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ENGENHARIA DE SEGURANÇA DO TRABALHO Proteção contra Incêndios e Explosões – Parte I

Prof. Luís Cláudio Oliveira Lopes Sala: 1Z04, E-mail: LCOL@ufu.br, 3239-4292 - Ramal: 230

1. Introdução - Incêndios e Explosões

Além dos aspectos toxicológicos, as substâncias químicas também podem apresentar risco sob a forma de fogo e explosão. A ordem mais comum para essas formas de acidentes com substâncias químicas é dada por: incêndio, explosões e vazamentos, sendo que os solventes orgânicos é a fonte de maior freqüência para os incêndios e explosões nas indústrias químicas. As perdas devido a incêndio e explosão atingem altas quantias na maioria dos ramos indústriais. As perdas adicionais de vida e de contratos são também substanciais. Para a prevenção do acidente resultante de incêndio e explosão, o engenheiro de segurança deve estar familiarizado com: (a) as propriedades dos materiais perante o fogo e explosões; (b) a natureza do fogo e dos processos de explosão, (c) os procedimentos para a redução dos riscos de incêndio e explosão e (d) a legislação e normas pertinentes. Nesse curso procuraremos abordar esses tópicos gerais particularizados para aplicações na indústria e sob os pilares da legislação brasileira. 2 Aspectos Básicos. 2.1. O fogo O fogo, ou queima, é uma rápida reação exotérmica de um combustível em ignição. Os elementos essencias para a existência do fogo são o combustível, o comburente (agente oxidante) e uma fonte de ignição. O combustível pode ser sólido, líquido ou gasoso, mas vapores e líquidos são em geral mais facilmente levados à ignição. Na grande maioria das vezes o fogo é formado pela combustão na presença de oxigênio1. A combustão sempre acontece na fase vapor, os líquidos são volatilizados e sólidos são decompostos em vapor antes da combustão. Quando o combustível, o oxidante (comburente) e uma fonte de ignição estão presentes em níveis suficientes, então acontecerá o fogo. No fogo o que se tem é uma combustão, ou seja, uma reação química de oxidação, auto-sustentável, com liberação de luz, calor, fumaça e gases. Para que isso ocorra é necessário a união de quatro elementos essenciais ao fogo, que são: CALOR – Forma de energia que eleva a temperatura e é gerada da transformação de outra energia, através de processos físicos ou químicos. COMBUSTIVEL – É toda a substancia capaz de queimar e alimentar a combustão. Elemento que serve de campo de propagação ao fogo. COMBURENTE – É o elemento que possibilita vida as chamas, e intensifica a combustão. O mais comum é que o oxigênio desempenhe este papel, porem não é o único, existindo outros gases. REAÇÃO EM CADEIA – É a queima auto-sustentável. É da união dos três elementos acima descritos, que se gera uma reação química. Quando o calor irradiado das chamas atinge o combustível e este é decomposto em partículas menores, que se combinam com o comburente e queimam, irradiando outra vez calor para o combustível, formando um ciclo constante.

1 Algumas ocorrem em presença de cloro.

2

É comum então se definir o três elementos essenciais ao fogo na forma de um triângulo, conhecido como o triângulo do fogo:

Assim, o fogo é um processo químico que obedece rigorosamente as Leis das Proporções Definidas ou Leis de Proust, ou seja, a configuração desordenada desses três elementos não produzirá o fogo. Isso significa que o fogo não acontecerá se:

• O combustível não está presente ou não está presente em quantidade suficiente; • Um oxidante (no exemplo acima o oxigênio) não está presente ou não está presente em

quantidade suficiente; • A fonte de ignição (no exemplo acima representada pelo calor) não é energética o suficiente para

iniciar o fogo. A Extinção é o resultado da retirada de um ou mais dos componentes acima citados. Dois exemplos comuns dos três elementos que compõem o triângulo do fogo são: madeira, ar e chama de fósforo; e gasolina, ar e faísca. Contudo, outras combinações menos óbvias de substâncias químicas podem levar ao fogo e explosões. Alguns exemplos de combustíveis, oxidantes e fontes de ignição encontram-se na Tabela 1,

Tabela 1 – Agentes para a existência do fogo

Agente Sólido líquido gasoso Combustível Plástico

Pó de madeira Fibras Partículas metálicas

Gasolina Acetona Éter Pentano

Acetileno Propano CO Hidrogênio

Oxidante Peróxidos metálicos Nitrito de Amônia

H2O2 Ac. Nítrico Ac. Perclórico

O2 Fluoreto Cloreto

Fonte de ignição Faíscas, chamas, eletricidade estática, calor Todo material possui certas propriedades que o diferem dos outros, em relação ao nível de combustibilidade por exemplo, pode-se incendiar a gasolina com a chama de um isqueiro, não ocorrendo o mesmo em relação ao carvão coque. Isso porque o calor gerado pela chama do isqueiro não seria suficiente para levar o carvão coque à temperatura necessária para que ele liberasse vapores combustíveis. Cada material, dependendo da temperatura a que estiver submetido, liberará maior ou menor quantidade de vapores. Para melhor compreensão do fenômeno, definem-se algumas variáveis: Ponto de fulgor (TF) (flash point): É a temperatura mínima em que um líquido começa a desprender vapores que, se entrarem em contato com fonte externa de calor, se incendeiam2. Nesse caso as chamas não se mantêm, não se sustentam, por não existirem vapores suficientes. O ponto de fulgor em geral aumenta com o aumento da pressão. Ponto de combustão (fire point): O ponto de combustão é a menor temperatura em que os vapores acima de um líquido continuará a queimar após a ignição. A temperatura de combustão é mais elevada que a temperatura do ponto de fulgor. Temperatura de autoignição (TI): Temperatura fixa na qual encontra-se energia adequada a geração de uma fonte de ignição no ambiente. Assim, a temperatura de autoignição é a temperatura mínima na qual gases desprendidos de um combustivel se inflamam pelo simples contato com o oxigênio do ar. Uma substância só queima quando atinge pelo menos o ponto de combustão. Limites de Inflamabilidade (flammability limits): misturas ar-vapor entrarão em ignição e queimarão somente em uma faixa específica de composição. A mistura não queimará se a composição é inferior ao limite inferior de inflamabilidade3 (LFL, lower flammability limit), a mistura é muito pobre para a combustão. Uma mistura também não sofre combustão se quando a composição é muito rica, ou seja, acima do limite

2 Há vários procedimentos experimentais para a determinação do ponto de fulgor, alguns dos métodos mais comuns fornecem valores diferentes para o ponto de fulgor. 3 Também chamado por LEL (lower explosion limit);

3

superior de inflamabilidade4 (UFL, upper flammability limit). Assim, uma mistura é inflamável somente quando a compósição está entre os limites LFL e UFL. A Figura 1 apresenta um diagrama da concentração versus a temperatura e destaca como várias dessas definições se relacionam. As características de inflamabilidade de líquidos e gases encontram-se tabeladas em manuais. A Tabela 2 apresenta dados de inflamabilidade para alguns hidrocarbonetos (Crowl e Louvar, 2002) .

Figura 1: Relações entre várias propriedades de inflamabilidade

Tabela 2 – Dados de Inflamabilidade para alguns hidrocarbonetos

Composto Fórmula Energia de Explosão (kJ/mol)

Calor de Combustão

(kJ/mol) LFL* FLF* TF(

oC) TI(

oC)

Metano CH4 -818,7 -890,3 5,3 15,0 -232,5 632 Etano C2H6 -1468,7 -1559,8 3,0 12,5 -130,0 472 Propano C3H8 -2110,3 -2219,9 2,2 9,5 -104,4 493 Butano C4H10 -2750,2 -2877,5 1,9 8,5 -60,0 408 Hexano C6H14 -4030,3 -4194,5 1,2 7,5 -23,0 487 Etileno C2H4 -1332,4 -1411,2 3,1 32,0 - 490 Benzeno C6H6 -3210,3 -3301,4 1,4 7,1 -11,1 740 Tolueno C7H8 -3835,1 -3947,9 1,4 6,7 4,4 810 Ciclohexano C6H12 -3824,5 -3953,0 1,3 8,0 -17,0 259 Acetaldeido C2H4O -1132,5 -764,0 4,1 57,0 -37,8 185 Éter dietílico C4H10O -2649,7 -2751,1 1,9 48,0 -45,0 229 Ac. Acético C2H4O2 -872,4 -926,1 5,4 - 42,8 599 Hidrogênio H2 -237,4 -285,8 4,0 75,0 - 572 Nafta - - 1,2 6,0 -50 - Estireno C8H8 -4438,8 1,1 7,0 30,5 - Gasolina - - 1,4 7,6 -43 -

* (%vol de combustível no ar)

4 Também chamado de UEL (upper explosion limit);

4

Toda mistura possui uma energia mínima de ignição (MIE - Minimum Ignition Energy) e abaixo deste valor é impossível se provocar uma detonação; em função da concentração da mistura, ou seja: da quantidade de combustível em relação a quantidade de ar. A figura abaixo compara as curvas de energia de ignição do Hidrogênio com o Propano, ilustrando a energia da fonte de ignição que efetivamente provoca a detonação em função da concentração de mistura, ou seja, da quantidade de combustível em relação a quantidade de ar.

O ponto que requer menor energia para provocar a detonação é chamado de MIE (Minimum Ignition Energy), sendo também o ponto onde a explosão desenvolve maior pressão, ou seja a explosão é maior. Fora do ponto de menor energia MIE, a mistura necessita de maiores quantidades de energia para provocar a ignição, ou seja: a energia de ignição é função da concentração da mistura. Existe uma grande confusão na literatura sobre a inflamabilidade. Um problema real que existe é a aplicação de métodos fora da sua faixa de parâmetros na qual o teste foi projetado. Além disso, os vapores de certos solventes halogenados podem queimar dentro de uma faixa muito estreita no ar, mesmo assim eles não apresentam ponto de fulgor. Eles são auto extintores. Todos esses fatores têm levado a dados de inflamabilidade incorretos. De forma similar àquela com outros parâmetros físico-químicos, é crucial para os engenheiros de segurança tenham acesso a dados de ponto de fulgor baseados em um padrão de consenso para o material em questão. Esse aspecto será enfatizado posteriormente na seção 2.2. Satyanaraya e Rao (1992) mostraram que a temperatura do ponto de fulgor para substâncias puras correlaciona bem com o ponto de ebulição do líquido, nesse trabalho eles apresentaram os parâmetros para 1200 substâncias, que podem servir para avaliações (preliminares, a depender da aceitabilidade de 1% no erro reportado) em sistemas de proteção.

2 /

/ 2

( / )

(1 )

c Tb

c Tb

b c Tb eTF a

e

−

−= +

−

onde:

TF é a Temperatura de fulgor (K) a,b,c são constantes tabeladas, e Tb é a temperatura de ebulição do material (K)

Os pontos de fulgor podem ser estimados para misturas se somente um dos componentes for inflamável e se a TF desse componente for conhecido. Nesse caso a temperatura TF é estimada pela determinação da temperatura em que a pressão de vapor do componente inflamável na mistura é igual a pressão de vapor do componente puro no seu ponto de fulgor. Em casos de misturas com mais de um componente inflamável recomenda-se que essa determinação seja feita experimentalmente. Os LFL e UFL de misturas podem ser determinados através da equação de Le Chatelier5,

5 Essa equação é melhor para o LFLm do que para o UFLm devido as hipótese usadas na sua derivação.

5

1 1

1 1 e m mn n

i i

i ii i

LFL UFLy y

LFL UFL= =

= =

∑ ∑

Onde: LFL i – LFL para componente i; UFL i – UFL para componente i; yi – fração molar do componente i; n – número de espécies combustíveis A utilização da equação para LFLm requer que se conheça os limites de inflamabilidade na mesma temperatura e pressão. Contudo, em geral, a faixa de inflamabilidade aumenta com a temperatura. As equações empíricas abaixo podem ser usadas para essa análise:

25

25

0,75( 25)

0,75( 25)

T

c

T

c

LFL LFL TH

UFL UFL TH

= − −∆

= + −∆

onde T é (o C) e cH∆ é o calor líquido de combustão (kcal/mol).

A pressão possui pouco efeito na LFL exceto para pressões muito baixas (< 50 mmHg abs), onde chamas não se propagam. O UFL, no entanto, aumenta significativamente com a pressão. A equação para vapores é dada por:

20,6(log 1)PUFL UFL P= + +

onde P é a pressão (MPa abs) e UFL (upper flammable limit, %vol de combustível e ar a 1 atm). Embora a determinação experimental seja sempre recomendada, pode-se estimar6 os limites de inflamabilidade para muitos vapores de hidrocarbonetos através das equações de Jones,

0,55

3,50

esteq

esteq

LFL C

UFL C

=

=

Onde esteqC é a concentração estequiométrica do combustível na reação de combustão. Essa equação pode

ser escrita baseada na reação de combustão genérica conforme:

2 2 22m x y

xC H O zO mCO H O+ → +

e,

0,55(100)

4,76 1,19 2,38 1

3,50(100)

4,76 1,19 2,38 1

LFLm x y

UFLm x y

=+ − +

=+ − +

2.1.1 Tipos de Combustão A combustão pode ser dividida nos seguintes tipos:

• Combustão Completa: É aquela em que a queima produz calor e chamas e se processa em ambiente rico em comburente.

• Combustão Incompleta: É aquela em que a queima produz calor e pouca ou nenhuma chama e se processa em ambiente pobre em comburente.

6 Essa estimativa deve servir apenas para uma aproximação inicial.

6

• Combustão Espontânea: É aquela gerada de maneira natural, podendo ser pela ação de bactérias que fermentam materiais orgânicos, produzindo calor e liberando gases. Alguns materiais entram em combustão sem fonte externa de calor, ocorre também na mistura de determinadas substâncias químicas, quando a combinação gera calor e libera gases.

• Explosão: É a queima de gases ou partículas sólidas em altíssima velocidade, em locais confina-dos.

É também comum se classificar a combustão conforme a forma do processo: (a) Combustão viva: desprende luz e calor, exemplo: gasolina em chamas e (b) Combustão lenta: não desprende luz, exemplo: oxidação do ferro. As condições aproximadas para a combustão em relação ao comburente oxigênio para uma grande parcela dos combustívies podem ser representadas pela Tabela 3:

Tabela 3 – Concentração de oxigênio e combustão

De 0 a 8% de O2 Não ocorre De 8 a 13% de O2 Lenta

De 13 a 21% de O2 Viva A principal distinção entre fogo e explosão é a taxa de energia desprendida. O fogo desprende energia lentamente, enquanto na explosão tem se rápido desprendimento de energia, tipicamente na ordem de microssegundos. Entretanto, é importante que se enfatize que o fogo pode ser resultante de uma explosão e a explosão pode ser resultante do fogo. 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 termo 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 de própria energia química. Assim, uma possível definição para explosão 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)7 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. 2.1.2 Classificação dos materiais combustíveis 1) Combustíveis Sólidos: O que entra em combustão não é o corpo em si, mas os vapores desprendidos. Entre os fatores que afetam a combustibilidade combustívies sólidos destacam-se:

• Composição química: os materiais mais combustíveis encerram os elementos carbono, enxofre e hidrogênio. Exemplos: Borracha, papel, etc.

• Dimensões: Os materiais finamente divididos entram em combustão mais rapidamente. Exemplos: madeira, serragem e aço, esponja de aço.

2) Combustíveis Líquidos: Os combustíveis líquidos também não ardem. Os vapores desprendidos da sua superfície é que entram em combustão. Fatores que afetam a combustibilidade

• quantidade de vapores • superfície exposta • volatibilidade • temperatura

3) Combustíveis Gasosos Via de regra os gases são acondicionados nas seguintes formas:

• liquefeitos • comprimidos • em tubulações

Existem duas classes de gases:

7 A interface na qual a combustão ocorre.

7

a) Comburentes: aqueles que possibilitam a existência da combustão. Exemplo: oxigênio. b) Gases Inertes: servem para suprimir a combustão - são os agentes extintores. Exemplos:

gás carbônico, nitrogênio, etc. 2.1.3 Formas de Propagação O calor pode-se propagar de três diferentes maneiras: Condução, Convecção e Irradiação. Como tudo na natureza tende ao equilíbrio, o calor é transferido de objeto com temperatura mais alta para aqueles com temperatura mais baixa. O mais frio de dois objetos absorverá calor até que esteja com a mesma quantidade de energia do outro.

• Condução – É a transferência de calor através de um corpo sólido de molécula a molécula. Quando dois ou mais corpos estão em contato, o calor é conduzindo através deles como se fosse um só corpo.

• Convecção – É a transferência de calor pelo próprio movimento ascendente de massas de gases ou líquido.

• Irradiação – É a transmissão de calor por ondas de energia caloríficas que se deslocam através do espaço.

2.1.4 Classificação dos Incêndios De forma geral, o INCÊNDIO é uma combustão sem controle. A Classificação apresentada a seguir foi elaborada pela NFPA - Associação Nacional de Proteção a Incêndios/EUA, e adotada pelas: IFSTA - Associação Internacional para o Treinamento de Bombeiros/EUA, ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas/BR e Corpos de Bombeiros/BR. Os incêndios são classificados de acordo com os materiais neles envolvidos, bem como a situação em que se encontram. Essa classificação determina a necessidade do agente extintor adequado.

• CLASSE “A”: Combustíveis sólidos, ex. madeiras, papel, tecido, borracha, etc., caracterizado pelas cinzas e brasas que deixam como resíduos, sendo que a queima se dá na superfície e em profundidade.

• CLASSE “B”: Líquidos inflamáveis, graxas e gases combustíveis, caracterizados por não deixar resíduos e queimar apenas na superfície exposta.

• CLASSE “C”: o Material e equipamentos energizados, caracterizado pelo risco de vida que oferece.

• CLASSE “D”: o Metais combustíveis, ex. magnésio, selênio, antimônio, lítio, potássio, alumínio fragmentado, zinco, titânio, sódio e zircônio, caracterizado pela queima em altas temperaturas e por reagir com agentes extintores comuns principalmente se contem água.

2.1.5 Métodos de Extinção No passado, o único método para se controlar fogo e explosão era a eliminação ou redução das fontes de ignição. A experiência tem mostrado, entretanto, que essa abordagem não é robusta o suficiente, pois as energias de ignição para a maioria das substâncias inflamáveis são muito baixas e as possibilidades de fontes de ignição são bastante amplas. Como resultado, a prática corrente é a prevenção de fogo e explosão pela continuada eliminação de fontes de ignição enquanto também se concentram esforços na prevenção de misturas inflamáveis. Assim como método de extinção usa-se:

• Retirada do material combustível, é o método mais simples de se extinguir um incêndio, baseia-se na retirada do material combustível, ainda não atingido, da área de propagação do fogo.

• Resfriamento (é o método mais utilizado), consiste em diminuir a temperatura do material combustível que esta queimando, diminuindo, conseqüentemente, a liberação de gases ou vapores inflamáveis.

• Abafamento consiste em impedir ou diminuir o contato do comburente com o material combustível. • Extinção química consiste na utilização de certos componentes químicos, que lançados sobre o

fogo, interrompem a reação em cadeia. Dentre os AGENTES EXTINTORES destacam-se:

• Água: Utilizado nos incêndios de classe: A • Espuma: Utilizado nos incêndios de classe: A e B • Gás Carbônico (CO2): Utilizado nos incêndios de classe: A, B e C • Pó Químico seco: Utilizado nos incêndios de classe: B e C (na classe D é utilizado pó químico

especial)

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• Gases Nobres limpos: Utilizado nos incêndios de classe: A, B e C 2.1.6 Extintores a) Extintor de Água Pressurizada Este é o extintor mais indicado para o combate a príncipio de incêndio em materiais da classe “A” (sólidos); não deverá ser usado em hipótese alguma em materiais da classe “C” (elétricos energizados), pois a água é excelente condutor de eletricidade, o que acarretará no aumento do fogo; deve-se evitar também seu uso em produtos da classe “D” (materiais pirofóricos), como o magnésio, pó de alumínio e o carbonato de potássio, pois em contato com a água eles reagem de forma violenta. A água agirá por resfriamento e abafamento. Procedimentos para uso: - retirar o pino de segurança; - empunhar a mangueira e o gatilho; e - apertar o gatilho e dirigir o jato para a base do fogo. b) Extintor de Água Pressurizável (Pressão Injetada) Seu uso é equivalente ao de água pressurizada, diferindo-se apenas externamente pelo pequeno cilindro contendo gás propelente, cuja válvula deve ser aberta no ato de sua utilização, a fim de pressurizar o ambiente interno do extintor, permitindo o seu funcionamento. O agente propulsor (propulente) é o gás carbônico (CO2). Procedimentos de uso: - abrir a válvula do cilindro de gás; - empunhar a mangueira e o gatilho; e - apertar o gatilho e dirigir o jato para a base do fogo. c) Extintor de Pó Químico Seco (PQS) É o mais indicado para ação em materiais da classe “B” (líquidos inflamáveis), mas também pode ser usado em materiais classe “A” e em último caso, na classe “C”. Age por abafamento, isolando o oxigênio e liberando gás carbônico assim que entra em contato com o fogo. Procedimentos para uso: - retirar o pino de segurança; - empunhar a pistola difusora; e - atacar o fogo acionando o gatilho. d) Extintor de PQS com Pressão Injetável As mesmas características do PQS pressurizado, mas mantendo externamente uma ampola de gás para a pressurização no instante do uso. Procedimentos para uso: - abrir a ampola de gás; - empunhar a pistola difusora; e - apertar o gatilho e dirigir a nuvem de pó para a base do fogo. e) Extintor de Espuma Mecânica Pressurizada A espuma é gerada pelo batimento da água com o líquido gerador de espuma e ar (a mistura da água e do líquido gerador de espuma está sob pressão, sendo expelida ao acionamento do gatilho, juntando-se então ao arrastamento do ar atmosférico em sua passagem pelo esguicho). Será usado em princípios de incêndio das classes “A” e “B”. Procedimentos de uso: - retirar o pino de segurança; - empunhar o gatilho e o esguicho; e - apertar o gatilho, lançando a espuma contra o fogo. f) Extintor de Espuma Mecânica com Pressão Injetada As mesmas características do pressurizado, mas mantendo a ampola externa para a pressurização no instante do uso. Procedimentos para uso: - abrir a válvula do cilindro de gás; - retirar o pino de segurança; - empunhar o gatilho e o esguicho; e - apertar o gatilho, lançando a espuma contra o fogo.

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g) Extintor de Espuma Química Embora esteja em desuso no mercado, ainda é possível encontrá-lo em edificações. Seu funcionamento é possível devido a colocação do mesmo de “cabeça para baixo”, formando a reação de soluções aquosas de sulfato de alumínio e bicarbonato de sódio. Depois de iniciado o funcionamento, não é possível a interrupção da descarga. Deve ser usado em princípios de incêndio das classes “A” e “B”. Procedimentos para uso: - não deitar ou virar o extintor antes de chegar ao local do fogo; - no local, inverter a posição do cilindro; e - lançar a espuma contra o fogo. h) Extintor de Gás Carbônico (CO2) É o mais indicado para a extinção de princípio de incêndio em materiais da classe “C” (elétricos energizados), podendo ser usado também na classe “B”. Procedimentos para uso: - retirar o pino de segurança; - empunhar o gatilho e o difusor; e - apertar o gatilho, dirigindo o difusor por toda a extensão do fogo. i) Extintor de Halogenado (Halon) Composto por elementos halogênios (flúor, cloro, bromo e iodo). Atua por abafamento, quebrando a reação em cadeia que alimenta o fogo. Ideal para o combate a princípios de incêndio em materiais da classe “C”. Procedimentos para uso: - retirar o pino de segurança; - empunhar o gatilho e o difusor; e - acionar o gatilho, dirigindo o jato para a base do fogo. j) Extintor Sobre Rodas (Carreta) A diferença dos extintores em geral é a sua capacidade. Devido ao seu tamanho, sua operação requer duas pessoas. As carretas podem ser: - de água; - de espuma mecânica; - de espuma química; - de pó químico seco; e - de gás carbônico. A Tabela 4 apresenta o uso de agentes extintores conforma a classe de incêndio.

Tabela 4 - Uso de agentes extintores Classe de Incêndio ÁGUA ESPUMA PQS CO² HALON

A SIM

Excelente SIM

Regular

Somente na

superfície

Somente na

superfície

Somente na

superfície

B NÃO SIM

Excelente SIM

Excelente SIM Bom

SIM Excelente

C NÃO NÃO SIM Bom

SIM Excelente

SIM Excelente

D NÃO NÃO PQS

Especial NÃO NÃO

UNIDADE EXTINTORA

10 litros 9 litros 4 Kg 6 Kg 2 Kg

ALCANCE MÉDIO DO

JATO 10 m 5 m 5 m 2,5 m 3,5 m

TEMPO DE DESCARGA

60 seg 60 seg 15 seg 25 seg 15 seg

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2.1.7 Simbologia A cada classe e divisão de risco para uma substância, corresponde um símbolo pictográfico indicativo do tipo de risco oferecido. Essa representação é obrigatória e a construção dos mesmos é descrita pelas normas de referência e pela NBR7500- Simbologia.

Classe 1 - Explosivos

Classe 2 Gases Inflamáveis

Gases não Inflamáveis Comprimidos Gases Tóxicos

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Classe 3 - Líquidos Inflamáveis

Classe 4 Sólidos Inflamáveis

Espontaneamente Combustíveis Perigosos Quando Molhados

Classe 5 Agentes Oxidantes Peróxidos Orgânicos

Classe 6 Tóxicos

Infecciosos

Classe 7 - Radiativos

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Classe 8 - Corrosivos

Classe 9 - Miscelânea

Sinais de Saúde e Segurança do Trabalho

1. Sinais de Uso Geral

Radiação Risco Biológico Segurança do Trabalho ou CIPA

Material Reciclável Não Fume Perigo

2. Incêndio

Extintor de Água Pressurizada

Extintor de Pó Químico Extintor de Espuma

Química Extintor de Espuma

Mecânica

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Extintor de Gás Carbônico

Extintor de Hidrocarbonetos Halogenados

Extintor Sobre Rodas

2.2 A Legislação A lei brasileira, no que se refere a legislação pertinente a segurança ocupacional, é baseada em um conjunto de normas, referenciadas como Normas Regulamentadoras - NR, elas se referem à segurança e medicina do trabalho e são de observância obrigatória pelas empresas privadas e públicas e pelos órgãos públicos da administração direta e indireta, bem como pelos órgãos dos Poderes Legislativo e Judiciário, que possuam empregados regidos pela Consolidação das Leis do Trabalho - CLT. Na sua estrutura estabelece-se que cabe ao empregador: a) cumprir e fazer cumprir as disposições legais e regulamentares sobre segurança e medicina do trabalho; (101.001-8 / I1) b) elaborar ordens de serviço sobre segurança e medicina do trabalho, dando ciência aos empregados, com os seguintes objetivos: (101.002-6 / I1) I - prevenir atos inseguros no desempenho do trabalho; II - divulgar as obrigações e proibições que os empregados devam conhecer e cumprir; III - dar conhecimento aos empregados de que serão passíveis de punição, pelo descumprimento das ordens de serviço expedidas; IV - determinar os procedimentos que deverão ser adotados em caso de acidente do trabalho e doenças profissionais ou do trabalho; V - adotar medidas determinadas pelo MTb; VI - adotar medidas para eliminar ou neutralizar a insalubridade e as condições inseguras de trabalho. c) informar aos trabalhadores: (101.003-4 / I1) I - os riscos profissionais que possam originar-se nos locais de trabalho; II - os meios para prevenir e limitar tais riscos e as medidas adotadas pela empresa; III - os resultados dos exames médicos e de exames complementares de diagnóstico aos quais os próprios trabalhadores forem submetidos; IV - os resultados das avaliações ambientais realizadas nos locais de trabalho. d) permitir que representantes dos trabalhadores acompanhem a fiscalização dos preceitos legais e regulamentares sobre segurança e medicina do trabalho. (101.004-2 / I1) As NRs estabelecem também que cabe ao empregado: a) cumprir as disposições legais e regulamentares sobre segurança e medicina do trabalho, inclusive as ordens de serviço expedidas pelo empregador; b) usar o EPI (Equipamento de Proteção Individual) fornecido pelo empregador; c) submeter-se aos exames médicos previstos nas Normas Regulamentadoras - NR; d) colaborar com a empresa na aplicação das Normas Regulamentadoras - NR; As NR completas podem ser encontradas em: http://www.mte.gov.br/Temas/SegSau/Legislacao/Normas e são: NR1 Disposições Gerais NR2 Inspeção Prévia NR3 Embargo ou Interdição NR4 Serviços Especializados em Eng. de Segurança e em Medicina do Trabalho

a) Proposta para modificação da NR 4 b) Sistematização Final NR 4 c) Grupo de Trabalho Tripartite - NR4

NR5 Comissão Interna de Prevenção de Acidentes - CIPA Manual Cipa NR6 Equipamentos de Proteção Individual - EPI NR7 Programas de Controle Médico de Saúde Ocupacional NR8 Edificações NR9 Programas de Prevenção de Riscos Ambientais NR10 Instalações e Serviços em Eletricidade

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NR11 Transporte, Movimentação, Armazenagem e Manuseio de Materiais NR12 Máquinas e Equipamentos NR13 Caldeiras e Vasos de Pressão NR14 Fornos NR15 Atividades e Operações Insalubres NR16 Atividades e Operações Perigosas NR17 Ergonomia NR18 Condições e Meio Ambiente de Trabalho na Indústria da Construção NR19 Explosivos NR20 Líquidos Combustíveis e Inflamáveis NR21 Trabalho a Céu Aberto NR22 Segurança e Saúde Ocupacional na Mineração NR23 Proteção Contra Incêndios NR24 Condições Sanitárias e de Conforto nos Locais de Trabalho NR25 Resíduos Industriais NR26 Sinalização de Segurança NR27 Registro Profissional do Técnico de Segurança do Trabalho no MTb NR28 Fiscalização e Penalidades NR29 Norma Regulamentadora de Segurança e Saúde no Trabalho Portuário NR30 Norma Regulamentadora de Segurança e Saúde no Trabalho Aquaviário NRR1 Disposições Gerais NRR2 Serviço Especializado em Prevenção de Acidentes do Trabalho Rural - SEPATR NRR3 Comissão Interna de Prevenção de Acidentes do Trabalho Rural - CIPATR NRR4 Equipamento de Proteção Individual - EPI NRR5 Produtos Químicos Assim, no que se refere ao nosso objetivo central nessa seção do curso, várias são as NRs relacionadas, para uma ênfase de prevenção de incêndios e explosões as principais são: NR10, NR19, NR20 e NR23. Nas próximas seções apresentam-se aspectos centrais das normas NR20 e NR23. 2.2.1 NR 20 - Líquidos combustíveis e inflamáveis Para efeito desta Norma Regulamentadora – NR20, fica definido: 1. "líquido combustível" como todo aquele que possua ponto de fulgor igual ou superior a 70ºC (setenta

graus centígrados) e inferior a 93,3ºC (noventa e três graus e três décimos de graus centígrados). Esse líquido combustível é considerado líquido combustível da Classe III.

2. "líquido inflamável" como todo aquele que possua ponto de fulgor inferior a 70ºC (setenta graus centígrados) e pressão de vapor que não exceda 2,8 kg/cm2 absoluta a 37,7ºC (trinta e sete graus e sete décimos de graus centígrados).

• Quando o líquido inflamável tem o ponto de fulgor abaixo de 37,7ºC (trinta e sete graus e sete décimos de graus centígrados), ele se classifica como líquido combustível de Classe I.

• Quando o líquido inflamável tem o ponto de fulgor superior a 37,7ºC (trinta e sete graus e sete décimos de graus centígrados) e inferior a 70ºC (setenta graus centígrados), ele se classifica como líquido combustível da Classe II.

3. líquido "instável" ou "líquido reativo", quando um líquido na sua forma pura, comercial, como é produzido ou transportado, se polimerize, se decomponha ou se condense, violentamente, ou que se torne auto-reativo sob condições de choque, pressão ou temperatura.

4. Gases Liquefeitos de Petróleo – GLP é o produto constituído, predominantemente, pelo hidrocarboneto

propano, propeno, butano e buteno. 5. Outros gases inflamáveis. Aplicam-se a outros gases inflamáveis, os itens relativos a Gases Liquefeitos

de Petróleo - GLP, à exceção de 20.3.1 e 20.3.4, que versam sobre a pressão de trabalho mínima de 18 Kg/cm2. (120.043-7 / I2) e do material de válvulas e acessórios usados nas instalações de GLP que não poderão ser construídos de ferro fundido.

A NR20 versa ainda sobre formas de armazenamento de cada classe de líquido, transporte e outras providências. Regulementando inclusive que as salas de armazenamento interno deverão obedecer aos seguintes itens:

a) as paredes, pisos e tetos deverão ser construídos de material resistente ao fogo e de maneira que facilite a limpeza e não provoque centelha por atrito de sapatos ou ferramentas; (120.019-4 / I3)

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b) deverá ter instalação elétrica apropriada à prova de explosão, conforme recomendações da Norma Regulamentadora - NR 10; (120.021-6 / I3) c) deverá ser ventilada, de preferência com ventilação natural; (120.022-4 / I3) e) deverá ter sistema de combate a incêndio com extintores apropriados, próximo à porta de acesso; (120.023-2 / I3) f) nas portas de acesso, deverá estar escrito de forma bem visível a sinalização de "Inflamável" e "Não Fume". (120.024-0 / I3 adaptado).

A norma brasileira (NR20) utiliza aproximadamente a mesma definição de líquido inflamável recomendada pela OSHA (Occupational Safety and Health Administration, órgão dos USA para a segurança ocupacional), o Departamento de transportes americano (Department of Transportation, DOT) define líquidos inflamáveis de Classe 3 para transporte essencialmente na mesma base e definem ponto de fulgor de forma similar especificando métodos apropriados para a sua determinação8. Surge um problema então relacionado ao teste que deve ser utilizado para a determinação do ponto de fulgor. Devido ao fato de que uma grande variedade de métodos existem, alguns desses se tornaram padrões na indústria e são corretos tecnicamente. Contudo essas metodologias são válidas somente em uma faixa especificada de temperatura e para líquidos com determinada faixa de viscosidade. Se uma técnica não adequada é aplicada os resultados não serão válidos. O engenheiro de segurança deve estar muito atento à qualidade e adequadabilidade dos dados utilizados na sua análise e projeto do sistema de proteção ao incêncio e explosão. A Tabela 2 apresenta um caso exemplo usando cinco líquidos universalmente aceitos como não inflamáveis.

Tabela 2. Ponto de fulgor por método apropriado e não apropriado:

Substância PF (

oC)

dentro da faixa (ASTM D56)

PF (oC)

fora da faixa (ASTM D93)

Brometo de n-propila Não - 5

Tricloroetileno Não + 24

Cloreto de Metileno Não - 5,5

HFE-72DE Não - 9

HFE-71 DE Não - 16

HFE-71 DA Não - 14

Assim é importante enfatizar que O método para determinação do ponto de fulgor a ser usado depende do composto a ser medido. No caso acima, a utilização fora da faixa adequada levou o método prever que o líquido seria inflamável e de fato ele não o é. Esse erro tem efeito direto no risco associado a um determinado sistema e por conseqüência nos custos do sistema de proteção e seguros. 2.2.2 NR 23 - Proteção Contra Incêndios (123.000-0) A NR23 dispõe sobre os sistemas de proteção de incêndios e regulamenta o procedimento a ser seguido pelas empresas no que diz respeito a equipamentos de combate ao início do incêndio e procedimentos de emergência na ocorrência desse sinistro (por exemplo a definição de planos de emergência, padronização de saídas de emergência, combate ao fogo, exercícios de alerta e outras disposições). É também nessa NR que se classifica o fogo conforme apresentado anteriormente e aqui colocado para referência: Classe A - são materiais de fácil combustão com a propriedade de queimarem em sua superfície e profundidade, e que deixam resíduos, como: tecidos, madeira, papel, fibras, etc.;

8 Testes da American Society for Testing and Materials (ASTM), especificamente o ASTM D56, ASTM D93 e ASTM D3278, sendo que o DOT permite ainda o ASTM D3828.

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Classe B - são considerados os produtos que queimem somente em sua superfície, não deixando resíduos, como óleo, graxas, vernizes, tintas, gasolina, etc.; Classe C - quando ocorrem em equipamentos elétricos energizados como motores, transformadores, quadros de distribuição, fios, etc. Classe D - elementos pirofóricos como magnésio, zircônio, titânio. A NR23 também apresenta as disposições relativas a agentes extintores conforme 1) Extinção por meio de água.

• Nos estabelecimentos industriais de 50 (cinqüenta) ou mais empregados, deve haver um aprisionamento conveniente de água sob pressão, a fim de, a qualquer tempo, extinguir os começos de fogo de Classe A. (123.032-8 / I = 2)

• Os pontos de captação de água deverão ser facilmente acessíveis, e situados ou protegidos de maneira a não poderem ser danificados. (123.033-6 / I = 2)

• Os pontos de captação de água e os encanamentos de alimentação deverão ser experimentados, freqüentemente, a fim de evitar o acúmulo de resíduos. (123.034-4 / I = 2)

• A água nunca será empregada: a) nos fogos da Classe B, salvo quando pulverizada sob a forma de neblina; b) nos fogos da Classe C, salvo quando se tratar de água pulverizada; c) nos fogos da Classe D; d) chuveiros (sprinklers) automáticos.

• Os chuveiros automáticos devem ter seus registros sempre abertos, e só poderão ser fechados em casos de manutenção ou inspeção, com ordem da pessoa responsável. (123.035-2 / I = 2)

• Um espaço livre de pelo menos 1,00m (um metro) deve existir abaixo e ao redor das cabeças dos chuveiros, a fim de assegurar uma inundação eficaz. (123.036-0 / I = 1)

2 Extintores9. • Em todos os estabelecimentos ou locais de trabalho só devem ser utilizados extintores de incêndio

que obedeçam às normas brasileiras ou regulamentos técnicos do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - INMETRO, garantindo essa exigência pela aposição nos aparelhos de identificação de conformidade de órgãos de certificação credenciados pelo INMETRO. (123.037-9 / I = 2)

• Todos os estabelecimentos, mesmo os dotados de chuveiros automáticos, deverão ser providos de extintores portáteis, a fim de combater o fogo em seu início. Tais aparelhos devem ser apropriados à classe do fogo a extinguir. (123.038-7 / I = 3) Tipos de extintores portáteis. • O extintor tipo "Espuma" será usado nos fogos de Classe A e B. (123.039-5 / I = 2) • O extintor tipo "Dióxido de Carbono" será usado, preferencialmente, nos fogos das Classes B e

C, embora possa ser usado também nos fogos de Classe A em seu início. (123.040-9 / I = 2) • O extintor tipo "Químico Seco" usar-se-á nos fogos das Classes B e C. As unidades de tipo

maior de 60 a 150 kg deverão ser montadas sobre rodas. Nos incêndios Classe D, será usado o extintor tipo "Químico Seco", porém o pó químico será especial para cada material. (123.041-7 / I = 2)

• O extintor tipo "Água Pressurizada", ou "Água-Gás", deve ser usado em fogos Classe A, com capacidade variável entre 10 (dez) e 18 (dezoito) litros. (123.042-5 / I = 2)

• Outros tipos de extintores portáteis só serão admitidos com a prévia autorização da autoridade competente em matéria de segurança do trabalho. (123.043-3 / I = 2)

A NR23 também dispões sobre os métodos da abafamento para extinção de incêndios:

• meio de areia (balde areia) poderá ser usado como variante nos fogos das Classes B e D. • meio de limalha de ferro fundido poderá ser usado como variante nos fogos Classe D.

A quantidade de extintores será determinada pelas condições seguintes, estabelecidas para uma unidade extintora conforme (123.052-2 / I = 2) e dado por:

SUBSTÂNCIAS CAPACIDADE DOS EXTINTORES

NÚMERO DE EXTINTORES QUE CONSTITUEM UNIDADE EXTINTORA

Espuma 10 litros 1

9 Todo extintor deverá ter 1 (uma) ficha de controle de inspeção (ver modelo na NR23) e seguir a periodicidade indicada na norma.

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5 litros 2

Água Pressurizada ou Àgua Gás

10 litros 1 2

Gás Carbônico (CO2) 6 quilos 4 quilos 2 quilos 1 quilo

1 2 3 4

Pó Químico Seco 4 quilos 2 quilos 1 quilo

1 2 3

Assim,

ÁREA COBERTA P/ UNIDADE DE EXTINTORES

RISCO DE FOGO

CLASSE DE OCUPAÇÃO * Segundo Tarifa de Seguro Incêndio do Brasil - IRB(*)

DISTÂNCIA MÁXIMA A SER PERCORRIDA

500 m2 pequeno "A" - 01 e 02 20 metros

250 m2 médio "B" - 02, 04, 05 ou 06 10 metros

150 m2 grande "C" - 07, 08, 09, 10, 11, 12 e 13

10 metros

(*) Instituto de Resseguros do Brasil Observações gerais: 1) Independentemente da área ocupada, deverá existir pelo menos 2 (dois) extintores para cada pavimento. 2) A localização e sinalização dos extintores deve obedecer a item (123.055-7 / I = 1)

a) de fácil visualização; b) de fácil acesso; c) onde haja menos probabilidade de o fogo bloquear o seu acesso.

2) Os locais destinados aos extintores devem ser assinalados por um círculo vermelho ou por uma seta larga, vermelha, com bordas amarelas. (123.056-5 / I = 1)

3) Deverá ser pintada de vermelho uma larga área do piso embaixo do extintor, a qual não poderá ser

obstruída por forma nenhuma. Essa área deverá ser no mínimo de 1,00m x 1,00m (um metro x um metro). (123.057-3 / I = 1)

4) Os extintores não deverão ter sua parte superior a mais de 1,60m (um metro e sessenta centímetros) acima do piso. Os baldes não deverão ter seus rebordos a menos de 0,60m (sessenta centímetros) nem a mais de 1,50m (um metro e cinqüenta centímetros) acima do piso. (123.058-1 / I = 1)

5) Os extintores não deverão ser localizados nas paredes das escadas. (123.059-0 / I = 1) 6) Os extintores sobre rodas deverão ter garantido sempre o livre acesso a qualquer ponto de fábrica.

(123.060-3 / I = 1) 7) Os extintores não poderão ser encobertos por pilhas de materiais. (123.061-1 / I = 1) 8) Nos estabelecimentos de riscos elevados ou médios, deverá haver um sistema de alarme capaz de dar

sinais perceptíveis em todos os locais da construção. (123.062-0 / I = 3) 9) Cada pavimento do estabelecimento deverá ser provido de um número suficiente de pontos capazes de

pôr em ação o sistema de alarme adotado. (123.063-8 / I = 2) 10) As campainhas ou sirenes de alarme deverão emitir um som distinto em tonalidade e altura, de todos os

outros dispositivos acústicos do estabelecimento. (123.064-6 / I = 1)

3. Fundamentos e Princípios de Segurança Intrínseca Para a categorização dos sistemas de incêndio e das técnicas de prevenção, torna-se importante a verifica-ção de princípios da segurança intrinseca. 3.1- Classificação de Áreas Após a II Guerra Mundial, o uso de derivados de petróleo estimulou o aparecimento de plantas para extração, transformação e refino de substâncias químicas necessárias para o desenvolvimento tecnológico e industrial. Nos processos industriais, surgiram áreas consideradas de risco, devido a presença de

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substâncias potencialmente explosivas, que confinavam a instrumentação à técnica pneumática, pois os instrumentos eletrônicos baseados na época em válvulas elétricas e grandes resistores de potência, propiciavam o risco de incêndio devido a possibilidade de faíscas elétricas e temperaturas elevadas destes componentes. Somente com o advento dos semicondutores (transistores e circuitos integrados), pode-se reduzir as potências dissipadas e tensões nos circuitos eletrônicos e viabilizar-se a aplicação de técnicas de limitação de energia, que simplificadamente podem ser implantadas nos equipamentos de instrumentação, dando origem assim a Segurança Intrínseca. O objetivo deste material é explicar os princípios da técnica de proteção, baseada no controle de energia, presentes nos equipamentos com Segurança Intrínseca. Entretanto antes de abordarmos os conceitos de Segurança Intrínseca faremos um breve resumo da classificação de áreas de risco segundo Normas Técnicas Européias e Americanas, além dos princípios das diversas formas de proteção para equipamentos elétricos. 3.2 - Definições A seguir estão alguns termos utilizados na identificação e classificação das áreas de risco, potencialmente explosivas: 3.2.1- Atmosfera Explosiva Em processos industriais, especialmente em petroquímicas e químicas, onde manipulam-se substâncias inflamáveis, podem ocorrer em determinadas áreas a presença de mistura de gases, vapores ou poeiras inflamáveis com o ar que, em proporções adequadas, formam a atmosfera potencialmente explosiva. 3.2.2- Área Classificada Pode-se entender como um local aberto ou fechado, onde existe a possibilidade de formação de uma atmosfera explosiva, podendo ser dividido em zonas de diferentes riscos, sem que haja nenhuma barreira física. A - CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS EUROPÉIAS (IEC) A idéia de classificação das áreas de risco, visa agrupar as diversas áreas que possuem graus de riscos semelhantes, tornando possível utilizar equipamentos elétricos projetados especialmente para cada área. A classificação baseia-se no grau de periculosidade da substância combustível manipulada e na frequência de formação da atmosfera potencialmente explosiva. Visando a padronização dos procedimentos de classificação das áreas de risco, cada País adota as recomendações de Normas Técnicas. No Brasil a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) utiliza a coletânea de Normas Técnicas da IEC (International Electrical Commicion), que trata da classificação das áreas no volume IEC-79-10. 1- Classificação em Zonas A classificação em ZONAS baseia-se na frequência e duração com que ocorre a atmosfera explosiva.

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2- Classificação em Grupos Na classificação em GRUPOS os diversos materiais são agrupados pelo grau de periculosidade que proporcionam, conforme ilustra a tabela a seguir:

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Os gases representativos são utilizados para ensaios de equipamentos em laboratório, pois são mais perigosos que as outras substâncias que representam. B - CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO AS NORMAS AMERICANAS (NEC) A classificação de áreas de risco nos EUA é diferente da usada na Europa, pois seguem as normas técnicas americanas National Fire Protection Association NFPA 70 Artigo 500 do Nacional Electrical Code. 1- Classificação em Divisão A classificação em divisão baseia-se na fequência de formação da atmosfera.

2- Classificação em Classes A classificação das atmosferas explosivas em classes, determina o agrupamento dos materiais dependendo da natureza das substâncias.

3- Classificação em Grupos As classes I e II podem ser subdivididas em grupos:

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C- COMPARAÇÃO ENTRE AS NORMAS EUROPÉIA E AMERICANA 1- Quanto aos Materiais A tabela abaixo ilustra comparativamente a classificação dos elementos representativos de cada família segundo as normas IEC e NEC. Apresentamos ainda a mínima energia necessária para provocar a detonação de uma atmosfera explosiva formada por estas substâncias.

2- Quanto a Periodicidade Pode-se notar, na tabela a seguir, que a Zona 2 é praticamente igual a Divisão 2, e que a Divisão 1, corresponde a Zona 1 e 0, ou seja um instrumento projetado para a Zona 1 não pode ser aplicado na Divisão 1. Já um instrumento projetado para a Zona 0, não possui e nem armazena energia suficiente para causar a ignição de qualquer mistura explosiva.

D- TEMPERATURA DE IGNIÇÃO ESPONTÂNEA A temperatura de ignição de um gás, é a temperatura em que a mistura alto detona-se, sem que seja necessário adicionar energia. Este parâmetro é muito importante pois limita a máxima temperatura de superfície que pode ser desenvolvida por um equipamento que deve ser instalado em uma atmosfera potencialmente explosiva. 1- Temperatura de Superfície Todo equipamento para instalação em áreas classificadas, independe do tipo de proteção, deve ser projetado e certificado por uma determinada categoria de temperatura de superfície, analisando-se sob condições normais ou não de operação, e não deve ser menor que a temperatura de ignição espontânea do gás. É importante notar que não existe correlação entre a energia de ignição do gás (grau de periculosidade) e a temperatura de ignição espontânea, exemplo disto é o Hidrogênio que necessita de 20 µJoule ou 560ºC, enquanto o Acetaldeido requer mais de 180 µJoule mas detona-se espontaneamente com 140ºC. É evidente que um equipamento classificado para uma determinada Categoria de Temperatura de Superfície,

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pode ser usado na presença de qualquer gás (de qualquer Grupo ou Classe) desde que tenha a temperatura de ignição espontânea maior que a categoria do instrumento.

2- MÉTODOS DE PROTEÇÃO 1- Métodos de Prevenção Existem vários métodos de prevenção, que permitem a instalação de equipamentos elétricos geradores de faíscas elétricas e temperaturas de superfícies capazes de detonar a atmosfera potencialmente explosiva. Estes métodos de proteção baseiam-se em um dos princípios: a) Confinamento: este método evita a detonação da atmosfera, confinando a explosão em um compartimento capaz de resistir a pressão desenvolvida durante uma possível explosão, não permitindo a propagação para as áreas vizinhas. (exemplo: equipamentos à prova de explosão). b) Segregação: é a técnica que visa separar fisicamente a atmosfera potencialmente explosiva da fonte de ignição. (exemplo: equipamentos pressurizados, imersos e encapsulados). c) Prevenção: neste método controla-se a fonte de ignição de forma a não possuir energia elétrica e térmica suficiente para detonar a atmosfera explosiva. (exemplo: equipamentos intrinsecamente seguros). 2- À Prova de Explosão (Ex d) Este método de proteção baseia-se totalmente no conceito de confinamento. A fonte de ignição pode permanecer em contato com a atmosfera explosiva, consequentemente pode ocorrer uma explosão interna ao equipamento. Um invólucro à prova de explosão deve suportar a pressão interna desenvolvida durante a explosão, impedindo a propagação das chamas, gases quentes ou temperaturas de superfície. Desta forma o invólucro à prova de explosão deve ser construído com um material muito resistente, normalmente alumínio ou ferro fundido, e deve possuir um interstício estreito e longo para que os gases quentes desenvolvidos durante uma possível explosão, possam ser resfriados, garantindo a integridade da atmosfera ao redor.

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Os cabos elétricos que entra, e saem do invólucro devem ser conduzidos por eletrodutos metálico, pois também são considerados como uma fonte de ignição. Para evitar a propagação de uma explosão interna, através das entradas e saídas de cabo do invólucro, devem ser instalados Unidades Seladoras, que consistem de um tubo roscado para união do eletroduto com o invólucro, sendo preenchida com uma massa especial que impede a propagação das chamas através dos cabos. 2.1- Características Os invólucros À Prova de Explosão não são permitidos, em zonas de alto risco (Zona 0), pois a integridade do grau de proteção depende de uma correta instalação e manutenção. Abaixo indicamos alguns desses problemas: a) A segurança do invólucro à prova de explosão depende da integridade mecânica, tornando necessário uma inspeção de controle periódica. b) Não é possível ajustar ou substituir componentes com o equipamento energizado, dificultando os processos de manutenção. c) Normalmente também encontram-se dificuldades de se remover a tampa frontal, pois necessita da ferramenta especial para retirar e colocar vários parafusos, sem contar o risco na integridade da junta(interstício). d) A umidade atmosférica e a condensação podem causar corrosões nos invólucros e seus eletrodutos, obrigando em casos especiais a construção do invólucro e metais nobres como o aço inoxidável, bronze, etc; tornando ainda mais caro os invólucros devido ao seu peso.

2.2- Aplicações Este tipo de proteção é indispensável nas instalações elétricas em atmosferas explosivas, principalmente nos equipamentos de potência, tais como: painéis de controle de motores, luminárias, chaves de comando, etc. 3- Pressurizado (Ex p) A técnica de pressurização é baseada nos conceitos de segregação, onde o equipamento é construído de forma a não permitir que a atmosfera potencialmente explosiva penetre no equipamento que contém elementos faiscantes ou de superfícies quentes, que poderiam detonar a atmosfera.

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A atmosfera explosiva é impedida de penetrar no invólucro devido ao gás de proteção (ar ou gás inerte) que é mantido com uma pressão levemente maior que a da atmosfera externa. A sobrepressão interna pode ser mantida com ou sem fluxo contínuo, e não requer nenhuma característica adicional de resistência do invólucro, mas recomenda-se a utilização de dispositivos de alarme que detectam alguma anormalidade da pressão interna do invólucro e desenergizam os equipamentos imediatamente depois de detectada a falha. Esta técnica pode ser aplicada a painéis elétricos de modo geral e principalmente como uma solução para salas de controle montadas próximas as áreas de risco.

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O processo de diluição contínua deve ser empregado, quando a sala pressurizada possuir equipamentos que produzam a mistura explosiva, tais como: sala cirúrgicas, analisadores de gases, etc. Desta forma o gás inerte deve ser mantido em quantidade tal que a concentração da mistura nunca alcance 25% do limite inferior da explosividade do gás gerado. O sistema de alarme neste caso deve ser baseado na quantidade relativa do gás de proteção na atmosfera, atuando também na desenergização da alimentação. 4- Encapsulado (Ex m) Este tipo de proteção, também é baseado no princípio da segregação, prevendo que os componentes elétricos dos equipamentos sejam envolvidos por uma resina, de tal forma que a atmosfera explosiva externa não seja inflamada durante a operação. Normalmente esse tipo de proteção é complementar em outros métodos, e visa evitar o curto circuito acidental. Este método pode ser aplicado a reed relé, botoeiras com cúpula do contato encapsulado, sensores de proximidade e obrigatoriamente nas barreiras zener.

5- Imerso em Óleo (Ex o) Também neste tipo de proteção, o princípio baseia-se na segregação, evitando que a atmosfera potencialmente explosiva atinja as partes do equipamento elétrico que possam provocar a detonação. A segregação é obtida emergindo as partes “vivas” (que podem provocar faíscas ou as superfícies quentes) em um invólucro com óleo. Normalmente é utilizado em grandes transformadores, disjuntores e similares com peças móveis, aconselhado para equipamentos que não requerem manutenção frequente.

6- Enchimento de Areia (Ex q) Similar ao anterior sendo que a segregação é obtida com o preenchimento do invólucro com pó, normalmente o pó do quartz ou areia, evitando desta forma inflamar da chama, quer pela temperatura excessiva das paredes do invólucro ou da superfície. Encontrado como forma de proteção para leito de cabos no piso.

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7- Segurança Intrínseca (Ex i) A Segurança Intrínseca é o método representativo do conceito de prevenção da ignição, através da limitação da energia elétrica. O princípio de funcionamento baseia-se em manipular e estocar baixa energia elétrica, que deve ser incapaz de provocar a detonação da atmosfera explosiva, quer por efeito térmico ou por faíscas elétricas. Em geral pode ser aplicado a vários equipamentos e sistemas de instrumentação, pois a energia elétrica só pode ser controlada a baixos níveis em instrumentos, tais como: transmissores eletrônicos de corrente, conversores eletropneumáticos, chaves-fim-de-curso, sinaleiros luminosos, etc. Este método será amplamente abordado no próximo capítulo. 8- Segurança Aumentada (Ex e) Este método de proteção nos conceitos de supressão da fonte de ignição, aplicável que em condições normais de operação, não produza arcos, faíscas ou superfícies quentes que podem causar a ignição da atmosfera explosiva para a qual ele foi projetado. São tomadas ainda medidas adicionais durante a construção, com elevados fatores de segurança, visando a proteção sob condições de sobrecargas previsíveis. Esta técnica pode ser aplicada a motores de indução, luminárias, solenóides, botões de comando, terminais e blocos de conexão e principalmente em conjunto com outros tipos de proteção. A normas técnicas prevêem grande flexibilidade para os equipamentos de Segurança Aumentada, pois permitem sua instalação em Zonas 1 e 2, onde todos os cabos podem ser conectados aos equipamentos através de pensa-cabos, não necessitando mais dos eletrodutos metálicos e suas unidades seladoras.

9- Não Acendível (Ex n) Também baseado nos conceitos de supressão da fonte de ignição, os equipamentos não acendível são similares aos de Segurança Aumentada. Este método os equipamentos não possui energia suficiente para provocar a detonação da atmosfera explosiva, como os de Segurança Intrínseca, mas não prevêem nenhuma condição de falha ou defeito. Sua utilização será restrita à Zona 2, onde existe pouca probabilidade de formação da atmosfera potencialmente explosiva, o que pode parecer um fator limitante, mas se observar que a maior parte dos equipamentos elétricos estão localizados nesta zona, pode-se tornar muito interessante. Um exemplo importantes dos equipamentos não acendível são os multiplex, instalados na Zona 2, que manipulam sinais das Zonas 1 e os transmite para a sala de controle, com uma combinação perfeita para a Segurança Intrínseca, tornando a solução mais simples e econômica. 10- Proteção Especial (Ex s) Este método de proteção, de origem alemã, não está coberto por nenhuma norma técnica e foi desenvolvido para permitir a certificação de equipamentos que não sigam nenhum método de proteção, e possam ser considerados seguros para a instalação em áreas classificadas, por meios de testes e análises do projeto, visando não limitar a inventividade humana.

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11- Combinações das Proteções O uso de mais um tipo de proteção aplicado a um mesmo equipamento é uma prática comum. Como exemplo temos: os motores À prova de Explosão com caixa de terminais Segurança Aumentada, os botões de comando com cúpula dos contatos separados por invólucro Encapsulado; os circuitos Intrinsecamente Seguros onde a barreira limitadora de energia é montada em um painel pressurizado ou em um invólucro À Prova de Explosão. 12- Aplicação dos Métodos de Proteção A aplicação dos métodos de proteção está prevista nas normas técnicas, e regulamenta as áreas de risco onde os diversos métodos de proteção podem ser utilizados, pois o fator e risco de cada área foi levado em conta na elaboração das respectivas normas.

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3- Segurança Intrínseca (Exi) A origem da segurança intrínseca data do início do século na Inglaterra, quando uma explosão em uma mina de carvão mineral provocou a perda de muitas vidas. Uma comissão foi formada para investigar as causas do acidente, começou-se então a analisar a possibilidade da ignição ter sido provocada por uma faísca elétrica, no circuito de baixa tensão que era utilizado na época. Os mineiros acionavam uma campainha avisando os trabalhadores da superfície, que os vagões estavam carregados com o minério.

Uma pesquisa posterior provou que o fator mais importante, afim de considerar um circuito seguro é a energia que ele armazena. No caso da mina a energia estava armazenada no indutor da campainha e nos longos fios de interligação. A circulação da corrente no ponto de chaveamento, se não for devidamente limitada, pode gerar níveis de energia capazes de provocar uma arco elétrico, com potência suficiente para detonar uma mistura explosiva. O conceito de Segurança Intrínseca havia nascido, Desde então os equipamentos elétricos e seus circuitos, tinham de ser projetados de forma a não produzir arcos capazes de detonar as substâncias potencialmente explosivas. Estava criado o primeiro órgão de teste e certificação de sistemas de sinalização para minas. Os estudos subsequentes e a aplicação de componentes eletrônicos permitiu a utilização dos conceitos para as indústrias e superfícies. 3.1.1- Energia de Ignição Os circuitos de Segurança Intrínseca sempre manipulam e armazenam energias, abaixo do limite mínimo de explosividade dos gases representativos da cada família, considerando assim as concentrações mais perigosas. Desta forma mesmo em condições anormais de funcionamento dos equipamentos o circuitos de Segurança Intrínseca não provocam a ignição pois não possui energia suficiente para isto, tronando a instalação segura permitindo montagens até mesmo na Zona 0. 3.1.2- Princípios O princípio básico de segurança intrínseca é manipular e armazenar baixa energia, de forma que o circuito instalado na área classificada nunca possua energia suficiente (manipulada e armazenada) capaz de provocar a ignição da atmosfera potencialmente explosiva.

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3.1.3- Energia Elétrica Dentro deste princípio, a energia total que o circuito intrinsecamente pode conter deve ser menor que a mínima energia de ignição MIE. Transportando a energia em potência elétrica, obtemos a curva abaixo, que ilustra as máximas tensões versus as máximas correntes de um circuito Exi. Existem três curvas, uma para cada grupo, pois quanto maior a periculosidade da mistura menor será a energia necessária para a ignição e menor a potência que pode ser seguramente manipulada, desta forma notamos que um equipamento projetado para IIC pode ser utilizado em IIB. Analisando a curva podemos notar que a segurança intrínseca pode ser aplicada com sucesso a equipamentos que consomem pouca energia, tornando-se uma opção para a instrumentação.

4. Considerações sobre o combate ao Fogo Alguns combatentes do fogo, já perderam as suas vidas ao adentrar em locais onde foram identificados focos de fumaça e fogo, simplesmente pelo fato de ABRIREM A PORTA. Mas o que acontece do outro lado da porta? O que acontece quando um ambiente fechado, e em chamas, recebe uma quantidade considerável de oxigênio? Tomemos com exemplo, uma sala de escritório de pequenas dimensões. Esta sala está completamente fechada, pois encerrou-se o expediente naquele local. À noite, ocorre um curto-circuito e as centalhas passam para a cortina, e da cortina para os móveis, e em alguns minutos, toda a sala está em chamas. Neste espaço de tempo, podemos notar a ocorrência de 3 fenômenos. São eles: O FLASH OVER: Corresponde ao acúmulo de gases inflamáveis no teto de um local fechado, durante um incêndio. Estes gases são desprendidos dos materiais em combustão. O ROOLOVER: Corresponde à verdadeiras "bolas-de-fogo " deslizantes no teto, originadas dos gases inflamáveis acumulados. Dependendo das dimensões do local sinistrado, a temperatura poderá atingir 600 ºC em poucos minutos. O RETORNO DAS CHAMAS: Bem; nesta pequena sala, nós temos: - Calor. - Material combustível (cortina, móveis, papéis etc) - Baixa concentração de oxigênio. O fato de gases inflamáveis terem-se acumulado no teto, foi devida à baixa concentração de oxigênio (3º lado do Triângulo do Fogo) na sala. Se houvesse uma concentração de oxigênio IDEAL, todo o gás desprendido seria consumido, e não ocorreria o Flash Over, nem muito menos, o Roolover. Com a chegada da equipe de Brigadistas, o primeiro passo será certamente "ABRIR A PORTA". Tal atitude permitirá que O Roolover se volte para o sentido da porta (entrada de Oxigênio) atingindo FATALMENTE a equipe de Combate. O Combate Eficiente. Coragem não é o mesmo que valentia, impulso momentâneo, nem muito menos a expressão: "Sei lá o foi que me deu naquela hora! Fui lá e fiz!" Neste ímpeto de tentar minimizar ou solucionar o problema do

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sinistro (incêndio), o indivíduo comum pode machucar-se, ou vir até mesmo a morrer, em decorrência desta "valentia" ou impulso momentâneo. - "Coragem é a atitude CONSCIENTE." Não tenha medo do fogo. Respeite-o. Vá com cautela, sabendo previamente o que deve ser feito, pois o fogo queima. O extintor de incêndio - O nome comercial é Extintor de Incêndio, mas tecnicamente, o nome correto é Extintor para Princípio de Incêndio, já que a sua finalidade é eliminar o sinistro no seu início. De nada vai adiantar por exemplo, lançar água de um extintor numa sala tomada pelas chamas, cuja temperatura chega à 600ºC (lembre-se que a água evapora à 100ºC).

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Nota: CENELEC (Comité Europeu de Normalização Electrotécnica) Bibliografia: 1- FUNDAMENTOS E PRINCÍPIOS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA, SENAI – ES, 1999 2- Normas Regulamentadoras: (http://www.mte.gov.br/Temas/SegSau/Legislacao/Normas/) 3- Crowl e Lower (2002). Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications. Prentice Hall. 4- Artigos técnicos. 5- Sistema de Segurança do Trabalho e Ambiente (UFPR) 6- Satyanarayana e Rao (1992), Journal of Hazardous Materials 32: 81-85 7- F.T. Bodurtha, Industrial Explosion Prevention and Protection, McGraw-Hill.