Dissertação Mestrado- IPS - Atmosfera Explosiva Poeira e Gás- ATEX (1)

5/20/2018 Dissertao Mestrado- IPS - Atmosfera Explosiva Poeira e Gs- ATEX (1)

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Instituto Politcnico de Setbal

Escola Superior de Cincias Empresariais

Anlise de Riscos nas

Indstrias Petroqumicas

Atmosferas explosivas

Jorge Nobre Chu

Dissertao apresentada para cumprimento dos requisitos necessrios obteno do grau de

MESTRE EM SEGURANA E HIGIENE NO TRABALHO

Orientador: Dr. Filipe Jos Didelet Pereira

Setbal, 2014


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Instituto Politcnico de SetbalEscola Superior de Cincias Empresariais

Mestrado em Segurana e Higiene do Trabalho

i

Aos meus familiares

Aos meus colegas e amigos


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AGRADECIMENTOS

Este estudo foi exclusivamente elaborado por mim, e o resultado do esforo de muitas

pessoas que nem sempre so percetveis e muitas vezes esquecidas. No consigo agradecer

a todos de uma forma justa e abrangente, no entanto no ficaria completo sem uma referncia

a elas.

Em primeiro lugar quero agradecer minha esposa Lcia Chu, por ser o meu pilar, a amiga

e companheira de toda a minha vida. Sem o seu apoio, no me teria sido possvel chegar a

onde cheguei.

Aos meus professores, gostaria de uma forma generalizada, agradecer pelo modo como nos

transmitiram os saberes e os conhecimentos.

Ao professor Dr. Filipe Jos Didelet Pereira, o meu orientador desta monografia, agradeo

pela disponibilidade, competncia cientfica, e sugestes relevantes efetuadas na feitura

desta dissertao.

Por ltimo, uma palavra de reconhecimento ao Eng. Lus Pereira Joo (Repsol Polmeros),

pela sua dedicao e disponibilidade, na colaborao do estudo de caso na Repsol.

A todos o meu muito obrigado


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iii

EPGRAFE

Se queres prever o futuro, estuda o passado.

(Confcio)


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iv

RESUMO

So inmeras as atividades industriais que no seu processo fabril esto presentes substncias

inflamveis que podero criar atmosferas potencialmente explosivas sob a forma de gases

ou vapores. Segundo a diretiva ATEX dever-se- estabelecer reas de risco, onde deveram

ser adotadas precaues especiais para evitar a ignio ativa e a permanncia da

concentrao dos gases no local.

Esta dissertao estuda os fenmenos da criao de atmosferas explosivas e respetivasconsequncias inerentes ao mesmo. Segundo as Diretrizes Europeia 94/9/CE (ATEX 95) e

1999/92/CE (ATEX 137), que Portugal j transps atravs do Decreto-Lei n. 112/96 e

Decreto-Lei n. 236/2003 respetivamente.

A anlise das substncias inflamveis, a localizao das fontes de emisso e zonamento.

Neste estudo foi aplicada a Norma Europeia EN 60079, para segurana e classificao de

reas incluindo as extenses da zona, em que a parte 10-1 trata das atmosferas explosivas

gasosas, e a parte 10-2 das atmosferas com poeira combustvel.

Nos locais onde possam existir grandes quantidades de poeiras combustveis em

concentraes perigosas de gases ou vapores inflamveis, dever-se-o equacionar a

probabilidade de risco de exploso exponenciado pelas poeiras. Colocando em causa a

integridade fsica dos trabalhadores como resultado dos efeitos incontrolados de detonaes

ou deflagraes das chamas e da presso causadas pela expanso dos gases abrupta.

Foi efetuado um estudo de caracterizao de reas de risco junto ao Reator de Polimerizaode Polietileno de Alta Densidade (PEAD), onde so apresentados as propriedades bsicas

das substncias envolvidas no processo, os critrios para a classificao de reas e diversos

tipos de equipamentos eltricos e no eltricos para as reas classificadas e uma anlise de

risco, baseado nos dados obtidos da caracterizao.

Palavras-chave: Risco, Analises de Riscos, ATEX, Segurana no Trabalho.


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v

ABSTRACT

There are numerous industrial activities in its manufacturing process where flammable

substances are present that may create a potentially explosive atmosphere in the form of

gases or vapours. The ATEX directive will establish risk areas where special precautions

should be taken to prevent the ignition and concentration of gas in the area.

This dissertation studies the phenomena of creating an explosive atmosphere and the

consequences inherent to it. According to the European Directives 94/9/EC (ATEX 95) and1999/92/EC (ATEX 137), which Portugal has adopted by Decree-Law no. 112/96 and

Decree-Law no. 236/2003 respectively.

The analysis of the flammable substances, the location of emission sources and zoning in

this study was applied to European Standard EN 60079, for the safety and classification of

areas and including extensions of the zone Part 10-1 explosive gas atmosphere and Part 10 -

2 combustible dust atmospheres.

In places where there may be large amounts of combustible dusts in hazardous

concentrations of flammable gases or vapours, would equate the probability with the risk of

explosion increased by the presence of dust. Putting in jeopardy the physical safety of

workers as a result of uncontrolled detonations and the pressure caused by the abrupt

expansion of gases.

A study on the elements of risk areas along with the Reactor Polymerization of High Density

Polyethylene (HDPE), which lists the basic properties of the substances involved in theprocess, the criteria for classifying areas and the various types of electrical equipment, was

made along with nonelectric for classified areas and a risk analysis based on data obtained

from this study.

Keywords: Risk, Risk Analysis, ATEX, Safety at Work


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NDICE

AGRADECIMENTOS ......................................................................................................................... II

EPGRAFE ........................................................................................................................................ III

RESUMO ........................................................................................................................................... IV

ABSTRACT ........................................................................................................................................ V

NDICE DE QUADROS ................................................................................................................... VIII

NDICE DE FIGURAS ........................................................................................................................ X

LISTA DE SIGLAS ............................................................................................................................ XI

INTRODUO ................................................................................................................................... 1

CAPTULO I ....................................................................................................................................... 3

1 OBJETIVOS E METODOLOGIA DA DISSERTAO .............................................................. 3

1.1 INTRODUO........................................................................................................................ 3

1.2 ENQUADRAMENTO................................................................................................................ 4

1.3 JUSTIFICAO DO TEMA........................................................................................................ 4

1.4 OBJETIVOS GERAIS E ESPECFICOS........................................................................................ 5

1.5 METODOLOGIA...................................................................................................................... 6

1.6 SNTESE DOS CAPTULOS....................................................................................................... 7

CAPTULO II ...................................................................................................................................... 8

2 REVISO DA LITERATURA ..................................................................................................... 8

2.1 INTRODUO........................................................................................................................ 8

2.2 DEFINIES......................................................................................................................... 8

2.3 PROTEO CONTRA EXPLOSES........................................................................................... 9

2.3.1 Exploses ....................................................................................................................... 9

2.3.2 As bases para uma exploso ....................................................................................... 15

2.4 ANLISE DE EFEITOS E CONSEQUNCIA................................................................................ 252.4.1 Fogo.............................................................................................................................. 29

2.4.2 Nuvens de vapor explosivas ........................................................................................ 31

2.4.3 BLEVE Exploso dos vapores da ebulio dos lquidos ........................................... 32

2.5 CAUSAS DA DESTRUIO..................................................................................................... 33

2.5.1 Instalaes e equipamentos ......................................................................................... 33

2.5.2 Ignio .......................................................................................................................... 34

2.6 PRINCPIOS DE PROTEO................................................................................................... 39

2.6.1 Anlise dos riscos ......................................................................................................... 39

2.6.2 Gesto de riscos Princpios e diretrizes NP ISO 31000............................................ 41


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2.6.3 Tcnicas de avaliao de riscos, EN 31010 ................................................................ 42

2.6.4 Preveno e proteo de exploses, EN 1127-1:2007 ................................................ 49

2.7 ENQUADRAMENTO LEGAL E NORMATIVO.............................................................................. 52

CAPTULO III ................................................................................................................................... 55

3 METODOLOGIAS .................................................................................................................... 55

3.1 INTRODUO...................................................................................................................... 55

3.2 METODOLOGIAS PARA AMBIENTES EXPLOSIVOS.................................................................... 56

3.2.1 Avaliao de riscos de atmosferas explosivas (ARIA) ................................................. 56

3.2.2 Avaliao de riscos de atmosferas explosivas (ASL Milo) ......................................... 65

3.2.3 Critrios gerais para a avaliao de riscos de exploso (Repsol) ............................... 70

3.2.4 Classificao de reas perigosas ................................................................................. 71

CAPTULO IV ................................................................................................................................... 89

4 ESTUDO DE CASO REATOR DE POLIMERIZAO........................................................ 89

4.1 APRESENTAO DOS DADOS............................................................................................... 90

4.1.1 Classificao de rea perigosa .................................................................................... 91

4.1.2 Substncias inflamveis ............................................................................................... 92

4.1.3 Fontes de emisso ....................................................................................................... 93

4.1.4 Fontes de Ignio ......................................................................................................... 93

4.1.5 Dados da fonte de emisso do reator R-2001 ............................................................. 94

4.1.6 Dados da anlise de riscos .......................................................................................... 99

5 LIMITAES ......................................................................................................................... 102

6 PROPOSTA DE MELHORIA COM BASE NOS DADOS OBTIDOS .................................... 103

7 UTILIDADE CIENTFICA ....................................................................................................... 103

CONCLUSO ................................................................................................................................ 103

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................................................. 105

APNDICE A ................................................................................................................................. 107

APNDICE B ................................................................................................................................. 110

APNDICE C ................................................................................................................................. 114

ANEXO A ....................................................................................................................................... 140

ANEXO B ....................................................................................................................................... 147

ANEXO C ....................................................................................................................................... 150

ANEXO D ....................................................................................................................................... 152


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NDICEDEQUADROS

TABELA 1EFEITOS DAS EXPLOSES (ADAPTADO DE R.KARL ZIPF,JR.,NIOSH-125) ............................. 11

TABELA 2COEFICIENTE DE DESCARGA (FONTE:CEI31-35) ............................................................ 21

TABELA 3-ACIDENTES INDUSTRIAIS CUSTOS (FONTE:IRCE) ............................................................. 27

TABELA 4-ACIDENTES INDUSTRIAIS -VITIMAS MORTAIS (FONTE:IRCE) ................................................ 27

TABELA 5-ACIDENTES INDUSTRIAIS -FERIDOS (FONTE:IRCE) ............................................................. 28

TABELA 6-ACIDENTES INDUSTRIAIS -EVACUADOS (FONTE:IRCE)........................................................ 28

TABELA 7CLASSIFICAO DE GASES (ADAPTADO DE:DANIELA.CROWL &JOSEPH F.LOWAR) ........... 37

TABELA 8TEMPERATURA DE SUPERFCIE.......................................................................................... 38

TABELA 9EXEMPLO DE PALAVRAS GUIA HAZOP .................................................................................. 45

TABELA 10PROBABILDADE DE ATMOSFERA EXPLOSIVA NDICE P...................................................... 57

TABELA 11PRESENA DAS FONTES DE IGNIO NDICE C................................................................ 58

TABELA 12EFEITOS DA DESTRUIO NDICE D................................................................................ 59

TABELA 13NDICE D..................................................................................................................... 60

TABELA 14NDICEDAPRESENA DE TRABALHADORES.................................................................... 60

TABELA 15PARMETROS DE PS MEDIDAS DE PROTEO................................................................. 63TABELA 16CLASSIFICAO DO NVEL DO RISCO................................................................................ 64

TABELA 17FONTES DE IGNIO........................................................................................................ 64

TABELA 18FONTES DE LIBERTAO................................................................................................. 64

TABELA 19NVEL DO RISCO.............................................................................................................. 64

TABELA 20-FATOR PEX...................................................................................................................... 66

TABELA 21-FATOR PFI....................................................................................................................... 66

TABELA 22-MATRIZ DO PERIGO......................................................................................................... 66

TABELA 23-VALOR FINAL DE P ........................................................................................................... 67

TABELA 24-PRESENA DE PESSOAS................................................................................................... 67

TABELA 25-FATOR CEX...................................................................................................................... 68

TABELA 26-MATRIZ DA CONSEQUNCIA............................................................................................. 68

TABELA 27-FATOR DA CONSEQUNCIA............................................................................................... 69

TABELA 28-FATOR DO DANO.............................................................................................................. 69

TABELA 29-MATRIZ DO RISCO............................................................................................................ 69

TABELA 30-VALORAO DO RISCO..................................................................................................... 70

TABELA 31PROABILIDADEAR .......................................................................................................... 70

TABELA 32CONSEQUNCIASAR ...................................................................................................... 70TABELA 33-MATRIZ DE RISCO............................................................................................................ 71


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ix

TABELA 34-NVEL DE RISCO............................................................................................................... 71

TABELA 35GRAU DE LIBERTAO..................................................................................................... 73

TABELA 36EMISSES ESTRUTURAIS. ................................................................................................ 74

TABELA 37VLVULAS DE SEGURANA,EMISSES ESTRUTURAIS........................................................ 74

TABELA 38DIMETRO DO FURO DE LIBERTAO NORMALIZADO............................................................ 75TABELA 39INFLUNCIA DA VENTILAO NO TIPO DE ZONA.................................................................. 77

TABELA 40PROBABILIDADES DE ATMOSFERAS EXPLOSIVAS EM ZONAS CLASSIFICADAS........................ 78

TABELA 41COEFICIENTE DE PRESSO (FONTE:CEI31-35) ............................................................... 84

TABELA 42VOLUME ESTENDIDO (FONTE:CEI31-35) ........................................................................ 88

TABELA 43FONTES DE IGNIO........................................................................................................ 94

TABELA 44CARACTERISTICAS DO AR................................................................................................ 94

TABELA 45CARACTERISTICAS DA SUBSTNCIA INFLAMVEL............................................................... 95

TABELA 46CARACTERSTICA DA FONTE DE EMISSO.......................................................................... 95

TABELA 47DADOS DAS SUBSTNCIAS INFLAMAVEIS........................................................................... 96

TABELA 48-ESTIMATIVA DO GRAU DE VENTILAO.............................................................................. 97

TABELA 49RESUMO DAS REAS DE RISCO........................................................................................ 98

TABELA 50ANLISE DE RISCO PARCIAL........................................................................................... 100

TABELA 51ANLISE DE RISCOARIA ............................................................................................... 100

TABELA 52DADOS DE EXPLOSIVIDADE............................................................................................ 101

TABELA 53DADOS DO VOLUME VEX................................................................................................ 101

TABELA 54-ANLISE DE RISCOASL .................................................................................................. 102


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x

NDICEDEFIGURAS

FIGURA 1COMPARAO DOS LIMITES DE INFLAMABILIDADE................................................................ 14

FIGURA 2-PENTGONO DA EXPLOSO (POEIRAS) ................................................................................ 14

FIGURA 3-TRINGULO DO FOGO......................................................................................................... 16

FIGURA 4-TETRAEDRO DO FOGO........................................................................................................ 18

FIGURA 5-CICLO DE VIDA DO FOGO.................................................................................................... 19

FIGURA 6GRFICO DE CAUSA DE ACIDENTES (FONTE:GARRISON 1988) ............................................. 25

FIGURA 7CONSEQUNCIA DE LIBERTAO ACIDENTAL DE SUBSTNCIAS COMBUSTVEIS...................... 26

FIGURA 8GRFICO DE ACIDENTES INDUSTRIAIS (FONTE:IRCE) ............................................................ 29

FIGURA 9CURVAS CARACTERSTICAS DO MIC ..................................................................................... 37

FIGURA 10PORMENOR DO MESG(FONTE:NFPA) .............................................................................. 38

FIGURA 11RELACIONAMENTOS DA COMUNICAO E CONSULTA (ADAPTADO NPISO 31000) ............... 42

FIGURA 12RESUMO HAZOP(ADAPTADO:EN31010) ...................................................................... 45

FIGURA 13RESUMO FMEA(ADAPTADO:EN31010) ......................................................................... 47

FIGURA 14ESTRUTURA GRFICADA FTA(ADAPTADO:EN31010) ..................................................... 47

FIGURA 15EXEMPLO DE UMA RVORE DE EVENTOS (ADAPTADO:EN31010) ...................................... 48FIGURA 16-FLUXOGRAMA DE RISCOATEX(ADAPTADO:EN31010) .................................................... 56

FIGURA 17-FLUXOGRAMA DE IDENTIFICAO E PREVENO DE EXPLOSO (ADAPTADO:EN31010) ...... 62

FIGURA 18COTA A........................................................................................................................ 81

FIGURA 19EXTENSO PARA DENSIDADES IDNTICAS AO AR (FONTE:CETIB) ...................................... 81

FIGURA 20EXTENSO PARA DENSIDADES MAIS PESADAS QUE O AR (FONTE:CETIB) .......................... 81

FIGURA 21EXTENSO PARA DENSIDADES MAIS LEVES QUE O AR (FONTE:CETIB) ............................... 82

FIGURA 22EXTENSO POR EFEITO DA APROXIMAO DO CHO OU PAREDE (FONTE:CETIB) .............. 82

FIGURA 23REAS COM DOIS TIPOS DE ZONAS (FONTE:CEI31-35).................................................... 83

FIGURA 24ABERTURAS DA EDIFICAO (FONTE:CEI31-35) ............................................................. 84

FIGURA 25-PRINCIPAIS UNIDADES E PROCESSOS NA REPSOL (FONTE:REPSOL) ................................... 89


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LISTADESIGLAS

ACT: Autoridade para as Condies do Trabalho.

ARIA: Anlise de Riscos Industriais e Ambiente.

ASL: Autoridade de Sade de Local (Milo)

ATEX: Atmosferas Explosivas.

BLEVE: Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion.

CEE: Comunidade Econmica Europeia.

CE: Comisso Europeia.

DL: Decreto-lei.

ETA: Event Tree Analysis.

EPC: Equipamento de proteo coletivo.

EPI: Equipamento de proteo individual.

EN: Norma Europeia. FMEA: Failure Mode and Effect Analysis.

FMECA: Failure Mode and Effect Criticality Analysis.

FTA: Fault Tree Analysis.

HAZOP: Hazard and Operability Studies.

IEC: International Electrotechnical Commission

ISO: International Organization for Standardization.

IRCE: International Review of Chemical Engineering MESG: Maximum Experimental Safe Gap.

MIC: Minimum Ignition Current.

MIE: Minimum Ignition Energy.

NP: Norma Portuguesa.

OIT: Organizao Internacional do Trabalho.

OSHA: Occupational Safety and Health Administration.

SST: Segurana e Sade no Trabalho.


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1

INTRODUO

A segurana nas Indstrias Petroqumicas tm vindo a ser alvo de muitos estudos ao longodos ltimos anos, muito deles tiveram origem em grandes acidentes como a da indstria

qumica ICMESA em Seveso na Itlia (10 de Junho de 1976). Este incidente levou a Unio

Europeia a publicar a Diretiva Seveso (Diretiva 2012/18/EU), mas a histria dos grandes

acidentes no fica por aqui realando-se em Flixborough (Inglaterra), uma exploso de

nuvem de vapor de ciclo-hexano (1 Junho 1974) que resultou em 28 mortes e 89 feridos; em

Beek (Holanda), exploso de nuvem de vapor de Propileno (7 Novembro 1975) origina 14

mortes e 107 feridos; San Carlos (Espanha), exploso de tanque de propileno (11 de Julhode 1978), muitos outros exemplos podamos realar, mas foi com acidentes como o de

Louisiana em Westwego (USA), uma exploso de poeiras (22 de Dezembro de 1977), 36

mortos e 9 feridos; e na Georgia em Port Wentworth (USA), exploso de poeiras (7 de

Fevereiro de 2008) que se comeou a levar em considerao os riscos inerentes s poeiras.

Com o estudo destes tipos de desastres, foram elaboradas diretivas, normas, procedimentos

e guias de boas prticas, o que leva a reduzir muito substancialmente, os riscos de acidentes

graves (por exemplo as Diretivas Seveso e ATEX). No entanto mesmo com todas estas

medidas, o sector Industrial Petroqumico continua a ser um local de trabalho perigoso.

Felizmente estes tipos de eventos no so as causas mais frequentes de acidentes no trabalho.

As estatsticas do GEP (Gabinete de Estratgia e Planeamento) mostram que os acidentes de

trabalho (20002010) na Indstria transformadora tem vindo a baixar anualmente em mdia

cerca de 3,64% (CAE Rev. 3C) e nos acidentes de trabalho na Fabricao de artigos de

borracha, matrias plsticas cerca de 2% (CAE Rev. 3C22).

Os acidentes mortais em Portugal (segundo o GEP), mesmo considerando o que representam

para a sociedade, e para as empresas em particular, tm visto o seu nmero a ser reduzido

face ao total dos acidentes ocorridos. O nmero total de acidentes apurados em 2010 foi de

57300, dos quais apenas 27 foram mortais (0,047%).

Portugal, apesar da carncia de indicadores reveladores da extenso do ndice de mortalidade

em acidentes laborais, regista com os dados que vo sendo divulgados, mesmo com

considerveis atrasos, um dos ndices de maior sinistralidade laboral na Unio Europeia.

A Organizao Internacional do Trabalho (OIT) refere que os acelerados progressos

tecnolgicos e as agressivas polticas de competitividade do origem a mudanas nas


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2

condies e processos de trabalho, assim como, nas organizaes de trabalho (OIT, 2002).

A atividade humana est sempre associada a riscos, sendo estes de diferentes nveis, num

confronto dirio com a difcil tarefa de aceitao destes mesmos riscos a que somos expostos

mesmo sem pensar nelas.

Assim, o conceito de segurana relativo, mas podemos perfeitamente abraar o termo de

risco aceitvel. Neste mbito quando nos deparamos com uma situao considerada segura,

esta no est isenta de riscos mas sim com um nvel de risco considerado aceitvel.

A avaliao de riscos, constitui a base da gesto da segurana e sade no trabalho (SST),

sendo imprescindvel para a reduo dos incidentes no trabalho e das doenas profissionais.

Se a metodologia utilizada for a adequada e executada corretamente, a avaliao de riscos

torna-se uma ferramenta muito til para a melhoria da SST.Neste contexto, iniciou-se um processo de atualizao legislativo por volta dos anos 80,

atravs de um conjunto de Convenes da OIT (Conveno N 155 e Recomendao N 164)

j na dcada de 90, a transposio de Diretivas Comunitrias de prescries mnimas de

segurana e sade do trabalho e de requisitos essenciais de segurana, como por exemplo a

Diretiva Quadro 89/391/CEE alterada pela Diretiva n 2007/30/CE do Conselho de 30 de

Junho relativa aplicao de medidas destinadas a promover a melhoria da segurana e da

sade dos trabalhadores no trabalho.Muito embora estejam definidos os contextos em que a atividade se desenvolve e

identificados alguns dos processos e tcnicas de avaliao a levar a cabo no mbito dos

servios de segurana, higiene e sade do trabalho refletidos na Lei n. 102/2009, de 10 de

Setembro, A preveno dos riscos profissionais deve assentar numa correta e permanente

avaliao de riscos e ser desenvolvida segundo princpios, polticas, normas e programas

(n. 3 do art. 5 da Lei 102/2009) no cabe a este diploma legal definir todos os contedos

que tal atividade requer, assim remetido para a doutrina e normalizao tcnica a definiodas metodologias necessrias para materializar os objetivos propostos ao empregador

Cabendo ao empregadorassegurar ao trabalhador as condies de segurana e de sade

em todos os aspetos do seu trabalho." (n. 2 do art. 281 da Lei n. 07/2009, n. 1 do art. 15

da Lei 102/2009).


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3

CAPTULOI

1 OBJETIVOS E METODOLOGIA DA DISSERTAO

1.1 INTRODUO

A instalao de um complexo industrial, em Sines, na dcada de 70 e com uma forte

componente de transformao petrolfera, fez do concelho um local com particulares

desafios (tanto no mbito dos riscos profissionais, como ambientais) na preveno deacidentes por exploses.

A segurana das instalaes industriais petroqumicas uma parte importante das operaes

das empresas. Normas Internacionais de segurana para petroqumicas e polticas de gesto

de segurana da empresa, auxiliam a que seja integrado na sua gesto empresarial mtodos

de gesto de riscos (onde se inclui as anlises dos perigos, as revises dos processos

existentes e propostas de melhoria s operaes a serem realizadas). Os limites das

substncias perigosas citado tanto pela Occupational Safety and Health Administration(OSHA) como pela Agncia de Proteo Ambiental, ditam o emprego dos elementos de

gesto de segurana dos processos de fabrico em quase todas as reas da empresa de

transformao petrolfera ou de produtos qumicos. Estas diretrizes so destinadas a reduzir

a probabilidade e as consequncias de um incidente grave que teria um impacto prejudicial

no bem-estar dos seus funcionrios, nas instalaes ou nas zonas circundantes s instalaes,

do meio ambiente, e no menos importante para a prpria empresa a reao adversa do

pblico em geral e, portanto, o prestgio da empresa pode sofrer danos irreparveis ou

considerveis na sua imagem de empresa segura.

Esta insegurana volta das indstrias transformadoras em que maioritariamente a sua

matria-prima composta por substncias combustveis e inflamveis, levanta a incerteza

de como poder ser encarada pelos responsveis desta matria, o controlo e a delimitao

das possveis atmosferas explosivas derivadas dos seus processos de transformao, levando

seguinte pergunta de partida os gestores industriais tm a perceo real dos perigos de

exploso e riscos existentes de atmosferas explosivas nas suas instalaes, baseadas em

dados tcnicos adequados s instalaes e ao seu processo de fabrico?.


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neste contexto a pertinncia deste trabalho, a verificao da adequao da metodologia de

identificao de perigo de atmosferas explosivas e classificao de reas, analise e avaliao

de riscos, definidas na Industria Petroqumica Repsol no mbito da Diretiva ATEX.

Neste sentido, pretende-se fornecer um contributo para o desenvolvimento de critrios e

recomendaes, que podero servir de suporte aos responsveis industriais abrangidos, no

cumprimento das suas respetivas obrigaes em termos da avaliao do risco de exploso

decorrente da atividade desenvolvida nas suas empresas.

Fornecendo uma reflexo a partir de requisitos apreendidos durante o percurso acadmico e

profissional, com o intuito de que esta seja aproveitada pelos responsveis e gestores das

empresas industriais.

1.2 ENQUADRAMENTO

O processo de anlise de riscos em atmosferas explosivas no se destina a identificar os

incidentes menores. Estes so da responsabilidade dos requisitos gerais de segurana da

empresa e esto normalmente bem estabelecidos. O processo de anlise de risco em

atmosferas explosivas procura os incidentes que tm o potencial de impactos fortes.

Em caso de exploso, a integridade fsica dos trabalhadores ameaada devido variao

abrupta da presso (detonao) e aos efeitos consequentes das chamas. Os danos causados

s estruturas do origem a novos perigos (colapso estrutural). Por todos estes motivos, a

proteo e preveno de exploses que tenham origem em atmosferas explosivas, torna-se

uma preocupao primordial da segurana, sendo necessria a implementao de medidas

tcnicas e organizacionais de acordo com as caractersticas do processo e do local de

trabalho.

O objeto deste estudo foi a compreenso e implementao nas indstrias petroqumicas da

diretiva ATEX (Atmosferas Explosivas), em relao anlise de riscos em empresas na rea

da petroqumica, por forma s mesmas minimizarem os riscos existentes, mediante a adoo

de diferentes medidas de controlo.

1.3 JUSTIFICAO DO TEMA

Muitos acidentes so atribudos ao erro humano ou a fatores humanos, referindo-se

geralmente negligncia ou distrao do trabalhador. Mas o problema no to simplista

quanto isso. Assim esta abordagem tem sofrido mudanas na medida em que se compreende


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melhor o cerne da questo. J Perrow (1984) tem a opinio de que os erros so consequncias

necessrias e rigorosamente corretas de premissas inadequadas.

Em geral, toda a falha decorre de uma deciso humana, denominado por falha tcnica que

no mais do que o um aglomerar de decises anteriores, decises crticas que, s vezes,

fazem parte da fase de projeto assim como do cotidiano da produo de um sistema

complexo.

Neste contexto, surgiu a ideia de desenvolver o presente trabalho com o intuito de contribuir,

de uma forma sustentvel, para alertar as empresas transformadoras petrolferas, no que

respeita a questes ligadas segurana respeitante aos perigos da ocorrncia de exploso de

atmosferas explosivas.

Este trabalho prope-se compreenso e anlise da Diretiva ATEX, que foi transporta paraa ordem jurdica nacional os Decreto-Lei n. 236/03 e Decreto-Lei n. 112/96. Explorando

as condies fsicas, as estruturas e equipamentos de processo, com o seu foco nas escolhas

dos materiais, equipamentos e sistemas adequados como ponto crucial na preveno de

acidentes graves de exploses.

Pretende-se dar um contributo para a preveno de atmosferas explosivas, o diagnstico de

possveis fontes de libertao e ignio, classificao de reas de interveno nesta matria.

Com potenciais aplicaes na preveno dos acidentes graves, assim como para odesenvolvimento de novas pesquisas, no contexto da diretiva ATEX.

1.4 OBJETIVOS GERAIS E ESPECFICOS

Esta investigao tem como objetivo geral o estudo da adequao da metodologia de anlise

de riscos para as atmosferas explosivas nas Industrias Petroqumicas, com base nas tcnicas

de anlise de risco descritas na IEC/ISO 31010, que permitir determinar a melhor

adequao e monitorizao das atmosferas explosivas ao longo dos processos de

transformao do petrleo, seguindo as Diretivas ATEX.

Como objetivos especficos temos:

Analisar a adequao dos mtodos de identificao do perigo da existncia de

atmosferas explosivas e a respetiva avaliao de riscos;

Determinar a abrangncia das identificaes de perigos;

Determinar a adequao da classificao das reas perigosas e a seleo de

equipamentos utilizados nas respetivas zonas.


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O mbito deste trabalho est limitado ao complexo industrial Petroqumico da Repsol, que

forneceu recursos humanos e documentais. Os elementos fornecidos pela empresa foram

trabalhados com a observncia criteriosa das seguintes Normas: NP ISO 31000:2013 (Gesto

do risco. Princpios e linhas de orientao), EN 31010:2010 (Gesto de riscos - Tcnicas de

avaliao de riscos), Diretiva 1999/92/CE (Decreto Lei n. 236/2003) no que diz respeito s

prescries mnimas destinadas a promover a melhoria da proteo da segurana e da sade

dos trabalhadores suscetveis de serem expostos a riscos derivados de atmosferas explosivas

e Diretiva 1994/9/CE (Decreto Lei n.112/1996) relativa aproximao das legislaes dos

Estados membros sobre aparelhos e sistemas de proteo destinados a ser utilizados em

atmosferas potencialmente explosivas, conhecidas como Diretivas ATEX, EN 60079-10-

1:2009 (Atmosferas explosivas. Parte 10-1: Classificao das reas - Atmosferas explosivasgasosas), EN 60079-10-2:2009 (Atmosferas explosivas. Parte 10-2: Classificao das reas

- Atmosferas com poeira combustvel), CEI 31-35 (Guia de classificao de lugares com

perigo de exploso pela presena de gases em aplicao da norma EN 60079-10-1), CEI 31-

56 (Guia de classificao de lugares com perigo de exploso pela presena de poeiras

combustveis em aplicao da norma EN 60079-10-2).

1.5 METODOLOGIA

O mtodo utilizado foi o da observao direta, recorrendo a fatos e seus registos

documentais, avaliaes existentes e evidencias.

A recolha dos dados realizou-se de forma presencial e por disponibilizao em suporte

eletrnico. E ainda atravs de pesquisa, quer a nvel da Unio Europeia, quer a nvel mundial,

recorrendo a referncias bibliogrficas da rea, tais como, obras e artigos cientficos,

relatrios, documentos legais, relatrios de segurana e normas para a sistematizao de

metodologias existentes ao nvel da avaliao dos riscos.


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7

1.6 SNTESE DOS CAPTULOS

Para alcanar os objetivos propostos nesta dissertao, foi elaborado uma estrutura em quatro

captulos:

O captulo I apresenta os objetivos e a metodologias desta dissertao, abordando o

enquadrando e justificando o tema.

O captulo II apresenta uma reviso da literatura com conceitos bsicos necessrios para a

avaliao de atmosferas explosivas, onde se aborda as substncias inflamveis e a proteo

contra exploses, com conceitos sobre inflamao de gases, detonao e deflagrao.

Noes de exploses de poeiras e gases. Noes bsicas das reaes qumicas do fogo,

incluindo o tringulo, tetraedro e o ciclo de vida do fogo. Os derramamentos de substncias

acidentais e estruturais dos gases comprimidos e lquidos, as anlises de efeitos e

consequncias do fogo, nuvens explosivas, BLEVE e suas causas da destruio, assim como

as fontes de ignio. Noes de anlise e gesto de riscos e, por fim, uma reviso do

enquadramento legal e normativo.

O captulo III trata da metodologia a ser utilizado no estudo de caso para a classificao de

reas e anlise de riscos, apresentando critrios de seleo segundo a legislao e normasPortuguesas, Europeias e Internacionais.

O captulo IV apresenta um estudo de caso na indstria petroqumica, com a elaborao de

uma classificao de rea junto ao reator de polimerizao, e a respetiva anlise de riscos.

Fala-se das limitaes encontradas, e tambm sobre propostas de melhoria, a sua utilidade

cientfica e, por fim, a concluso.


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CAPTULOII

2 REVISODALITERATURA

2.1 INTRODUO

Neste captulo, abordado o suporte terico onde se fez uma reviso bibliogrfica ao estado

da arte na anlise de riscos em atmosferas explosivas, e uma reviso legal do seu

enquadramento.

Caracterizadas as obrigaes legais, so comparadas metodologias de gesto de riscos,

selecionando justificadamente aquela que ser usada no decorrer do estudo de caso. Aps a

anlise pormenorizada do ambiente fabril, descrevem-se os principais parmetros que devem

ser medidos e que so importantes para a determinao da avaliao das atmosferas

explosivas.

2.2 DEFINIES

Existindo definies legais dos conceitos, que so apresentadas, sem prejuzo de se poderem

considerar outras definies, que concretizam uma definio genrica para matria

especfica, ou outras ainda que se afigurem com interesse e que no contrariem a definio

legal.

Avaliao do RiscoProcesso de avaliao do(s) risco(s), resultante(s) de um perigo(s),

tendo em considerao a adequao de quaisquer controlos j existentes e de deciso sobre

se o risco ou no aceitvel. (OHSAS 18001:2007)

RiscoA probabilidade de concretizao do dano em funo das condies de utilizao,

exposio ou interao do componente material do trabalho que apresente perigo (art. 4/h

da Lei n. 102/2009, de 10 de Setembro).

Risco AceitvelRisco que foi reduzido a um nvel que possa ser tolerado pela organizao,

tomando em ateno as suas obrigaes legais e a sua prpria poltica de SST. (OHSAS

18001:2007)

Substncias perigosas As substncias ou preparaes classificadas segundo uma das

seguintes categorias: explosivas, comburentes, extremamente inflamveis, facilmente

inflamveis, inflamveis, muito txicas, txicas, nocivas, corrosivas, irritantes,


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sensibilizantes, cancergenas, mutagnicas, txicas para a reproduo e perigosas para o

ambiente. (Regulamento (CE) N. 1272/2008, de 16 de Dezembro de 2008).

rea perigosa Uma rea na qual se pode formar uma atmosfera explosiva em

concentraes que exijam a adoo de medidas de preveno especiais a fim de garantir a

segurana e a sade dos trabalhadores abrangidos (artigo 3 /b do Decreto-lei n. 236/2003,

de 30 de Setembro).

rea no perigosaUma rea em que no provvel a formao de atmosferas explosivas

em concentraes que exijam a adoo de medidas preventivas especiais (artigo 3 /c do

Decreto-lei n. 236/2003, de 30 de Setembro).

Atmosfera explosivaUma mistura com o ar, em condies atmosfricas, de substncias

inflamveis sob a forma de gases, vapores, nvoas ou poeiras, na qual, aps ignio, acombusto se propague a toda a mistura no queimada (artigo 3 /d do Decreto-lei n.

112/1996, de 5 de Agosto).

ZonasUma rea perigosa ou classificada, na qual so divididas em zonas, baseadas na

frequncia da ocorrncia e durao de uma atmosfera explosiva de gs, vapor nevoas ou

poeira (Dir. 1999/92/CE).

2.3 PROTEO CONTRA EXPLOSES

Segundo a norma Europeia, EN 1127-1, uma exploso definida como uma reao abrupta

envolvendo uma rpida oxidao fsica ou qumica ou reao de decomposio que produz

um aumento de temperatura ou presso, ou ambas ao mesmo tempo. As reaes mais

conhecidos so as dos gases, vapores ou poeiras com o oxignio contido no ar.

Estas reaes so um dos fatores que mais ameaa a segurana nas indstrias, plataformas

petrolferas, refinarias e petroqumicas. Em que muitos dos acidentes ocorridos so

originados por uma m gesto do risco, devido carncia de informao especializada nesta

matria, aumentando assim o risco de exploses.

2.3.1 EXPLOSES

Segundo Sickler (1992), algumas substncias temidas, mal utilizadas, e menos

compreendidas da terra so os materiais energticos. No sentido mais amplo os materiais

energticos podem abranger tudo, desde os combustveis at aos explosivos.


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Energia esta quando libertada descontroladamente, pode provocar incendio ou exploso. A

principal distino entre incndios e exploses est na taxa de libertao de energia. Isto

os incndios libertam energia lentamente, enquanto as exploses libertam a energia

abruptamente, tipicamente na ordem dos microssegundos. A energia libertada em forma de

incndio pode resultar numa exploso assim como exploses podem resultar em incndios.

A exploso uma expanso dos gases abrupta, resultando numa presso que se move

rapidamente (sob a forma de onda de choque). Esta expanso pode ser de origem mecnica

(por meio da rutura sbita de um recipiente pressurizado), ou pode ser o resultado de uma

reao qumica exotrmica. Esta reao provoca consequentemente o aumento do seu

volume, originado pela rpida oxidao da atmosfera inflamvel, o que leva libertao de

uma grande quantidade de energia, atingindo altas temperaturas. Esta grande produo degases que provoca a onda de presso em torno do local do incidente. A esta onda de choque

tanto por deflagrao como por detonao atribuda a origem dos maiores danos fsicos

provocados pela exploso. Lewis e Von Elba (1987) descrevem a teoria da detonao, que

pode ser utilizado para prever as propriedades da onda de choque e a presso de pico. Lees

(1986) diz que a presso de pico para uma detonao, numa conteno inicialmente presso

atmosfrica pode ser cerca de 20 bar (um aumento de 20 vezes). A amplitude de uma

exploso depende de muito de fatores como: a temperatura, a presso do ambiente, acomposio da substncia e as propriedades fsicas, o tipo e a durao da energia de ativao,

o espao envolvente (confinado ou aberto), a quantidade e a escala em que a substncia

libertada.

2.3.1.1 GASES

Brown (2011) As propriedades observveis comuns a todos os gases so: a expanso dos

gases preenche todo o volume de um recipiente, a sua densidade mais baixa que os slidos

ou lquidos e variam dependendo das condies, os gases misturam-se espontaneamente uns

com os outros e alteram o seu volume drasticamente com a mudana de temperatura.

A oxidao inicia-se quando uma fonte de energia ativa est presente numa atmosfera

explosiva, levando quebra das ligaes das molculas afetadas, provocando a sua

decomposio e a consequente libertao de energia, propagando o efeito s molculas

adjacentes, instigando o efeito de 'Reao em cadeia, levando a um aumento da presso

pelo aumento brusco da quantidade de gases, o que d a origem onda de choque, com


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propagao radial e centrfuga, decrescendo a sua velocidade a partir do ponto de ignio.

Estas exploses so classificadas em ondas subsnicas (deflagrao), e ondas supersnicas

(detonao).

A deflagrao (uma exploso na qual a frente de reao move-se a uma velocidade inferior

velocidade do som) um processo de combusto subsnico que normalmente se propaga

atravs de condutividade trmica (a camada de matria que est em combusto aquece a

camada de matria vizinha, mais fria, que ento sofre a ativao) enquanto na detonao

(uma exploso na qual a frente de reao move-se a uma velocidade superior velocidade

do som) o processo de combusto supersnico libertada a energia da zona inicial de reao

a todo o material inflamvel na forma de uma onda de choque comprimindo as molculas

do material, elevando sua temperatura at o ponto de ignio.Devido s altas presses desenvolvidas, as detonaes so muito mais destrutivas que as

deflagraes e os seus efeitos dividem-se em: fisiolgicos (ao nvel de olhos, tmpanos,

pulmes, corao, etc.), trmicos (aumento de temperatura provocado pela libertao de

energia) e mecnicos (projees de materiais, por arrastamento ou por destruio).

Os efeitos das exploses nas pessoas e nas estruturas podem ser observados nas seguintes

tabelas:

Nas PessoasPresso (bar) Efeitos

0,35 Limite para a rutura dos tmpanos0,70,85 Limite para danos nos pulmes1,051,4 Rutura dos tmpanos em 50% dos casos2,112,95 Limite mortal

2,954 Morte para 50% dos casos45 Morte para 100% dos casos

Nas Estruturas

Presso (bar) Efeitos< 0,07 Quebra de vidros

0,070,15 Destruio de cobertura de naves industriais0,170,25 Remoo de Batentes0,20,30 Esmagamento de tanques0,350,5 Rutura de estruturas de madeira0,60,9 Destruio de prdios0,72 Rutura estruturas de concreto

TABELA 1 EFEITOS DAS EXPLOSES (ADAPTADO DE R. KARL ZIPF, JR., NIOSH-125)

As frentes de presso produzidas por detonaes e deflagraes so tipicamente diferentes,enquanto a detonao produz uma frente de choque, com um aumento abrupto de presso


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mxima superior a 10 atmosferas e uma durao total menor do que 1 milissegundo a uma

velocidade de 2000 m/s. A deflagrao tm uma frente de presso resultante mais longa

(muitos milissegundos de durao), plano (sem uma frente de choque brusca), a velocidade

da chama propaga-se a 1 m/s chegando a atingir de 500-1000 m/s dependendo da presso

mxima (normalmente 1 ou 2 atmosferas).

Uma exploso projeta tipicamente uma bola de fogo de cerca de oito vezes maior do que o

volume que a originou.

Para se prever o efeito das deflagraes de uma determinada matria (gs ou p), realizam-

se testes em laboratrio de ambiente controlado (volume tpico 10L) para que no seja

necessrio realizar em grande escala. taxa mxima do aumento de presso encontrada

designa-se por KGou KSTe pode ser determinado pela seguinte equao: = f.2.3.1Onde:

P = presso (bar);

t = tempo (seg.);

V = volume (m3);

K = ndice KST(st deriva do alemo Staub que quer dizer poeira) ou KG(bar-m/s).

Um valor de KGpara um gs inflamvel pode ser estimado atravs de um outro gs com um

valor de KGconhecido e com a seguinte frmula:

f.2.3.2

Onde :

KGndice de deflagrao (bar-m/s)

SuVelocidade fundamental da queima (cm/seg)

2.3.1.2POEIRAS

Eckhoff (2003) descreve que o fenmeno chamado exploses de poeiras de fato bastante

simples e de fcil compreenso em termos de experincia de vida. Qualquer material slido

que pode queimar no ar ir faz-lo com uma violncia e velocidade que aumenta com o

aumento do grau de subdiviso de material.

=


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Beyrsdorfer (1925) foi um dos pioneiros no estudo sobre exploses de poeiras, questionado

sobre as suas motivaes ele descreve trs questes que o levaram a escrever o livro, a

primeira impulsionada pela populao em geral As exploses de p realmente existem? a

segunda questionada pela engenharia industrial Porque estamos a ter tantos exploses de

p e a terceira instigados pelos investigadores Porque no temos muitas mais exploso de

p, apesar da desatualizao inerente idade, no deixa de ser uma referncia para o tema.

As indstrias onde a manipulao de produtos no seu processo de fabrico podem provocar

nuvens de poeira combustveis capazes de causar uma exploso, tais como as indstrias

qumicas, alimentar, txteis, papel, pesticidas, etc. tm que ter em especial ateno os

seguintes fatores:

Quando uma massa de material inflamvel slida aquecida e arda lentamente devido realimitada da superfcie do material exposto ao oxignio obtido do ar. Esta energia produzida

libertada gradualmente e de forma uma inofensiva, porque dissipada to rapidamente

quanto se produza.

No entanto, o resultado bastante diferente quando a mesma massa de material se encontra

moda num p fino (< 0,5 mm) e misturados intimamente com o ar sob a forma de uma

nuvem de p. Nestas condies, a rea da superfcie exposta ao ar muito maior (do que a

situao anterior) e ao ocorrer a ativao efetiva, a totalidade do material oxidar-se-rapidamente e a energia da massa, que no caso anterior libertara gradualmente e de forma

inofensiva, agora libertada abruptamente e com o desenvolvimento de grandes quantidades

de calor.

Apesar de uma mistura de p inflamvel com o ar, poder oxidar com uma violncia

explosiva, s algumas das misturas o iro fazer. Isto porque existem uma gama de

concentraes de p e de ar dentro da qual a mistura pode explodir, no entanto as misturas

que estejam acima ou abaixo deste intervalo (nvel inferior 30-60 gr/m3

e o nvel superior 2-6 Kg/m3) no tero a capacidade para explodir. A menor concentrao de p suscetvel de

explodir referido como o limite inferior de explosividade e a concentrao acima do qual

uma exploso no ter lugar referido como o limite superior de explosividade.

Os limites inferiores de explosividade de muitos materiais tm sido medidos e variam entre

as 10 gr/m3a cerca de 500 gr/m3. Para a maioria dos fins prticos, pode ser assumido que 30

gr/m3 o limite inferior de explosividade para a maioria das poeiras inflamveis. Embora

aparente ser uma concentrao muito baixa, uma nuvem de poeira com tal concentrao, tm

a visibilidade de um dia de nevoeiro muito denso. Os limites superiores explosivos no esto


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bem definidos e tm fraca reprodutibilidade sob condies de teste de laboratrio. Uma vez

que o limite explosivo superior de pouca importncia prtica, os dados para este parmetro

esto raramente disponveis.

A umidade contida nas partculas de p outro dos fatores que faz com que seja necessrio

o aumento da temperatura de ignio (absoro de energia para a vaporizao da gua).

Existe uma relao direta entre o teor de umidade e a energia mnima necessria para a

ignio. Em termos de umidade relativa do ar a ocorrncia de teores abaixo de 75 %

representa um aumento do risco na ocorrncia das exploses de poeiras, e para valores

inferiores a 50% representa uma situao crtica na ocorrncia das exploses de poeiras.

Nas atmosferas explosivas de poeiras combustveis, as exploses mais violentas so as

produzidas quando a proporo de oxignio presente se aproxima-se daquela que serianecessrio para uma combusto completa. A gama da concentrao de exploso de uma

nuvem de p no uma simples funo da composio qumica do p, sendo os seus limites

variveis de acordo com o tamanho e a forma das partculas na nuvem de p.

Uma nuvem de mistura do p e ar que esteja dentro da gama de inflamabilidade tm a

capacidade para explodir, no entanto esta no explodir a menos que esteja de alguma forma

inflamado atravs de uma fonte de ignio ativa (o modo de ignio de uma nuvem de poeira

tipicamente uma superfcie quente, uma fasca eltrica ou uma chispa de atrito geradomecanicamente), neste caso a chama ir propagar-se ao longo de toda a nuvem.

A figura 1 mostra uma comparao dos limites de inflamabilidade entre o gs metano e a

poeira de polietileno no ar.

A figura 2 mostra o pentgono da exploso das poeiras, composto por poeiras combustveis,

o oxignio, a disperso, o confinamento, e finalmente a energia de ativao.

FIGURA 1COMPARAO DOS LIMITES DE INFLAMABILIDADEFIGURA 2 - PENTGONO DA

EXPLOSO (POEIRAS)


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2.3.2 AS BASES PARA UMA EXPLOSO

A oxidao definida como a combinao qumica do oxignio com qualquer outra

substncia, por outras palavras, sempre que o oxignio se combina quimicamente com outrasubstncia, a substncia foi oxidada. A ferrugem um exemplo da oxidao do ferro, neste

caso, a reao qumica muito lenta, oxidao muito rpida de uma substncia chamado

de combusto, ou fogo. Por outras palavras o fogo uma reao qumica, mais

especificamente uma reao de oxidao.

Davletshina e Cheremisinoff (1998) Define o fogo como uma reao exotrmica (libertao

de calor). Devendo haver uma reao contnua de energia (calor) para manter a reao ativa.

Para conhecer-se melhor a qumica do fogo iniciamos com o estudo dos materiais que

representam os produtos inflamveis mais comuns, nomeadamente os hidrocarbonetos. Os

hidrocarbonetos so compostos que contm apenas na sua composio tomos de carbono e

hidrognio. Uma vez que os hidrocarbonetos uma combinao qumica de hidrognio e

carbono (ambos no-metais) vamos esmiuar os seus constituintes como o hidrognio que

tm na sua configurao eletrnica apenas um eletro no anel externo e, portanto, ir formar

apenas uma ligao, atravs da doao de um eletro para a ligao. J o carbono, por outro

lado, estando a meio caminho da estabilidade com os seus quatro eletres no anel externo,

nenhum destes eletres esto emparelhados, deste modo o carbono utiliza todos eles para

formar ligaes covalentes. Esta particularidade da estrutura do carbono a base da qumica

orgnica. O carbono no s combina em covalncia com outros no-metais, mas tambm

com sigo mesmo, esta combinao forma uma molcula maior com cada tomo de carbono

que adicionado cadeia, o composto resultante conhecida como um ismero que so os

compostos que tm a mesma composio elementar e diferentes propriedades fsicas ou

qumicas. Existem milhares de hidrocarbonetos conhecidos em consequncia das diferentes

composies moleculares. No entanto todos os hidrocarbonetos apresentam uma

propriedade em comum, oxidam-se com facilidade liberando energia calorifica.

Existem trs teorias bsicas que so usados para descrever a reao conhecida como o fogo

so elas o tringulo do fogo, o tetraedro de fogo, e o ciclo de vida do fogo.

2.3.2.1 OTRINGULO DO FOGO

A primeira teoria, o tringulo do fogo, uma teoria simplificada e proporciona uma

compreenso bsica das trs entidades que so necessrias para se formar o fogo. Esta teoria


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afirma que existem trs componentes necessrios para se obter o fogo: o combustvel (a

substncia), o comburente (oxignio) e a energia de ativao (ou o calor). So

comparados estes trs componentes aos trs lados de um tringulo, que indicam que,

enquanto o tringulo no estiver completo, isto , os segmentes de reta no se tocarem uns

nos outros para formar um tringulo fechado ou concludo, a combusto no se realiza. A

Figura 3 ilustra o tringulo do fogo.

FIGURA 3 - TRINGULO DO FOGO

Esta teoria apesar de ser a mais antiga, continua correta, pois sem o combustvel (qualquer

coisa que arda) para queimar, no pode haver fogo, assim tambm se no houver oxignio

(o oxidante) presente, no pode haver fogo, e finalmente, sem a energia de ativao (o calor),

no pode haver fogo. Portanto, o tringulo do fogo representa o combustvel, o comburente

e energia.

Os combustveis podem ser:

Elementos (que se incluem os metais e no-metais, ex: carbono, o fsforo);

Hidrocarbonetos (petrleo, gs natural);

Hidratos de carbono (incluindo as misturas que so feitos parcialmente de celulose

(C6H10O5), como a madeira e o papel);

Muitos gases ligados por covalncia (incluindo o monxido de carbono, amnia e

cianeto de hidrognio);

Todos os outros compostos orgnicos.

Esta lista de materiais que arde bastante extensa, e inclui no s os elementos como tambm

os compostos, assim como as mistura desses elementos e compostos (ex: a gasolina, que

uma mistura dos seis primeiros alcanos lquidos o pentano, hexano, heptano, octano, nonano,

e decano).

Os oxidantes para os gases so o oxignio, fluor e o cloro; para os lquidos so os perxidos

de hidrognio, cido ntrico, cido perclrico e por fim para os slidos os perxidos de metal,

nitrito de amnio.


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As formas capazes de fornecer a fonte de energia necessria para iniciar o processo de

combusto so:

Gerado quimicamente pela combusto de alguns outros combustveis;

Gerado por uma reao qumica exotrmica;

Gerado por uma ao mecnica, (frico: calor e esttica);

Gerao de energia eltrica (calor, arco, curto circuito, relmpago);

Gerao de energia nuclear (fuso nuclear).

Esta energia transmitida ao combustvel de trs maneiras diferentes: por conduo (a

transferncia de calor faz-se atravs de um meio condutor, ou seja, atravs de um material

slido de uma regio de temperatura elevada em direo a outra regio de temperatura mais

baixa), por conveco (a transferncia do calor faz-se com o meio, ou seja, por meio de um

fluido lquido ou gs, tal como o ar aquecido), e por radiao (a transferncia de calor no

dependente de qualquer meio).

2.3.2.2 OTETRAEDRO DO FOGO

A segunda teoria a do tetraedro do fogo, que ilustrada na Figura 4. Esta teoria engloba os

trs conceitos da teoria do tringulo, mas acrescenta um quarto, tornando-se numa pirmideou um tetraedro; este quarto lado chamado de "reao em cadeia".

Esta teoria diz que quando a energia aplicada a um combustvel tal como um

hidrocarboneto, uma parte das ligaes do carbono-carbono quebra-se, deixando um eletro

desemparelhado ligado a um dos fragmentos moleculares, criando, assim, um radical livre.

Este fragmento molecular com o eletro no emparelhado, altamente reativo e, portanto,

vai procurar algum outro material para reagir.

A mesma fonte que fornece a energia necessria para quebrar a ligao carbono-carbono,tambm eventualmente quebrar algumas outras ligaes como o carbono-hidrognio, o

oxignio-oxignio. Esta quebra de ligaes em massa cria os radicais livres num espao e

em quantidade suficiente que, por estarem demasiado perto uns dos outros, facilitam a

recombinao dos radicais livres com outros radicais. A quebra dessas ligaes liberta a

energia armazenada neles, de modo que estas posteriores libertaes de energia tornam-se

elas tambm numa fonte de energia para quebra mais de ligaes, que por sua vez libertam

mais energia. Assim, o fogo "alimenta-se" atravs da contnua criao e libertao de mais

e mais energia (reao em cadeia), at que uma das seguintes variveis acontea: o


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combustvel todo consumido, o oxignio se esgota-se, a energia absorvida por outra fonte

que no a combustvel, ou esta reao em cadeia interrompida. Esta teoria sustenta que a

propagao de todos os incndios de hidrocarbonetos (ou incndios que envolvem derivados

de hidrocarbonetos) depende da formao de radicais do grupo hidroxilo (OH), que se

encontra em grandes quantidades em todos esses tipos de incndios, esta reao desinibida

quebra as molculas em radicais hidroxilo, que duram um tempo extremamente curto, na

ordem de 1 ms.

FIGURA 4 - TETRAEDRO DO FOGO

2.3.2.3 OCICLO DE VIDA DO FOGO

A terceira teoria denomina-se do ciclo de vida do fogo, e ilustrado na Figura 5. Nesta teoria,

da combusto ordenado em seis passos, trs dos quais so idnticos s da teoria do tringulo

do fogo.

O primeiro passo a introduo de calor, na qual definida como a quantidade de calor

necessria para produzir o desenvolvimento de vapores a partir dos slidos ou lquidos

(ponto de inflamao). A entrada de calor tambm ir ser a fonte de ignio e deve ter a

temperatura suficiente para atingir a ponto de ignio do combustvel (ponto de ignio),

deve de ser de forma continuada e autossuficiente para aquecer o combustvel o suficiente

para produzir o vapor necessrio para formar com o ar uma fonte do combustvel numamistura inflamvel.

O segundo passo o combustvel, e essencialmente o mesmo que representa o combustvel

no tringulo e no tetraedro do fogo. O combustvel deve estar na forma adequada para

queimar, isto , deve ser vaporizado, ou, no caso de um metal, quase toda a pea deve ser

elevado temperatura apropriada antes de se comear a queimar.


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O terceiro passo o oxignio atmosfrico, que fonte oxidante da chama produzida por uma

mistura espontnea (em oposio a uma mistura pr-misturada) de gases ou de vapores de

combustvel e de ar.

O quarto passo da teoria a proporo (oxidante/combustvel), ou a ocorrncia de colises

intermoleculares entre a molcula de oxignio e a dos hidrocarbonetos, a velocidade das

molculas e o nmero de colises dependem do calor da mistura de oxignio e combustvel.

Quanto mais quente for a mistura, maior a sua velocidade.

O quinto passo a mistura, isto , a percentagem de combustvel e de oxignio devem ser

corretas para que se possa ocorrer a ignio (intervalo inflamvel).

O sexto passo a manuteno da ignio, que fornecida pelo calor sendo irradiado da

chama de volta para a superfcie do combustvel, o calor deve ser suficientemente elevadapara funcionar como uma entrada de calor para o ciclo contnuo do fogo.

A teoria do ciclo de vida do fogo acrescenta os conceitos de ponto de inflamao e ponto de

ignio e banda de inflamabilidade.

FIGURA 5 - CICLO DE VIDA DO FOGO

2.3.2.4DERRAMAMENTO DE GASES COMPRIMIDOS

O derramamento a libertao de substncias processuais da atividade normal ou

extraordinrio em curso, dentro das instalaes, e que exponha os trabalhadores e/ou as

instalaes a perigos com consequncias imediatas, a mdio ou longo prazo.

Marc e Konstantinos, (2010) estudaram o comportamento dinmico de um gs comprimido

ao se libertar acidentalmente do interior de um tanque de armazenamento. Observaram que

o gs sofreu uma reduo de presso, densidade e de temperatura, devido expanso do gs

restante que gera o arrefecimento e a descompresso. Devido a estes fatores necessrio

Entrada decalor

Combustvel

Oxignio

Proporo

Mistura

Manutenoda ignio


32/168



20

entrar com estes dados para se calcular o caudal mssico da libertao do gs, que se vai

alterando em relao ao tempo.

Este valor do caudal mssico da libertao ir ser importante para calcular a rea do volume

da nuvem do gs ou vapor, que aparece na norma Europeia EN 60079-10 como a taxa de

libertao mxima (Qgmax, Kg/s).

O processo de clculo pode-se comear por obter a densidade inicial:

(f.2.3.3)

Onde:

0 a densidade do gs inicial (Kg/m3);

P0 a presso do gs inicial no interior do tanque (Pa);Wg o peso molecular do gs (Kg/Kmol);

R a constante dos gases (8,314 Jmol-1K-1);

T0 a temperatura inicial (K).

O peso molecular de uma mistura de gases podem ser calculadas atravs da seguinte frmula:

(f.2.3.4)

Onde:

Mmix - Massa molar da mistura (Kg/Kmol);

%sub_a - Percentagem da substncia A;

Msub_a - Massa molar da substncia A (Kg/Kmol).

Depois necessita de se saber se a libertao mssica do tipo snico ou subsnico com o

seguinte critrio (afirmao verdadeira, a libertao snico se for falso subsnico) da

expresso:

(f.2.3.5)

Onde:

P0 a presso do gs inicial no interior do tanque (Pa);

Pa a presso atmosfrica (Pa);

a relao de calor especifico (Cp/Cv).

=

=%__ %__ %__

%_

%_

%_

12 /


33/168



21

O coeficiente de K dependente do tipo de sada e com as seguintes frmulas:

Caso subsnico:(f.2.3.6)

Caso de ser snico:(f.2.3.7)

Depois aplica-se a frmula da velocidade mssica do caudal de libertao:

(f.2.3.8)

Onde:

Qgmax a velocidade do caudal mssico em libertao (Kg/s);Cd o coeficiente de descarga,

S a rea do orifcio (m2).

Ou em alternativa pode-se usar a seguinte frmula:

(f.2.3.9)

Cd Tipo de orifcio

0,62 Orifcio com bordas afiadas e ngremes0,86 Orifcio com bordas retas0,96 Orifcio com bordas arredondadas

1 Rutura do tuboTABELA 2COEFICIENTE DE DESCARGA (FONTE: CEI 31-35)

Se for necessrio saber quanto tempo que leva a substncia at parar de verter, ento

precisamos de encontrar o momento em que a presso interior e exterior se igualam, sendo

necessrio constatar a descida do caudal de libertao ao longo do tempo, achando-se o valor

da descida de densidade e temperatura em relao ao tempo:

(f.2.3.10)

(f.2.3.11)

=2 1 / 1 / = 2 1 +

=

= ,

2 1+/

= t += =

C

+=


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22

Onde:

n a densidade no momento n (Kg/s);

tn o momento n em segundos (s);

Tn a temperatura no momento n (K);

Cv calor especfico a vol. Const. (KJ/KgK).

Seguido pela descida de presso:

(f.2.3.12)

Estes novos valores de ndice n+1 iro servir de base para calcular o caudal mssico de

libertao, substituindo as iniciais.

2.3.2.5DERRAMAMENTO DE LQUID OS

Segundo Marc e Konstantinos, (2010) no caso de a libertao ser de um tanque com uma

substncia lquida, a massa no interior do tanque ir diminuir continuamente e,

consequentemente a presso ir tambm diminuir. O caudal mssico de sada est

diretamente relacionada com a presso hidrosttica no interior do tanque, o que por sua vez

depende da diferena de altura entre o nvel do lquido e o ponto de escoamento.O processo de clculo pode-se comear por obter da massa inicial liquida:

(f.2.3.13)

Onde:

o fator de enchimento (0 o tanque est vazio, 1 o tanque est cheio);

Vd o volume do tanque (m3);

a densidade do gs (Kg/m3).

Acha-se a altura em que se encontra o nvel do lquido dentro do tanque:

(f.2.3.14)

Onde:

hv a altura do tanque (m).

A presso total P (Pa) calculada pela soma da presso hidrosttica Ph(a diferena de altura

entre o nvel do liquido e o orifcio), com a presso absoluta PT:

=

=

=


35/168



23

(f.2.3.15)

Onde:

g a acelerao gravitacional (9,81 m/s2);

h a altura do nvel do liquido (m);

a densidade do gs (Kg/m3).

O caudal mssico de libertao de lquido atravs de um orifcio, Qgmax(kg/s), definido

pela seguinte equao de Bernoulli:

(f.2.3.16)

Onde:Cd o coeficiente de descarga;

Ah a rea transversal do orifcio (m2);

P a presso total no orifcio (Pa);

Paa presso ambiental (Pa);

a densidade do liquido(Kg/m3).

A reduo da massa no tanque, devido libertao calculada da seguinte forma:

(f.2.3.17)Onde:

Qgmax a velocidade do caudal mssico de libertao (Kg/s);

t1 o tempo de cada step (s).

A reduo em volume do lquido no tanque dada por:

(f.2.3.18)

Com os novos valores obtidos, podemos calcular o caudal mssico atravs do tempo at quetermine a massa lquida do tanque.

2.3.2.6DERRAMAMENTO DE GASES LIQUEFEITOS

Segundo Marc e Konstantinos, (2010), o derramamento de gases liquefeitos, e muito em

especial, a rutura total de um tanque contendo um gs liquefeito pressurizado e a uma

temperatura acima de seu ponto de ebulio bastante complexo e tem muitas variveis em

jogo. Normalmente resulta na projeo instantnea do seu contedo (lquido) em todas as

= =

= 2

=

=


36/168



24

direes, formando uma nuvem de vapor com as gotas do lquido, at que esta nuvem seja

arrefecida a uma temperatura inferior ao ponto de ebulio do lquido.

Esta situao especialmente perigosa quando se trata de um lquido txico. A nuvem txica

resultante pode ser prejudicial para as pessoas, que depender da toxicidade do lquido e do

tamanho das gotculas. As gotculas de dimetros entre 1-10 m ficam no ar por um longo

perodo de tempo e podem entrar no corpo humano atravs da inalao, enquanto as gotculas

de dimetros entre os 70-100 m, afetam as pessoas atravs da pele ou indiretamente, atravs

da camada disposta sobre o solo.

Se o lquido for inflamvel, ento a nuvem inflamvel pode resultar num incndio ou na

exploso da nuvem de vapor.

Quando se d a rotura total do tanque o liquido projetado e expande-se sem pr-misturacom o ar, formando uma nuvem composta de ar e gotas do liquido e parte das gotculas so

precipitadas para o solo, o ar mistura-se com o vapor e as gotas que se vo evaporando

tornando-se numa nuvem homognea dispersa na atmosfera.

Para se calcular a nuvem de disperso deve-se primeiro achar o valor da frao da massa

final:

(f.2.3.19)Onde:

wf a frao da massa final da fase do vapor;

w0 a frao da massa inicial;

CPL a constante de presso da fase liquida (KJ/Kg K);

Tf a temperatura final (K);

a temperatura da vaporizao (J/Kg).

A mdia da densidade final para as temperaturas e presses finais:

(f.2.3.20)

Onde:

f a densidade final (Kg/m3);

l,f a densidade do liquido (Kg/m3);

v,f a densidade do vapor (Kg/m3).

=

1=(1 ), ,


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25

O volume final da nuvem depois da expanso o Vf funo:

(f.2.3.21)

Onde:

Vf o volume final da nuvem (m3);

M massa (Kg)

E finalmente o raio da nuvem Rf (m):

(f.2.3.22)

2.4 ANLISE DE EFEITOS E CONSEQUNCIA

Muitos so os estudos para se entender a sistemtica de ocorrncia de acidentes, procurando

encontrar a causa raiz do problema. Porm, o cerne da questo no haver uma simples

causa, mas sim um conjunto de causas, associadas ou em cadeia. Mas existe um elemento

comum que aparece em todas elas, que a ao humana, ela aparece em praticamente em

todas as questes relacionadas, como em planeamento das aes, projetos, processamento e

manutenes.Em termos estatsticos a causa mais comum para os grandes acidentes com danos materiais

so as exploses, sendo muitas delas provocadas por exploso de nuvens de vapor explosivas

e o espectvel como resultado das exploses que sejam seguidas por incndios.

Sendo assim a anlise de efeitos e consequncias no setor industrial divide-se em trs grandes

reas: o fogo, as exploses e a disperso de substncias txicas.

Garrison (1988) publicou um estudo sobre as causas dos acidentes industriais entre os anos

de 1957 a1986 correlacionando as suas causas entre fogo e exploses, as suas concluses

foram as seguintes que se indica atravs deste grfico:

FIGURA 6GRFICO DE CAUSA DE ACIDENTES (FONTE: GARRISON 1988)

=

= 32 /


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26

Na figura 7 podemos ver as provveis consequncias de fugas de gs e lquidos

combustveis:

FIGURA 7CONSEQUNCIA DE LIBERTAO ACIDENTAL DE SUBSTNCIAS COMBUSTVEIS

Segundo a International Review of Chemical Engineering, volume 4, n. 6, de Novembrode 2012, onde se encontra publicadas as seguintes tabelas, representando os desastres

industriais mais relevantes em relao aos custos (tabela 3), ao nmero de mortes (tabela 4),

ao nmero de feridos (tabela 5) e finalmente ao nmero de evacuados (tabela 6) no intervalo

entre 1921 a 2011.

As variveis da coluna dos custos so estimados para valores correspondentes ao ano de

2011 e vem na unidade de milhes de euros, que inclui os danos materiais, a remoo de

entulho, a limpeza do ambiente e as devidas indeminizaes.


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27

Data Pas LocalCausa

PrimriaN

FeridosN

MortesN

EvacuadosSubstncia

Custos2011

(M.)

03/11/2011 Japo Fukushima E/T 0 0 100000 Gasesradioativos

175000

04/20/2010 USAGolf doMxico

E 0 11 115 Petrleo 8154

07/06/1988 UKPiperAlpha

E 165 Gs 1399

05/28/1979 USAThree Mile

IslandT 0 0 0

Gasesradioativos

1028

10/23/1989 USA Pasadena E 314 23 1300Etileno /

Isobutano959

04/26/1986 Ucrnia Chernobyl E 600000 31 336000Gases

radioativos

949

09/21/2001 France Toulouse E 3000 30Nitrato de

amnio827

01/20/2004 Arglia Skikda E 74 23 LNG 787

03/15/2001 BrasilBacia deCampos

E 10 165 Gs 568

04/24/1988 Brasil Enchova F Gs 508

TABELA 3 - ACIDENTES INDUSTRIAISCUSTOS (FONTE: IRCE)

A prxima tabela reala os mais altos nmero de vtimas mortais em acidentes industriais

Data Pas Local CausaPrimria

SubstnciaEnvolvida

N.Mortes

12/03/1984 India Bhopal TIsocianatode metila

20000

10/17/1998 NigriaJesse,

Niger DeltaE Gasolina 1000

11/19/1984 MxicoSan Juan

IxhuatepecE LPG 650

06/04/1989 USSR Sibria E LPG 645

09/21/1921 Alemanha Oppau ENitrato de

amnio 56102/24/1984 Brasil Cubato F Gasolina 508

08/04/1993 Columbia Remeios T Petrleo 430

11/02/1994 Egipto Donca F Petrleo 410

05/12/2006 Nigria Lagos City E Petrleo 260

07/10/2000 Nigria Adeje Warri E Petrleo 250

TABELA 4 - ACIDENTES INDUSTRIAIS - VITIMAS MORTAIS (FONTE: IRCE)

Onde: EExploses, FFogo, TLibertao de substncias txicas.


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28

Nesta tabela realado o nmero de feridos que receberam assistncia Hospitalar.

Data Pas LocalCausa

PrimriaSubstnciaEnvolvida

N.Feridos

04/26/1986 Ucrnia Chernobyl E Gasesradioativos 600000

12/03/1984 India Bhopal TIsocianatode metila

500000

10/26/1948 USA Donara TDixido de

enxofre7000

11/19/1984 MxicoSan Juan,

IxhuatepecE LPG 6400

07/26/1993 USA Richmond Tcido

Sulfrico6,25

09/21/2001 Frana Toulouse E Nitrato deamnio

300

07/28/1948 Alemanha Ludwigshafen Eter

dimetlico2500

09/21/1921 Alemanha Oppau ENitrato de

amnio1952

04/22/1992 Mxico Guadalajara E Gasolina 1460

02/26/1972 USA Buffalo Creek Tguas

residuais1100

TABELA 5 - ACIDENTES INDUSTRIAIS - FERIDOS (FONTE: IRCE)

Na tabela 6 esto os evacuados que diretamente ou indiretamente estiveram envolvidos nos

acidentes industriais.

Data Pas LocalCausa

primriaSubstnciaenvolvida

N.Evacuados

10/29/2009 India Jaipur F Petrleo 500000

04/26/1986 Ucrnia Chernobyl EGases

radioativos336000

06/08/1988 Frana Tours FHidrognio e

amnia200000

03/11/2011 Japo Fukushima E/T Gasesradioativos

100000

07/25/1990 UK Birmingham T Fosgnio 75000

09/15/1997 India Visakhapatnam E LPG 60000

09/12/2000 Mxico Salamanca E Malation 60000

12/19/1982 Venezuela Tacoa, Caracas F Petrleo 40000

10/29/1987 Frana Nantes F/TNitrato de

amnio38000

03/20/1989 USSR Ionava E Amnia 30000TABELA 6 - ACIDENTES INDUSTRIAIS - EVACUADOS (FONTE: IRCE)

Onde: EExploses, FFogo, TLibertao de substncias txicas.


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29

Como podemos constatar neste estudo onde foram contabilizados 319 casos, cobrindo os

anos de 1917 a 2011, as causas primrias em termos percentuais foram distribudos em 58%

para exploses seguido pelos fogos com 27% e finalmente 15% para libertaes de

substncias txicas.

FIGURA 8 GRFICO DE ACIDENTES INDUSTRIAIS (FONTE: IRCE)

Este mesmo estudo conclui-o que Embora o nmero de acidentes industriais graves maior

em pases desenvolvidos do que naqueles em desenvolvimento, o nmero de mortos e

feridos, consideravelmente menor. Isso provavelmente o resultado de uma melhor

aplicao da legislao de regulamentao de segurana nos pases desenvolvidos.

2.4.1 FOGO

O fogo provoca danos numa relao direta com o fluxo de calor gerado pela chama, que se

pode calcular pelo modelo de chama na forma de solido solid-flame este modelo assume

que a chama tem uma forma slida, e que irradia calor apenas a partir das suas superfcies,

assim tem que se lev

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Dissertação Mestrado- IPS - Atmosfera Explosiva Poeira e Gás- ATEX (1)