Explosões de Pós (Dust Explosions) Engenharia de Segurança ...ftp.feq.ufu.br/Luis_Claudio/Segurança/Aula POS-Mec-2008/Misc/Luis... · tiva da pressão. Ênfase na própria liberação

Explos

ões de Pós

(Dus

t Explos

ions

)

Luís

C. O

LIV

EIR

A L

OP

ES

25 de abril de 2003

Engenharia de Segurança do Trabalho

Explosão de Pós( Dust Explosions)

Slide2

Conteúdo

•In

tro

du

ção

: Exp

losã

o�

Cla

ssifi

caçõ

es

e T

ipos

•A

exp

losã

o d

e n

uve

md

e p

ós

�C

on

diç

õe

s e lo

cais

de r

isco

�F

ato

res

•In

fluê

nci

a d

e F

ato

res

�G

ran

ulo

metr

ia�

Conce

ntr

açã

o

�E

xpe

rim

en

taçã

o

•P

reve

nçã

o•

Min

imiz

açã

o d

e E

stra

go

s•

Co

ncl

usã

o


Slide3

Introdução –Definição de Explosão

•D

efin

ição

�E

nfo

que n

o ru

ído

�E

nfo

que n

o desp

rendim

ento

de e

nerg

ia q

uím

ica

�D

efin

ição c

om

enfo

que n

o r

uíd

o�

Defla

gra

ção a

com

panhada d

e g

rande r

uíd

o d

evi

do `

a o

nda d

e

pre

ssão.

�origem

da o

nda d

e p

ress

ão é

de im

port

ânci

a s

ecu

ndári

a

(desp

rendim

ento

de e

nerg

ia r

esu

ltante

de fe

nôm

eno f

ísic

o ou

mecâ

nic

o).

�D

efin

ição c

om

enfo

que n

a e

nerg

ia q

uím

ica

�P

roce

sso

quím

ico e

xoté

rmic

o q

ue, q

uando o

corr

endo a

volu

me

const

ante

, resu

lta n

um

a e

leva

ção r

ápid

a e

sig

nifi

cativ

a d

a

pre

ssão.

�Ê

nfa

se n

a p

rópria li

bera

ção d

a e

nerg

ia q

uím

ica.

Ne

ste

cu

rso

a d

efin

içã

o d

e e

xplo

são

abo

rda

rá a

s du

as

alte

rna

tiva

s, fo

caliz

an

do

alg

um

as

veze

s n

a c

au

sa o

utr

as

no

efe

ito,

a d

ep

end

er

do

co

nte

xto

!


Slide4

Explosões: classificações

•C

lass

ifica

ções:

�D

eto

naçã

o

�D

efla

gra

ção

�D

eto

naçã

o�

velo

cidad

e d

a in

terf

ace

de c

om

bust

ão (

fronte

ira

da c

ham

a)

é

maio

r que a

velo

cidade d

o s

om

.�

Defla

gra

ção

�ve

loci

dad

e d

a in

terf

ace

de c

om

bust

ão é

menor

que a

velo

cidade

do s

om

.

Deto

na

ções

são m

ais

dest

rutiv

as!


Slide5

Explosões: tipos

Tipo de explosão

Si

Ge

Ie

Fra

ca<

0,2

<0

,5<

0,1

Mo

de

rada

0,2

-1

,00

,5 -

1,0

0,1

-1

,0

Fo

rte

1,0

-5

,01

,0 -

2,0

1,0

-1

0

Mu

ito f

ort

e>

5,0

>2

,0>

10

Fo

nte

: F

ire

Pro

tect

ion

Han

dboo

k

•T

ipos:

Si:

Sensi

bili

dade d

e Igniç

ão

Ge: G

ravi

dade d

e e

xplo

são

Ie:

Índic

e d

e e

xplo

sivi

dade

Vid

e tabela

em

anexo

no m

ate

rial e

ntr

egue


Slide6

A Explosão de Pós (DustExplosion)

•C

ara

cte

ríst

icas:

�É

fat

o q

ue:

�Q

ualq

uer

mate

rial s

ólid

o q

ue p

ode q

ueim

ar

no a

r o f

ará

com

a

vio

lênci

a e

velo

cidade q

ue a

um

enta

com

o a

um

ento

do

gra

u d

e

subdiv

isão d

o m

ate

rial.

�Ilu

stra

ção:

•In

cên

dio

po

de g

era

r exp

losã

o:

�desd

e q

ue p

oeiras

deposi

tadas

nas

cerc

ania

s do fogo

seja

m

agita

das,

entr

em

em

susp

ensã

o, ganhem

conce

ntr

açã

o m

ínim

a, e

dese

nca

deie

exp

losõ

es.

•E

xplo

são p

od

e g

era

r in

cên

dio

:�

as

part

ícula

s de p

oeira q

ue e

stão q

ueim

ando s

aem

da

susp

ensã

o

e e

spalh

am

o fogo.


Slide7

Onde está o perigo?

•A

tivid

ad

es

reco

nh

eci

da

me

nte

co

m p

ote

nci

al d

e

risc

o:

�In

dúst

rias

de b

en

efic

iam

ento

de p

rod

uto

s a

grí

cola

s;�

Ind

úst

rias

fab

rica

nte

s d

e r

açõ

es

an

imais

;�

Ind

úst

rias

alim

entíci

as;

�In

dúst

rias

meta

lúrg

icas;

�In

dúst

rias

farm

acê

utic

as;

�In

dúst

rias

plá

stic

as;

�In

dúst

rias

de b

en

efic

iam

ento

de m

ad

eir

a;

�In

dúst

rias

do c

arv

ão

;�

Outr

as.

..


Slide8

Poeira x Pó: Convenção

•C

on

ven

ção

:�

O te

rmo p

oeira

ou p

ónest

e c

urs

o,

refe

re-s

e a

pa

rtíc

ula

s d

e

mate

rial c

om

bust

ível c

apaze

s de s

ere

m tra

nsp

ort

adas

po

r vi

a

aé

rea (

susp

ensã

o)

com

um

ta

ma

nho

de p

art

ícula

infe

rior

a

500µ

m.

�O

sis

tem

a d

e t

est

e b

ritâ

nic

o p

ad

rão d

efin

e c

om

o p

óa

qualq

ue

r pa

rtíc

ula

de m

até

ria

que p

ode p

ass

ar

atr

avé

s de u

m t

est

e d

e

pen

eir

a d

e 7

5µ

m.

�F

AT

O:te

m-s

e o

bse

rvado

que p

ós

(qualq

ue

r pa

rtíc

ula

com

diâ

metr

o m

édio

infe

rio

r a

1000µ

m)

e g

rãos

(pa

rtíc

ula

du

ras

com

o d

iâm

etr

o m

édio

supe

rio

r a 7

5µ

m)

e d

e ta

manh

os

maio

res

(até

500µ

m)

pod

em

est

ar

envo

lvid

as

em

exp

losõ

es

de

pós.

�

Poeiras

são fis

ica

men

te o

mesm

o q

ue p

ó,

mas

em

ge

ral

refe

re-s

e a

pó

aq

uela

s qu

e p

oss

ue

m v

alo

r eco

nô

mic

o.


Slide9

Ilustração para Ano 99 (USA)

Empresa

Local

Data Prejuízo

Butterball Turkey

Sherwin, KS

2/99

$50-$500

Farm

ers Coop Co.

Craig, IA

4/99

$50-$500K,

1 ferido

AmickFarm

sMonetta, SC

8/99

$50-$500K,

10 feridos

Reedsville Coop

Reedsville, WI

10/99

$500K+

7 feridos

Vari

ad

as

pro

porç

õe

s


Slide10

Explosão de nuvens de pós: Fatores

Combustível

(pó

)

Oxigênio

Fontede Ignição

EspaçoConfinado

(eq

uip

me

nto

s, p

réd

ios)

Com

o u

ma

exp

losã

oaco

nte

ce:

1)

Pó

deve

ser

com

bust

ível

2)

Part

ícula

sfo

rma u

ma

nuve

mexc

edendo d

ete

rmin

ada

conce

ntr

açã

o3) Póenco

ntra-se confinado

4)

Fonte

de Ig

niç

ão

pre

sente


Slide11

Fontes de Ignição: Exem

plos

Moinho

Faíscade Fricção2.8%

Soldagem17.2%

Falhas

Elétricas

4%

Tra

ba

lho

co

mM

eta

is4

%

Fo

go

alé

m d

e S

old

ag

em

4%

Ou

tro

s3

.6%

Fri

ção

po

r C

ho

qu

e3

.2%

Ca

lor

Co

nta

to2

.8%


Slide12

Explosões de nuvens de pós

•D

eto

na

ção p

ouco

pro

váve

l:�

Pro

cess

o d

e c

om

bust

ão d

a m

aio

ria d

as

pa

rtíc

ula

s só

lidas

indust

riais

rela

tiva

me

nte

lento

, o

u s

eja

oco

rre e

m g

era

l defla

gra

ção (

de

flag

raçã

o e

m c

adeia

po

de o

rigin

ar

deto

naçã

o).

�C

ondiç

ões

pa

ra e

xplo

são d

e n

uve

ns

de p

ós:

�

O p

ó d

eve

ser

com

bu

stív

el.

�O

pó d

eve

ser

capaz

de t

orn

ar-

se t

ransp

ort

ado

por

via

aé

rea.

�O

pó d

eve

te

r u

ma

dis

trib

uiç

ão d

e t

am

an

hos

capaz

da

pro

pagaçã

o d

a c

ham

a.

�A

conce

ntr

açã

o d

o p

ó d

eve

est

ar

de

ntr

o d

a faix

a d

e

exp

losi

vid

ade.

�U

ma

fo

nte

de ig

niç

ão d

eve

est

ar

pre

sente

. �

A a

tmosf

era

deve

co

nte

r o

xigê

nio

sufic

iente

para

su

port

ar

e s

ust

en

tar

a c

om

bust

ão.


Slide13

A área superficial de partículas

•S

ub

div

isã

o -

> A

um

enta

áre

a s

upe

rfic

ial:

�O

gra

u d

e s

ubdiv

isã

o d

e u

m s

ólid

o d

ita a

pro

ba

bili

da

de d

e

exp

losã

o,

pod

e-s

e m

edir

isso

atr

avé

s d

a á

rea s

up

erf

icia

l esp

ecí

fica.

�E

ssenci

alm

ente

, q

ua

nto

maio

r a

áre

a s

up

erf

icia

lesp

ecí

fica

maio

r pe

rig

ose

te

m d

e u

m p

óest

ar

envo

lvid

o n

um

a e

xplo

são,

em

bo

ra p

art

ícula

s m

uito

peq

uen

as

pod

em

se a

glo

me

rar

e

ass

im r

edu

zindo a

po

ssib

ilidade

de e

xplo

são d

o p

ó.

(ta

ma

nh

o d

a p

art

ícu

la)/

(á

rea s

up

erf

icia

l esp

ecí

fica)

Parâ

metr

o d

e e

stim

ativ

a d

a p

oss

ibili

dad

e d

e e

xplo

são:


Slide14

Sensibilidadede Ignição e Violência de Explosão

•F

ato

res

qu

e in

flue

nci

am

:�

Com

posi

ção q

uím

ica

do p

ó (

e s

eu c

onte

úd

o d

e u

mid

ade

) �

Com

posi

ção q

uím

ica

, p

ress

ão e

te

mp

era

tura

do

gás

�F

orm

a d

a p

art

ícula

e d

istr

ibuiç

ão d

e t

am

an

hos

�G

rau

de

dis

pers

ão

da n

uve

m d

e p

ó

�D

istr

ibuiç

ão d

e c

once

ntr

açã

o n

a n

uve

m d

e p

ó

�T

urb

ulê

nci

a n

a n

uve

m d

e p

ó

�Q

uantid

ade d

e t

urb

ulê

nci

a c

au

sada

pela

exp

losã

o e

m

pa

rtes

nã

o q

ueim

adas

da n

uve

m

�D

isto

rção d

a f

ronte

ira d

a c

ham

a p

or

ou

tro

s m

eca

nis

mos

alé

m d

a tu

rbulê

nci

a

�T

ransf

erê

nci

a r

adia

tiva d

e c

alo

r da c

ha

ma

(d

ep

end

en

te d

a

tem

pe

ratu

ra d

e c

ham

a q

ue p

or

sua v

ez

dep

end

e d

e

asp

ect

os

quím

icos

da

pa

rtíc

ula

)


Slide15

Explosão de pós -Materiais

•C

ara

cte

ríst

icas:

�P

ós

de m

ate

riais

metá

licos

po

de

m t

am

bé

m r

eagir

exo

term

ica

me

nte

com

N2 o

u C

O2 (

caso

s e

speci

ais

).

�Is

to s

ignifi

ca q

ue s

om

ente

mate

riais

qu

e n

ão s

ão ó

xid

os

est

áve

is p

ode

m o

casi

ona

r e

xplo

são d

e p

ós.

�

Mate

riais

que n

ão s

ão

cap

aze

s d

e g

era

r e

xplo

são d

e p

ós:

�S

ilica

tos,

Sulfa

tos,

Nitr

ato

s, C

arb

ona

tos,

Fo

sfato

s ...

�N

ão e

xist

em

ris

cos

de e

xplo

sõe

s em

ind

úst

rias

com

o:

pro

duto

ras

de c

ime

nto

, esc

ava

ção d

e p

edra

calc

áre

ae

tc.

Combustível +

Oxigênio �

Óxidos + C

alor


Slide16

�M

ate

riais

que p

ode

m c

ausa

r e

xplo

sões

de p

ós:

�M

ate

riais

org

ânic

os

natu

rais

(g

rãos,

lin

ho,

açú

car,

etc

) �

Mate

riais

org

ânic

os

sinté

ticos

(plá

stic

os,

pig

me

nto

s org

ânic

os,

pest

icid

as,

etc

) �

Carv

ão e

turf

a

�M

eta

is (

alu

mín

io, zi

nco

, fe

rro

, e

tc)

�A

seve

rid

ade d

as

exp

losõ

es

resu

ltan

tes

est

á r

ela

cio

nada

ao

calo

r lib

era

do n

a c

om

bust

ão d

ess

es

mate

riais

�A

melh

or

form

a d

e s

e a

valia

r is

so é

atr

avé

s da o

bse

rvaçã

o a

qua

ntid

ad

e d

e c

alo

r lib

era

do p

or

mol d

e o

xigênio

.

Combustível +

Oxigênio �

Óxidos + C

alor

Explosão de pós –Materiais (Cont.)


Slide17

Calor de Com

bustão

Subst

ânci

aP

roduto

da O

xidaçã

oK

J/m

ole

O2

Ca

C

aO

1

27

0M

g

Mg

O

12

40

Al

Al2

O3

11

00

Si

SiO

28

30

Cr

Cr2

O3

75

0Z

n

Zn

O

70

0F

e

Fe

2O

35

30

Cu

C

uO

3

00

Su

cro

se

CO

2 e

H2

O

47

0A

mid

o

CO

2 e

H2

O

47

0P

olie

tile

no

C

O2

e H

2O

3

90

Ca

rbo

no

C

O2

40

0C

arv

ão

C

O2

e H

2O

4

00

En

xofr

e

SO

2

30

0

Qu

an

to m

aio

r o

ca

lor

de

com

bu

stã

o,

ma

is p

rová

velq

ue e

le s

eja

ca

paz

de

su

ste

nta

r u

ma

exp

losã

o d

e p

ós.

D

a t

ab

ela

: m

eta

is s

ão

os

pós

ma

is p

erig

oso

sde

um

po

nto

de

vis

ta e

ne

rgé

tico

.


Slide18

Faixa de Concentração para Explosão

�A

exp

losã

o d

e n

uve

ns

de p

ós

po

de o

corr

er

som

ente

se

a

conce

ntr

açã

o d

e p

ós

enco

ntr

a-s

e d

entr

o d

e c

ert

os

limite

s(a

nálo

go a

o c

once

ito d

e li

mite

s d

e fla

ma

bili

dade

sup

erior

e in

ferio

r pa

ra m

istu

ras

de g

ase

s e a

r).

�E

m g

era

l, a m

en

or

conce

ntr

açã

ode p

ó q

ue p

od

e o

rigin

ar

um

a

exp

losã

o d

e p

ó é

em

torn

o d

e 5

0-1

00

g/m

3e a

má

xim

a é

de

2-

3kg

/m3

.

Lim

ites

de

pe

nd

em

d

a s

ubs

tân

cia

e t

am

an

ho

d

as

pa

rtíc

ula

s


Slide19

Explosões Primárias e Secundárias

�A

s co

nce

ntr

açõ

es

nece

ssá

rias

para

a e

xplo

são d

e p

ós

são

rara

me

nte

vis

tas

fora

de v

aso

s d

e p

roce

sso

s, a

ssim

a m

aio

ria

da

sexp

losõ

es

seve

ras

de

pós

se in

icia

m d

entr

o d

e e

quip

am

ento

s.�

Ex.

moin

hos,

mis

tura

do

res,

tela

s, s

eca

do

res,

cic

lon

es,

fu

nis

, fil

tros,

ele

vado

res,

silo

s, d

uto

s d

e a

spir

açã

o, e

sis

tem

as

de

tra

nsp

ort

e p

ne

um

átic

o)

�E

sses

eve

nto

s sã

o c

onh

eci

dos

com

oE

xplo

sões

Prim

árias

�A

s exp

losõ

es

secu

nd

árias:

pós

dep

osi

tado

s sã

o p

ert

urb

ad

os

pela

exp

losã

o p

rim

ári

a e

fo

rma u

ma s

egu

nd

a n

uve

m d

e p

ós

qu

e e

ntã

o

entr

a e

m ig

niç

ão p

elo

calo

r lib

era

do p

ela

exp

losã

o p

rim

ária.

�O

pro

ble

ma:p

eq

ue

na

s qu

antid

ades

de p

ó d

ep

osi

tado

ocu

pa

m u

m

esp

aço

pe

que

no

, m

as

qu

an

do p

ert

urb

ados

form

am

nuve

ns

pe

rigosa

s.

�U

ma c

am

ada d

e 1

mm

de p

ó d

e 5

00kg

/m3 p

ode

fo

rma

r a

nuve

m d

e 5

m d

e p

rofu

ndid

ade c

om

10

0g/m

3.


Slide20

Ilustração: Explosão primária e Secundária

Ate

nçã

o à

elim

ina

ção

co

mp

leta

das

po

eira

s d

os e

difí

cio

s q

ue

co

mp

õem

a p

lan

ta in

du

stri

al


Slide21

Fontes de Ignição

�U

ma n

uve

m d

e p

ó,

dentr

o d

o s

eu li

mite

de

exp

losi

vid

ade

, nã

o

queim

ará

a m

enos

qu

e e

ne

rgia

sufic

iente

seja

fo

rneci

da p

ara

a

sua ig

niç

ão

. �

As

fonte

s p

oss

íveis

de

igniç

ão in

cluem

:�

Cham

as

abe

rtas

(sold

ag

em

, co

rte, fó

sforo

s, e

tc)

�S

uperf

ície

s qu

ente

s (s

eca

do

res,

aqu

ece

do

res,

rola

me

nto

s,

etc

) �

Calo

r de

imp

act

o m

ecâ

nic

o

�D

esc

arg

a E

létr

ica

�D

esc

arg

a E

letr

ost

átic

a�

Poeiras

qu

eim

and

o o

u a

rden

do s

em

cha

mas


Slide22

Descargas Eletrostáticas


Slide23

Prevenção de Explosões de Pós

•P

reve

nçã

o:

�P

reve

nin

do

fon

tes

de I

gniç

ão

.�

Com

bust

ão s

em

cha

mas.

�O

utr

as

cham

as

abe

rtas

�S

upe

rfíc

ies

qu

ente

s�

Faís

cas

�C

alo

r o

riu

ndo

de im

pact

o m

ecâ

nic

o

�P

reve

nin

do

nuve

ns

de

pós

exp

losi

vos.

�A

diç

ão d

e I

ne

rtes

N2,

CO

2 e

gase

s ra

ros.

�

Torn

and

o in

ert

e in

trin

seca

me

nte

. �

Adiç

ão d

e p

ó in

ert

e.

�C

once

ntr

açã

o d

e p

ó fo

ra d

e r

egiã

o d

e e

xplo

sivi

da

de

.


Slide24

Minimização de Estragos

�A

diç

ão d

e g

ase

s in

ert

es

com

o e

feito

parc

ial

�Is

ola

me

nto

de e

xplo

sões

�P

ass

iva:

ativ

ad

a p

ela

pró

pri

a e

xplo

são

�A

tiva:re

qu

ere

nd

o a

tivaçã

o a

travé

s de s

enso

r.�

Sis

tem

as

pass

ivos

são p

refe

rid

os

po

is e

les

são m

ais

si

mple

s e m

ais

confiá

veis

se f

unci

ona

m c

om

o

pro

jeta

do

s�

Ventil

açã

o�

Co

nst

ruçã

o r

esi

ste

nte

à p

ress

ão

�A

pre

ssã

o d

e e

xplo

sões

de p

ó u

sua

lme

nte

situ

a-s

e n

a

faix

a d

e 5

-12

bar(

g).

�E

xplo

são d

e A

lívio

�H

igie

ne I

nd

ust

rial


Slide25

Isolam

ento de Explosões -I


Slide26

Isolam

ento de Explosões -II


Slide27

Isolam

ento de Explosões -III


Slide28

Equipam

entos resistentes a pressão

•E

xplo

são d

e a

lívio


Slide29

Dimensionam

ento de venting

•O

dim

ensi

ona

me

nto

de vent

dep

en

de d

e:

�V

olu

me d

o s

iste

ma

�R

esi

stênci

a d

as

pare

des

do s

iste

ma

�

Resi

stênci

a d

a c

obe

rtura

do vent

�T

axa

de q

ueim

a d

e n

uve

ns

de p

ó


Slide30

Dimensionam

ento de vent

(Prática)

Ma

x ta

xa

of

ele

vaçã

o d

e P

ress

ão (

ba

r/s)

Ra

zão

de

Ven

t(m

-1)

< 3

45

1

/ 6

.1

34

5 -

69

0

1 /

4.6

> 6

90

1

/ 3

.1

A r

azã

o d

ove

nté a

razã

o e

ntr

e á

rea d

ove

nte v

olu

me d

o v

aso


Slide31

Dimensionam

ento de aprox. venting


Slide32

Perigos do venting

•O

Eje

ção d

e c

ham

as

pela

s ab

ert

ura

s d

o v

entin

g

•E

mis

são d

e o

nd

as

de

exp

losã

o a

travé

s da

abe

rtura

do

ve

nt

•F

orç

as

de r

eaçã

o s

ob

re o

equip

am

ento

, in

duzi

do p

elo

pro

cess

o d

e v

entin

g

•E

mis

são d

e o

bje

tos

sólid

os

(part

es

do v

aso

, ta

mp

as

de

vent,

etc

) •

O p

roce

sso d

e v

entin

ge

m a

mbie

nte

s fe

chados

pode

oca

sio

na

r exp

losõ

es

secu

ndá

ria

s •

Bola

s de f

ogo p

ode

m s

er

eje

tad

as.

O u

so d

e d

utos

para

vent(d

uto

s de m

esm

a á

rea

do v

en

t) p

ode

min

imiz

ar

alg

uns

dos

pro

ble

mas

por

faze

r co

m q

ue a

exp

losã

o o

corr

aem

lugar

fech

ado, m

as

isso

ocu

pa u

m g

rande lu

gar

no

esp

aço

e a

inda r

equer

que a

pre

ssão s

eja

aliv

iada e

m a

lgum

outr

o lu

gar.


Slide33

Supressão Autom

ática de Explosão


Slide34

Escolha de um

a solução segura

•O

pa

rtes

funda

menta

is:

•A

efe

tivid

ade d

o s

iste

ma d

e p

rote

ção

•

Via

bili

dade

técn

ica

•A

ceita

bili

dade

am

bie

nta

l •

Ace

itabili

dade

eco

nô

mic

a

•A efetiv

idade de um sistema sempre será

funçã

o do

grau de entendim

ento sobre o proce

sso e a qualid

ade

do projeto do sistema de segurança

. Consideraçõ

es

ambientais deve

m também estána m

ente do projetis

ta

a todo o m

omento pois não é

razo

áve

l arrisca

r um

desa

stre ambiental p

ara eco

nomizar algumas ce

ntenas

de quilo

de pódo proce

sso.


Slide35


Slide36

Conclusões

•D

iscu

ssã

o …

..

Documents

Explosões de Pós (Dust Explosions) Engenharia de Segurança ...ftp.feq.ufu.br/Luis_Claudio/Segurança/Aula POS-Mec-2008/Misc/Luis... · tiva da pressão. Ênfase na própria liberação