Processos industriais e prevenção dos riscos de explosão ou de incêndio através de colectores de poeiras industriais

Muitas instalações industriais utilizam produtos em pó inflamáveis ou produzem poeiras combustíveis. O funcionamento destes sistemas de produção dá origem a riscos de incêndio e de explosão. Estes riscos resultam das caraterísticas dos produtos e dos processos utilizados. É por isso que a legislação relativa à segurança dos trabalhadores e à proteção do ambiente exige que as empresas instalem meios de prevenção e de proteção adequados. A medida preventiva mais comum consiste em controlar a suspensão de partículas e a sua concentração no ar ambiente ou nos equipamentos. Isto é conseguido através de sistemas de aspiração e filtragem concebidos para remover as poeiras dos processos.

Como é que ocorre um incêndio ou uma explosão quando são utilizados produtos em pó ou quando há emissão de poeiras?

Algumas actividades industriais, nomeadamente as que envolvem a utilização de pós, dispersam poeiras no ar que podem provocar uma explosão ou um incêndio. Geram uma nuvem de poeira combustível que forma uma atmosfera explosiva (ATEX). ATEX explode se estiverem reunidas as condições adequadas.

Outra possibilidade é que a nuvem de poeira assente. A poeira acumula-se então em camadas sobre o equipamento e o chão da oficina. Dependendo do calor do equipamento, ou da composição química das partículas, esta massa de poeira é suscetível de produzir auto-aquecimento ou pirólise, conduzindo a um incêndio ou explosão.

Oaparecimento destes fenómenos requer condições específicas, que resumimos a seguir (para mais informações, consulta os artigos detalhados da ATEX).

Como é que o pó se auto-aquece e quais são as consequências?

A composição química específica de alguns depósitos de poeiras pode desencadear uma reação química exotérmica espontânea. E as condições do depósito podem induzir uma produção de calor mais rápida do que a sua dissipação no ar ambiente. A temperatura da camada de poeira aumenta então, sem que seja adicionado qualquer calor externo ao sistema de reação. Trata-se de um auto-aquecimento. O aumento da temperatura acelera a taxa de reação e, por conseguinte, acelera o aumento de calor. Inicialmente lento, o aquecimento pode progredir até à incandescência ou à auto-ignição. Dependendo das condições do ambiente local (presença de material sensível ao fluxo de calor, presença de uma nuvem de poeira combustível, etc.), a reação de fuga pode conduzir a um incêndio ou a uma explosão. O fenómeno de auto-aquecimento é, portanto, preliminar ao incêndio e à explosão.

Como funciona a pirólise do pó e quais são as consequências?

A pirólise refere-se à decomposição química de um produto orgânico sob a influência de calor elevado e na presença de uma atmosfera com pouco ou nenhum oxigénio.

Oauto-aquecimento de um depósito de poeiras, ou o fluxo de calor de uma superfície quente sobre a qual o depósito de poeiras se encontra, pode produzir gases de pirólise na parte pouco ou não oxigenada do depósito.

Estes gases podem acumular-se na atmosfera. Aenergia térmica que desencadeou a pirólise, ou outra fonte de energia, pode inflamar estes gases. Dependendo da sua concentração, a ignição produzirá um incêndio ou uma explosão. Tal como o auto-aquecimento, a pirólise das poeiras é um precursor do incêndio ou da explosão.

Quais são as condições para um incêndio de poeira?

Um incêndio de poeiras resulta da combustão de gases combustíveis emitidos pela decomposição de poeiras durante a pirólise. Um incêndio começa quando existem quantidades suficientes de três elementos: combustível (gás), comburente (oxigénio no ar) e energia de ativação (calor, faísca, chama exterior, etc.). A difusão progressiva dos gases combustíveis, depois a sua mistura com o ar, alimenta a chama do incêndio. A chama gera fumos tóxicos e um fluxo de calor que favorece a propagação do incêndio. A radiação do fluxo de calor pode provocar a explosão de recipientes sob pressão ou de outros materiais combustíveis.

Quais são as condições para uma explosão de poeira?

Uma explosão é a combustão instantânea, libertando uma energia intensa, de uma atmosfera explosiva (ATEX). É acompanhada por um aumento dramático do volume, da temperatura e da pressão dos gases na ATEX.

Existem seis condições para gerar uma explosão de poeiras. Três são as mesmas que provocam um incêndio: a presença simultânea de ar, de poeiras e de uma fonte de ignição. Três aceleram a reação de combustão: uma finura granulométrica que permite que a poeira seja homogeneamente suspensa no ar, uma concentração de poeira no ar que atinge a gama explosiva e um confinamento suficiente para que a pressão actue como acelerador da combustão.

As poeiras ATEX formam-se nas instalações e nos equipamentos de trabalho. Os efeitos térmicos e de pressão gerados pela explosão ameaçam o ambiente de trabalho e a segurança pessoal.

Qual é a diferença entre um incêndio de poeiras e uma explosão de poeiras?

O contexto em que se desencadeia uma explosão é diferente do de um incêndio, embora cada fenómeno possa conduzir ao outro.

Numa explosão, a mistura de poeira combustível e ar é pré-existente. A chama pré-misturada espalha-se por si própria, formando uma onda de combustão.

Num incêndio, a pirólise das poeiras fornece o combustível sob a forma de gás. É a mistura gás/ar da pirólise que se inflama. E a chama de difusão mantém-se enquanto a poeira a alimentar.

Como os reagentes são pré-misturados numa explosão, o seu rendimento energético é muito superior ao de um incêndio. Num incêndio, é a velocidade a que os gases combustíveis se difundem através da poeira e se misturam com o ar que determina a cinética do fenómeno, que é muito mais lenta do que numa explosão.

Panorama das disposições regulamentares aplicáveis aos incêndios e às explosões de poeiras.

As explosões e os incêndios provocados pelas poeiras têm um impacto na segurança dos trabalhadores e destroem os equipamentos no local de trabalho, com potenciais consequências para o ambiente. Por isso, o Código do Trabalho e o Código do Ambiente enquadram a prevenção destes fenómenos. Em muitos casos, trata-se de uma transposição do direito europeu. Aentidade patronal deve garantir que as instalações e os sistemas de prevenção e proteção cumprem a regulamentação.

Em matéria de incêndio, o Código do Trabalho francês regula a configuração dos locais (implementação de meios de evacuação), a proteção dos trabalhadores (instalação de alarmes e extintores, etc.) e a prevenção de acidentes.

No que diz respeito às explosões, o Código do Trabalho francês obriga as entidades patronais a avaliar os riscos associados às ATEX (atmosferas explosivas) e a tomar medidas específicas para garantir a prevenção das explosões e a segurança e proteção dos trabalhadores em caso de explosão. Abrange

• definição das zonas onde a ATEX se pode formar (ver zonagem ATEX)
• disposições em matéria de organização dos trabalhadores expostos a riscos de explosão
• selecionar equipamento que possa funcionar em zonas ATEX
• Sinalização da zona ATEX

Tal como acontece com as nuvens de poeira, os regulamentos identificam camadas, depósitos e montes de poeira como fontes de ATEX.

O Código do Ambiente francês abrange os incêndios e as explosões em geral, e os seus efeitos nas zonas adjacentes às ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) em particular. A nomenclatura ICPE classifica estas instalações de acordo com as substâncias utilizadas ou produzidas e com a natureza perigosa das actividades. A nomenclatura remete para as medidas prescritas pelo Código do Ambiente e pela regulamentação europeia (nomeadamente a Diretiva Seveso 3). As suas rubricas definem as substâncias inflamáveis (nomeadamente os sólidos inflamáveis, os produtos combustíveis) e os produtos explosivos susceptíveis de provocar incêndios ou explosões. As poeiras geradas por produtos ou actividades devem ser consideradas no âmbito desta nomenclatura.

Processos industriais e risco de incêndio ou explosão

Os processos industriais que utilizam produtos em pó combustíveis produzem inevitavelmente nuvens e depósitos de poeiras. Existe, portanto, um risco de incêndio ou explosão. A instalação de umsistema de extração de poeiras é uma medida preventiva preferencial.

Processos de transferência de produtos e riscos de explosão e incêndio

A indústria utiliza diferentes processos de transferência de pó adaptados aos eixos de movimento (horizontal, vertical, inclinação): correias transportadoras, transportadores de corrente, parafusos de Arquimedes, elevadores de baldes, transporte pneumático.

No transporte pneumático, que se baseia na suspensão de partículas de produto no ar, pode formar-se uma ATEX no interior da tubagem. Para outros modos de transporte, o derrame do produto numa extremidade do equipamento e a descarga na outra, ou as vibrações do transporte, provocam nuvens de poeiras. Se o equipamento for fechado, podem formar-se ATEX no interior e na proximidade dos pontos de carga e descarga. Se não estiver fechado, toda a sala está em risco de ATEX.

A sedimentação das poeiras transportadas pelo ar cria depósitos. Mesmo com um invólucro, o pó acumula-se por baixo e à volta do aparelho; a vedação nunca é total. Os regulamentos consideram os depósitos de poeiras como potenciais ATEX.

Eventos como convulsões e fricção entre peças mecânicas associadas a avarias do equipamento geram calor, que pode ser uma fonte de ignição ATEX. No transporte pneumático, a fricção a alta velocidade entre as partículas e as paredes dos tubos gera uma carga eletrostática nas partículas e no equipamento. Uma descarga eletrostática é frequentemente a causa de uma explosão ATEX neste tipo de equipamento. Finalmente, os choques provocados por elementos metálicos ou minerais estranhos ao processo podem provocar a ignição de um ATEX.

A acidentologia dos processos de transporte relata em particular: incêndios em correias transportadoras, explosões em baldes de elevador e em tubos pneumáticos.

As medidas de prevenção de incêndios e explosões incluem :

• extração de nuvens de poeira nos pontos de queda e/ou no corpo do equipamento através de um sistema de extração de poeira,
• aspira o pó que se deposita no exterior do aparelho (aspirador ATEX),
• ligado à terra para evitar descargas electrostáticas,
• ferramentas de controlo para detetar fricção anormal e sobreaquecimento.
• Eliminar as fontes externas de ignição (pontos quentes, trabalho, etc.)

A proteção contra incêndio e explosão inclui :

• desacoplamento do equipamento para evitar a propagação do fogo,
• Equipar o equipamento com respiradouros ou reforços de pressão para reduzir o risco de explosão.

Processos de armazenamento e riscos de explosão ou incêndio

Os volumes, a forma dos contentores (silo, big bag, etc.), o tempo de armazenagem e as condições (temperatura, humidade, etc.) variam em função da atividade.

Oenchimento de um contentor com um produto em pó pode produzir uma ATEX através da suspensão de partículas no ar do contentor. O enchimento ou transporte pode também gerar cargas electrostáticas que são libertadas no espaço aéreo do contentor. Uma descarga eletrostática pode então inflamar a ATEX.

Quando os equipamentos de armazenamento e de transporte de produtos são acoplados, a passagem entre os dispositivos nunca é totalmente estanque. Com o tempo, formam-se depósitos. A ressuspensão destes depósitos pode formar uma ATEX.

O armazenamento em massa de um pó pode dar início ao auto-aquecimento da substância. Isto pode levar à combustão sob a forma de um incêndio ou de um fogo latente, que por sua vez pode inflamar uma ATEX próxima. A acidentologia dos processos de armazenamento revela que o auto-aquecimento gera mais de 80% dos incêndios e menos de 10% das explosões.

As acções de prevenção são :

• Aspirar as poeiras no momento do enchimento, o mais próximo possível do ponto de descarga, utilizando um sistema de extração de poeiras
• mantém a temperatura de armazenamento abaixo da temperatura crítica ou adapta o volume de armazenamento às condições de temperatura locais;
• proibir as entradas de ar no fundo do armazém para limitar a combustão,
• utiliza equipamentos de deteção de CO (indicador de combustão pouco oxigenada) e de aumento de temperatura (sonda térmica, câmara de infravermelhos).

As medidas de proteção incluem :

• inertizar o recipiente para parar a combustão,
• ainstalação de respiradouros para travar a acumulação de pressão e proteger a estrutura de armazenagem.

Processos de trituração e riscos de explosão ou incêndio.

Existem três processos principais de moagem:

• A trituração comprime os produtos com um tamanho de partícula grosseiro.
• A moagem por jato de ar e a moagem por atrito quebram os grãos do produto em várias partículas por colisão. A granulometria do produto permite que este seja transportado por um fluxo de ar.

Os dois últimos processos diluem o produto em pó no ar de tal forma que não há risco de ATEX. Por outro lado, a trituração gera finos em suspensão no ar. Assim, existe um risco permanente de ATEX no interior do triturador.

A trituração aquece o produto. Por vezes, para evitar a auto-ignição, é necessário arrefecê-lo, sobretudo se for facilmente oxidável. Os corpos estranhos, mais resistentes ao esmagamento, podem aumentar a fricção e, por conseguinte, a temperatura das partículas vizinhas, provocando o aquecimento e a inflamação do produto. Podem também provocar faíscas com energia suficiente para inflamar o ATEX e provocar uma explosão.

Meios de prevenção :

• instala um sistema de extração de poeiras para recolher os finos;
• trituração em atmosfera inerte de produtos que se inflamam a baixa temperatura ou com baixa energia de ativação (10 a 100 mJ);
• limita o aquecimento e impede a introdução de corpos estranhos na entrada do processo (peneiração, deteção de metais, etc.);
• mede a temperatura e detecta partículas incandescentes à saída do moinho

Medidas de proteção :

• utiliza um triturador à prova de explosão ATEX;
• desacopla o sistema de despoeiramento da tremonha que recebe o material triturado;

Processo de mistura: riscos de explosão e incêndio

A mistura pode ter lugar entre substâncias sólidas (mistura a seco) ou entre sólidos e líquidos (mistura na fase líquida). A mistura apresenta um risco de incêndio ou explosão se um dos produtos for inflamável.

Mistura a seco: todas as substâncias em pó são introduzidas antes de iniciar o processo. Enche o misturador e depois mistura os produtos, produzindo uma nuvem de finos. Em ambas as operações, existe a possibilidade de ATEX se uma substância for combustível. É o caso da tremonha de enchimento e da cabeça de mistura.

O fluxo de produto através do misturador pode carregar eletricamente as partículas sólidas. Pode ocorrer uma descarga eletrostática, desencadeando a ignição da nuvem de pó. Este fenómeno pode ocorrer na cabeça do misturador ou na tremonha de alimentação.

Na mistura por homogeneização em fase líquida, os produtos sólidos são introduzidos antes dos líquidos, ou vice-versa. Em ambos os casos, a introdução do pó gera os riscos acima descritos. O líquido introduzido pode ter a propriedade de se inflamar a uma temperatura inferior à temperatura ambiente (por exemplo, solvente). Será criado um vapor ATEX no misturador.

No caso de uma mistura líquida que produza vapores inflamáveis, a primeira medida preventiva consiste em inertizar o misturador antes de introduzir o produto em pó.

Mesmo com inertização, com a escotilha aberta, a tremonha de alimentação apresentará uma ATEX quando o pó combustível for vertido. A captura da nuvem de pó na fonte (tipo anel de Pouyes) é o dispositivo de prevenção comum aos dois processos de mistura.

A tremonha pode ser substituída por uma câmara de vácuo inertizada antes do enchimento e novamente depois, antes de o produto ser introduzido no tanque. Finalmente, a operação de enchimento e de inertização pode ser automatizada com uma câmara de vácuo equipada com válvulas automatizadas.

Processos mecânicos de tratamento de superfícies: explosão e riscos industriais.

A decapagem, o jato de granalha, o polimento, o jato de areia… produzem todos um acabamento superficial diferente, mas todos resultam da projeção de grãos abrasivos, geralmente através de um jato comprimido. Estes grãos arrancam partículas finas da superfície a tratar, dividindo-se sob o impacto. As partículas mais finas ficam suspensas no ar.

O processo tem lugar num recinto fechado. Se a superfície ou o material de tratamento for combustível, a nuvem de finos pode formar ATEX no recinto. Daí o risco de explosão. Uma tremonha recolhe os grãos mais pesados. Se o calor produzido pelo impacto na superfície for retido nos grãos, a sua acumulação na tremonha provocará um auto-aquecimento, com risco de incêndio.

A prevenção consiste em instalar um sistema de aspiração ligado a um coletor de pó industrial que mantém o recinto a baixa pressão e capta a nuvem de finos; equipar o sistema de captação com um detetor de faíscas.

Processos de revestimento de superfícies e riscos de explosão e incêndio.

Alguns processos de revestimento envolvem a utilização de produtos sólidos em pó. Para isso, suspende o produto num jato de ar comprimido e pulveriza-o sobre a superfície a tratar. Esta operação é efectuada numa cabina especial. A operação é geralmente seguida da cura da película de revestimento.

Consoante o produto pulverizado, o processo envolve a pintura (pó orgânico fusível ou polimerizável), a flocagem (pó orgânico fibroso) ou a metalização por pulverização a quente ou por shooping (pó de alumínio, zinco ou cobre).

Parte da pulverização não atinge a superfície e dispersa-se no ar. O ATEX forma-se principalmente no cone de pulverização. Para melhorar a eficiência, a pistola de pulverização dá aos grãos de pó uma carga eléctrica oposta à da superfície a ser tratada. A força eletrostática atrai-os para a superfície a revestir. Na sequência de uma avaria, pode ocorrer uma descarga eletrostática entre os eléctrodos da pistola de pulverização e o equipamento ou a superfície a tratar. O risco de explosão é tanto maior quanto mais fina for a granulometria. A explosão pode provocar um incêndio. Além disso, o pré-aquecimento da superfície a tratar e a proximidade da estufa de cura podem provocar a ignição do produto.

As medidas de prevenção de incêndios e explosões para o revestimento a pó são as seguintes

• captura da fonte com um coletor de poeiras,
• utilização de armas adaptadas à energia mínima de ignição da pólvora,
• deteção de chamas na cabina.