKaVA =

(Modelo de Bartknecht-Simpson)

a = 0,000571 exp (2 Pstat)b = 0,978 exp (-0,105 Pstat)c = -0,678 exp (0,226 Pstat)

Onde:0,1 < Pstat < 0,5 bar

Pstat + 0,1 < PRED < 2 bar1 < V < 1000 m3

50 < kST < 600 (para poeiras)L/d <5

Condição de aplicabilidade:

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Transporte mecânico de poeiras inflamáveis• Neste tipo de transporte, que é utilizado frequentemente à

saída de trituradores, peneiros, silos, é aconselhável que entre os equipamentos referidos e os dispositivos de transporte seja introduzido um dispositivo de isolamento, para evitar a descarga electrostática do veículo de transporte.

Silos• Operações de carga e descarga podem originar formação de

nuvens de poeiras. Para o evitar a descarga deve ser efectuada através duma manga cilíndrica interior ao silo e fendida segundo uma ou mais geratrizes. Uma instalação de extinção automática é muitas vezes necessária.

Prevenção dos riscos de explosão de Prevenção dos riscos de explosão de poeiraspoeiras

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Medidas de inertização da atmosfera• Além do já referido paras as gases inflamáveis, a

inertização pode neste caso ser obtida usando poeiras inertes (poeiras de rocha, cimento, cloreto ou bicarbonato de sódio,…) ou introduzindo um gás inerte (azoto, dióxido de carbono)

• As poeiras inertizantes devem ter uma granulometria e uma densidade próximas das poeiras explosivas

• A proporção de poeiras inertizantes na mistura da suspensão de poeiras deve ser da ordem dos 40% a 80%


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Medidas destinadas a suprimir as fontes de inflamaçãoTodas as considerações feitas para as gases inflamáveis são aqui aplicáveis

Chamas nuas e superfícies aquecidas• As superfícies aquecidas não devem ultrapassar a temperatura de inflamação da

nuvem ou de preferência 2/3 desse valorFaíscas decorrentes de acções mecânicas ou produzidas por equipamento eléctrico

• A energia das faíscas necessária à inflamação de nuvens de poeiras é da ordem de 100 vezes maior do que a requerida para iniciar explosões de gás

• Para reter as faíscas devem ser usado dispositivos de captação– Captação (dispositivos magnéticos)– Retenção (filtros e peneiros)– Eliminação por gravidade

Faíscas produzidas por equipamento eléctrico• Deve ser impedida a utilização de equipamentos eléctricos que produzam faíscas

ou situações que conduzam à formação de arco eléctrico em locais com nuvens de poeiras explosivas

• Deve ser impedida a formação de depósitos de poeiras condutoras nas superfícies de equipamentos em tensão


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DL nº 139/2002DL nº 139/2002Regulamento de segurança dos estabelecimentos de Regulamento de segurança dos estabelecimentos de fabrico ou de armazenagem de produtos explosivosfabrico ou de armazenagem de produtos explosivos

Estabelece normas e procedimentos particulares de segurançaindustrial a que devem obedecer a implantação, a organização e ofuncionamento dos estabelecimentos de fabrico ou de armazenagem de produtos explosivos para utilização civil

Produtos explosivos: matérias e objectos da classe 1 que figuram no RPEProdutos explosivos e objectos da classe 1 – RPE

A) Matérias explosivas: matérias sólidas ou líquidas, ou misturas, susceptíveis, por reacção química , de libertar gases a umatemperatura, a uma pressão e a uma velocidade tais que podem causardanos nas imediaçõesB) Matérias pirotécnicas: …C) Objectos explosivos: objectos que contêm uma ou várias matériasexplosivas e ou matérias pirotécnicasD) Matérias e objectos não mencionados anteriormente com vista a produzir uma explosão

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Divisões de riscosDivisões de riscosDivisão de risco 1.1 - Risco de explosão em massa: matérias e objectos susceptíveis de produzir uma explosão em massa (uma explosão em massa é uma explosão que afecta de modo praticamente instantâneo a quase totalidade da carga)Divisão de risco 1.2 - Risco de projecções: matérias e objectos que apresentam risco de projecções, sem risco de explosão em massaDivisão de risco 1.3 - Risco de fogo em massa: matérias e objectos que apresentem risco de incêndio, podendo da sua combustão resultar uma forte radiação térmica, mas cujo risco de sopro ou de projecções seja ligeiro, ou ambos, sem que haja risco de explosão em massaDivisão de risco 1.4 - Risco de fogo moderado: matérias e objectos que apenas apresentam perigo mínimo no caso de ignição ou de iniciação. Os efeitos são essencialmente limitados ao próprio volume e normalmente não dão lugar à projecção de fragmentos apreciáveis ou susceptíveis de percorrer uma elevada distância. Um incêndio exterior não deve provocar a explosão praticamente instantânea da quase totalidade do conteúdo do volumeDivisão de risco 1.5 - Matérias muito pouco sensíveis, comportando um risco de explosão em massa, mas cuja sensibilidade à iniciação é tal que, em condições normais, será pouco provável a sua iniciação e a transição de deflagração a detonaçãoDivisão de risco 1.6 - Objectos muito pouco sensíveis, com características detonantes, mas não comportando risco de explosão em massa. Estes objectos são muito pouco sensíveis e têm uma probabilidade quase negligenciável de iniciação. 0 risco ligado aos objectos desta divisão 1.6 é limitado à explosão de um único objecto

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Distâncias de segurançaDistâncias de segurança

As distâncias de segurança devem ser tais que no mínimo, sejam capazes de impedir queimpedir que::

uma explosão verificada num edifício se possa transmitir a uma explosão verificada num edifício se possa transmitir a outros por simpatiaoutros por simpatia, ou que um incêndio ou uma explosão se possam propagarum incêndio ou uma explosão se possam propagar em consequência do calor radiante desenvolvido ou das projecções de material incandescente.

As distâncias de segurança devem ser superiores às distâncias desimpatia correspondentes aos produtos explosivos existentes nos edifícios e, simultaneamente, não ser inferiores a 10 m, para garantir protecção contra a acção do calor radiante, ou a 15 m para garantir protecção contra os efeitos das projecções de material incandescente, mesmo nos casos em que o cálculo permita concluir que se poderiam adoptar valores menores para distâncias de simpatia.

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Tipos de distância de segurançaTipos de distância de segurança

Consoante a natureza e a finalidade dos locais a proteger dos efeitos de um acidente num edifício contendo produtos que oferecem risco de fogo ou de explosão, assim se devem distinguir, por ordem crescente de exigências de segurança, os seguintes tipos de distâncias de segurança:

Distâncias entre edifícios de armazenagem;Distâncias entre edifícios de linhas de fabrico;Distâncias entre edifícios de armazenagem e edifícios de linhas de fabrico;Distâncias a vias de comunicação (caminhos, estradas, vias férreas, fluviais ou marítimas) destinadas ao serviço público;Distâncias a edifícios habitados (residências, escolas, hotéis, hospitais, igrejas, teatros, cinemas, estabelecimentos comerciais, locais de reunião, de desporto ou de recreio, etc.)

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Prevenção de incêndiosPrevenção de incêndios

Nos locais onde existam produtos explosivos ou substâncias inflamáveis e nas áreas de segurança assinaladas é proibido seré proibido ser--se se portador de telemóveis, fósforos, acendedores, ou outros objectoportador de telemóveis, fósforos, acendedores, ou outros objectos s que produzam chama ou faíscaque produzam chama ou faísca.Nestes locais é proibido depositar ou abandonar matérias que proibido depositar ou abandonar matérias que possam oferecer perigo de autopossam oferecer perigo de auto--inflamaçãoinflamação.Com a finalidade de evitar a acumulação de detritos ou de poeiras, todos os edifícios de fabrico ou armazenagem devem ser limpos edifícios de fabrico ou armazenagem devem ser limpos com frequência e cuidadosamentecom frequência e cuidadosamente, para o que devem estar apetrechados com o necessário material de limpeza.Os resíduosOs resíduos retirados dos pavimentos devem ser colocados devem ser colocados separadamente em recipientes apropriadosseparadamente em recipientes apropriados e destinados exclusivamente para este fim.Os locais ou compartimentoslocais ou compartimentos onde se trabalhe com produtos explosivos ou substâncias inflamáveis devem ser isolados entre si devem ser isolados entre si por portas cortapor portas corta--fogofogo, dotadas de dispositivos de fecho automático.

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Protecção individualProtecção individual

Um trabalhador nunca se deve encontrar sozinho no Um trabalhador nunca se deve encontrar sozinho no local de laboração com explosivoslocal de laboração com explosivos, a menos que exista um sistema de controlo/vigilância, que permita o aviso em caso de acidente.Os trabalhadores devem usar vestuário e calçado apropriados, limpos e livres de resíduos de substâncias explosivas sensíveis.Os trabalhadores não devem usar:

Peças de fibras sintéticasObjectos pessoais metálicosTelemóveis ou rádiosPeças com algibeiras susceptíveis de acumular poeiras explosivas, inflamáveis ou tóxicasCalçado que seja favorável à acumulação de cargas electrostáticas ou produtor de faíscas.

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Directivas Europeias Directivas Europeias sobre acidentes gravessobre acidentes graves

Directiva 2003/105/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 16 de Dezembro de 2003

Altera a Directiva 96/82/CE do Conselho relativa ao controlo dos perigos associados a acidentes graves que envolvem substâncias perigosasacidentes graves que envolvem substâncias perigosas

A Directiva 96/82/CE(4) tem por objectivo a prevenção de acidentA Directiva 96/82/CE(4) tem por objectivo a prevenção de acidentes es graves que envolvem substâncias perigosas e a limitação das suasgraves que envolvem substâncias perigosas e a limitação das suasconsequências para o homem e o ambiente, tendo em vista consequências para o homem e o ambiente, tendo em vista assegurar, de maneira coerente e eficaz, níveis de protecção assegurar, de maneira coerente e eficaz, níveis de protecção elevados em toda a Comunidade elevados em toda a Comunidade DecretoDecreto--Lei nLei nºº 164/2001, de 23 164/2001, de 23 de Maiode Maio

A Directiva 2003/105/CE A Directiva 2003/105/CE iinclui alterações decorrentes:Do acidente com artigos pirotécnicos, ocorrido em Enschede, nos Países Baixos, em Maio de 2000, decorrente do armazenamento e fabrico de substâncias pirotécnicas e explosivas. A definição dessas substâncias na Directiva 96/82/CE é esclarecida e simplificada na Directiva 2003/105/CEDa explosão ocorrida numa fábrica de adubos em Toulouse, em Setembro de 2001, realçou o risco de acidentes decorrente do armazenamento de nitrato de amónio e de adubos à base de nitrato de amónio, em especial de resíduos do processo de fabrico ou de matérias devolvidas ao fabricante. As categorias existentes de nitrato de amónio e de adubos à base de nitrato de amónio referidas na Directiva 96/82/CE são revistas.

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Directivas EuropeiasDirectivas Europeias

Decreto-Lei nº 236/2003 de 30 de SetembroMinistério da Segurança Social e do TrabalhoTranspõe para a ordem jurídica nacional a Directiva nº 1999/92/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 16 de Dezembro, relativa às prescrições mínimas prescrições mínimas destinadas a promover a melhoria da protecção da destinadas a promover a melhoria da protecção da segurança e da saúde dos trabalhadores susceptíveis de segurança e da saúde dos trabalhadores susceptíveis de serem expostos a riscos derivados de atmosferas serem expostos a riscos derivados de atmosferas explosivasexplosivas.Decreto-Lei n.º 112/96 de 05 de AgostoMinistério da EconomiaEstabelece as regras de segurança e de saúde relativas regras de segurança e de saúde relativas aos aparelhos e sistemas de protecção destinados a ser aos aparelhos e sistemas de protecção destinados a ser utilizados em atmosferas potencialmente explosivasutilizados em atmosferas potencialmente explosivas

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Directivas EuropeiasDirectivas Europeias

Directiva 94/9/CEA Directiva 94/9/CEaplica-se aos aparelhos e sistemas de protecçãoaparelhos e sistemas de protecção(equipamentos de mina e de superfície), eléctricos e não eléctricos e não eléctricos, utilizados em atmosferas potencialmente eléctricos, utilizados em atmosferas potencialmente explosivasexplosivas, bem como aos dispositivos utilizados fora de atmosferas potencialmente explosivas relacionados com os aparelhos nelas instalados.DIRECTIVA 1999/92/CE DO PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHOde 16 de Dezembro de 1999relativa às prescrições mínimas destinadas a promover a melhoria da protecção da segurança e da saúde dossegurança e da saúde dostrabalhadores susceptíveis de serem expostos a riscos trabalhadores susceptíveis de serem expostos a riscos derivados de atmosferas explosivasderivados de atmosferas explosivas

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ReferênciasReferências

1. Explosives Engineering (Paul Cooper), 1995.2. Combustion (Irvin Glassman), 19873. http://www.llnl.gov4. http://www.sandia.gov5. http://www.pml.tno.nl6. http://www.snpe.fr7. http://www.cea.fr8. http://www.hse.uk9. http://www.ineris.fr10.http://www.yimpact.com/11.http://www2.dem.uc.pt/ap3e

Associação Portuguesa de Estudos e Engenharia de Explosivos

Laboratórios

Documents

1191448382 Riscos de Explosao