Dr. KASKANTZIS, G. N. MAUI/DEQ/UFPR/UNI STUTTGART/SENAI-PR

ANLISE DO INCNDIO DO PRODUTO

Srie Laudos de Percia Judicial Ambiental. 06/06, 2015

I. ANLISE DO INCNDIO DO PRODUTO

Os incndios podem envolver slidos, lquidos, gases e vapores. Em

geral a volatilidade do combustvel o parmetro que determina a

severidade e a velocidade com que o fogo se desenvolve. A

liberao acidental ou proposital de compostos volteis a partir de

tanque de armazenamento e equipamentos industriais podem

originar diferentes tipos de incndio, tais como:

Incndio em poa;

Incndio em jato;

Incndio em flash e;

Incndio do tipo bola de fogo.

O incndio em jato ocorre quando um gs ou lquido inflamvel

liberada na atmosfera a partir de um tanque ou tubulao que se

encontram pressurizados, originado uma chama longa e estvel. O

incndio do tipo flash originado pela mistura e ignio

praticamente imediata da nuvem inflamvel com oxignio

atmosfrico, apresentando curto tempo de durao, vez que, a

chama no se programa alm do que determina a concentrao

do combustvel.

O incndio tipo bola de fogo ocorre quando uma certa quantidade

de lquido ou de gs inflamvel subitamente liberada e ignitada.

Nesse caso, o combustvel queima na forma de esfera cujo tamanho

uma funo do tempo de durao do incndio.

A combusto dentro dos recipientes pouco frequente, mas, o

rompimento destes pelo aumento da presso interna devido a

combusto dos vapores e gases representa um risco significativo.

AS CONSEQUNCIAS DOS INCNDIOS

O calor produzido por um incndio dissipado nos materiais e no

ambiente por trs mecanismos: da conduo, da conveco e da

radiao. A temperatura dos gases da combusto, em geral, varia

entre 800 e 1200 C. Os principais efeitos da radiao sobre o

homem encontram-se apresentados na TABELA 20.

TABELA 20. VULNERABILIDADE DO HOMEM A RADIAO TRMICA.

Dose exposio V = I (kW/m2) x t (s) Efeitos de curto prazo (1 60 s)

85 110 Limite da dor

95 130 Limite da dor intolervel

200 300 Aparecimento de bolhas na derme

200 700 Queimadura de 1 grau

700 1200 Queimadura de 2 grau superficial

1000 1100 Probabilidade de morte de 1%

1200 2600 Queimadura severa de 2 grau

2200 2400 Probabilidade de morte de 50%

Acima de 2600 Queimadura de 3 grau

6000 - 7000 Probabilidade de morte de 100%

Um incndio pode ser produzido a partir dos seguintes eventos:

Ignio imediata de um vazamento de lquido inflamvel;

Ignio imediata de uma fonte contnua de lquido ou gs inflamvel, produzindo fogo do tipo tocha ou maarico;

Ignio imediata de uma emisso instantnea pulsada de lquido ou gs inflamvel;

Ignio atrasada ou posterior de um vazamento de gases ou vapores inflamveis, podendo original um fogo do tipo flash de nuvem confinada ou no confinada de inflamveis.

No intervalo de Inflamabilidade a chama propaga-se na

temperatura maior do que 1000 C. O volume os gases expandidos

depois da combusto pode atingir de 5 a 8 vezes o volume inicial

da nuvem. Gases inflamveis tambm podem se propagar entre

salas e recintos fechados, provocando exploses confinadas de

grande poder de destruio.

Antes da apresentao dos resultados da modelagem e simulao

dos cenrios de incndio que, supostamente aconteceram ou

poderiam ter acontecido no cenrio acidental necessrio

esclarecer a linha de raciocnio adotada pelo Perito do Juzo

visando a facilitao da interpretao e do entendimento dos

resultados a serem descritos.

O primeiro ponto relevante a ser entendido pelas partes da lide a

respeito da sequncia da ocorrncia dos fenmenos que

determinam o evento que se desenvolveu ou poderia se

desenvolver no dia dos fatos. Observa-se que a escala do tempo de

ocorrncia dos eventos investigados da ordem de grandeza do

milsimo do segundo, podendo se desenvolver ao mesmo tempo ou

separadamente, mas, seguindo sempre uma sequncia lgica.

Na atualidade, apesar de todo o conhecimento desenvolvido pelo

homem ainda no possvel afirmar, com plena certeza, se o

evento esperado ir ou no se concretizar. Em geral, emprega-se a

tcnica denominada rvore de eventos visando justamente a

estimativa das chances que existiam ou que existem de um

determinado evento acidental se concretizar.

A sequncia lgica do encadeamento dos eventos que acontecem

nos acidentes semelhantes ao presente caso podem contemplar a

ocorrncia distinta ou simultnea, de um ou mais de dois, dos

fenmenos, a saber:

Incio da reao dos reagentes explosivos confinados no

recipiente, acompanhada do aumento da temperatura

interna do recipiente;

Disparo da velocidade da reao, acompanhado do

aumento exponencial da temperatura do sistema reativo;

Volatilizao instantnea dos compostos presentes no interior

do recipiente, acompanhada do aumento da presso interna

do sistema;

Formao da nuvem inflamvel dentro do recipiente

acompanhada ou no acompanhada do incndio desta no

interior do sistema;

Rompimento da parede do recipiente acompanhado da

emisso dos produtos incendiados ou no, para fora do

sistema colapsado;

Destruio catastrfica por exploso interna do recipiente,

acompanhada da emisso de gases quentes da combusto,

ou dos produtos vaporizados ou, da mistura destes com gotas

lquidas condensadas;

Disperso dos gases oriundos do colapso do sistema,

acompanhada ou no da formao de uma poa superficial,

ou de incndio ou ainda da exploso, imediata ou retardada

de produtos provenientes do recipiente destrudo pela

exploso;

Emisso de radiao trmica proveniente da nuvem de

vapor incendiada no interior ou no ambiente exterior do

recipiente;

Emisso de radiao trmica do incndio da poa de lquido

condensado a partir da nuvem de vapor formada no instante

do colapso do recipiente ou aquela formada a partir da

nuvem de vapor dispersada na atmosfera depois da

destruio catastrfica do recipiente;

Emisso de radiao do jato de fogo pressurizado a partir de

fenda ou do orifcio do recipiente parcialmente destrudo pela

exploso;

Emisso da radiao de lngua de fogo no pressurizada,

proveniente do interior do recipiente, sustentada pela

combusto de lquido-vapor no interior do recipiente

parcialmente afetado ou inteiro.

Posto acima, verifica-se que o nmero de eventos individuais que

poderiam acontecer no acidente igual a 11 (onze), quando se

considera factvel a combinao dos onze eventos, tomados, trs a

trs, o nmero dos cenrios possveis aumenta para 165 (cento e

sessenta e cinco). Supondo factvel a investigao de todas as onze

combinaes possveis dos potenciais eventos que se

desenvolveram ou que poderiam se desenvolver no acidente da

lide, ter-se-ia o total de 39.916.800 cenrios a serem analisados.

Em verdade, o mago do problema no nmero de casos a serem

analisados, a dificuldade maior reside na escolha dos casos a serem

investigados. Naturalmente, que as informaes e peculiaridades

apresentadas nos laudos periciais e nos resultados analticos inclusos

nos autos, quando bem executados favorecem o trabalho do perito

auxiliando-o na escolha dos casos a serem estudados.

Nesta percia, analisou-se apenas o incndio do tipo flash A

modelagem e a simulao do cenrio de incndio flash foram

realizadas com o programa de computador chamada PHAST.

MODELO DE INCNDIO FLASH

O tratamento dos incndios do tipo flash ainda no est

integralmente desenvolvido, mas, o modelo usual que empregado

nos estudos de anlises de risco aquele desenvolvido por EISENBER

(1975).

Neste modelo adota-se como hiptese de que a nuvem de vapor

apresenta uma geometria de um elipsoide de volume (Vr) e rea

(Ar) definidos como:

Vr =23 xyz rl3 ru3 (38)

Ar =23 (x2 + y2 + z2) rl3 ru3 (39)

Sendo:

rl = 2 ln2m

(2)3/2xyzkl

1/2

(40)

r2 = 2 ln2m

(2)3/2xyzku

1/2

(41)

Sendo: Ar a rea de radiao dos gases quentes (m2); kl- a concentrao do limite inferior de explosividade (kg m-3); ku a concentrao do limite superior de explosividade (kg m-3); rl o parmetro da nuvem no limite inferior de explosividade; ru o parmetro da nuvem no limite superior de explosividade; Vr o volume da camada de gs quente (m3); - os coeficientes de disperso nas trs direes do espao cartesiano (m).

O fluxo de calor perdido da nuvem de gs predominante pelo

mecanismo da transferncia de calor por radiao, sendo

representado por:

q ArgTg4 aTa4 (42)

Sendo: q o fluxo de calor perdido por radiao (W); Ta a temperatura absoluta do ambiente (K); Tg a temperatura absoluta do gs quente (K); a a emissividade do ambiente; g a emissividade do gs quente; e - a constante da lei de Stefan-Boltzmann (= 5,67 x 10-8) (W m-2 K-4).

A espessura da camada de gs radiante da ordem de um dcimo

do centsimo do metro e nesta condio a sua emissividade

praticamente constante, apresentando o valor de 0,5. Adotando a

emissividade do gs igual a unidade, a equao do fluxo de calor

perdido da nuvem fica

q ArTg4 Ta4 (43)

O fluxo do calor perdido pode tambm ser escrito como:

q = cpVrdTgdt

(44)

Onde: cp a capacidade calorfica da camada de gs quente (J kg-1K-1); t o tempo (s); - a densidade da camada de gs quente (kg m-3).

A camada de gs basicamente constituda pelo ar da atmosfera

e neste caso as equaes (43) e (44) podem ser igualadas:

dTgdt

= Tg4 Ta4 (45)

Sendo:

k =Ar

cpVr (46)

A soluo da equao (45) tem a forma:

t =1

2kTa3 tan1

TgTa

12

lnTg TaTg + Ta

tan1 TgiTa

12

lnTgi TaTgi + Ta

(47)

Onde i representa a condio inicial da temperatura (K).

A equao (47) pode ser expressa em termos do tempo de meia-

vida do incndio, ou o tempo no qual

Tg =Tgi + Ta

2 (48)

Assim,

t1/2 =1

2kTa3 tan1

+ 12

tan1 12

ln + 1 + 3

(49)

=TgiTa

(50)

Onde: t1/2 o tempo de meia-vida do incndio flash (s)

A intensidade da radiao trmica efetiva definida como:

Ir = Tg4 Ta4 (51)

Sendo: Ir a intensidade da radiao trmica efetiva do incndio flash (W

m-2).

Finalmente, o tempo de durao efetivo, teff igual a

teff = 3 t1/2 (52)

Onde: teff o tempo efetivo de durao do incndio flash.

Observa-se que o valor inicial da temperatura absoluta do gs quente, Tgi

que, em geral, adotada a temperatura adiabtica da chama. Os

dados de entrada do modelo de incndio do tipo flash adotados na

percia foram:

Frao molar do etanol: 0,074;

Massa molecular mdia: 29,64;

Energia disponvel para a exploso: 23,33 kcal mol-1;

Temperatura inicial do sistema: 298K;

Presso inicial do sistema: 1 atm.

RESULTADOS DO MODELO DE INCNDIO FLASH

Observando a FIGURA 19 se pode verificar que o tamanho inicial da nuvem

de vapor formada no acidente era da ordem de 2,0 metros de dimetro.

Abrangendo duas zonas principais. A primeira zona delimitada pela fronteira

da linha preta tinha, aproximadamente 0,87 m2. No interior dessa regio, o

valor da concentrao de etanol era da ordem de 43000 ppm, isto , 21,50

vezes maior do que o valor da concentrao letal do lcool etlico.

Figura 18. Mosaico de grficos dos resultados do modelo de exploso por embalado de reao, os quais indicam o instante do tempo de simulao quando a concentrao de etanol na nuvem de vapor era da ordem de 15200 ppm, cerca de, sete vezes o valor da concentrao letal deste (dl50 = 2000 ppm). O perfil da composio molar da fase lquida que no volatilizou com a exploso do recipiente pode ser avaliado na figura destacada com a cor vermelha. Neste grfico se pode notar que a fase lquida se estendeu ou at o mximo de 2,55 m, a partir do centro da exploso.

Figura 19. Instante do tempo de simulao do cenrio de 0,31s, depois da exploso, quando finalizou a formao de nuvem de vapor, do lado de fora do recipiente, que a continha no seu interior.

Observando a FIGURA 19 se pode verificar que o tamanho inicial da nuvem

de vapor formada no acidente era da ordem de 2,0 metros de dimetro.

Abrangendo duas zonas principais. A primeira zona delimitada pela fronteira

da linha preta tinha, aproximadamente 0,87 m2. No interior dessa regio, o

valor da concentrao de etanol era da ordem de 43000 ppm, isto , 21,50

vezes maior do que o valor da concentrao letal do lcool etlico.

Na segunda regio que se encontra limitada pela linha da cor verde, cuja

rea ocupada era, cerca de, 6,86 m2, no instante do tempo de simulao

igual a 0,31 segundo, o valor da concentrao do vapor de etanol era

aproximadamente da ordem de 10,75 vezes maior do que a concentrao

letal do lcool etlico.

Nas FIGURAS 20 21, apresentam-se no primeiro grfico o mximo da

elevao da nuvem de vapor de metanol formada na exploso e no

segundo grfico, o perfil da concentrao de etanol em funo da

distncia que separava a fonte da exploso que provocou a morte da

vtima fatal do acidente.

FIGURA 20. CURVAS DEE ISOCONCETRAO DE LCOOL ETLICO VAPOR

FIGURA 21. VARIAO DO PERFIL DE CONCENTRAO DO ETANOL PRESENTE NA NUVEM DE VAPOR EM CONJUNTOS COM OS DEMAIS COMPOSTOS QUE CONSTITUIAM DO PRODUTO COMERCIAL LCOOL GEL.

FIGURA 22. MOSAICO DE FIGURAS INDICANDO AS REAS ATINGIDAS PELOS NIVEIS DE SOBREPRESSO DE 0,26 BAR (LINHA VERMELHA), 0,13 BAR, (LINHA VERDE) E 0.021 BAR, QUE SE ENCONTRAM LIMITADAS PELA DISTNCIA MXIMA DE 80 METROS DO DIMETRO MAIOR DA ELIPSE DE COR AZUL, IMAGINRIA.

CONSIDERAES FINAIS

REFERENCIAS

I. ANLISE DO INCNDIO DO PRODUTOAS CONSEQUNCIAS DOS INCNDIOSMODELO DE INCNDIO FLASHRESULTADOS DO MODELO DE INCNDIO FLASH