Segurança de Processos – Explosividade de pós

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Química e Derivados - Segurança de Processos – Explosividade de pós - ABEQ ©QD Foto: iStockPhoto

Olá, leitoras e leitores. Escrevo nos primeiros dias de outubro de 2020. Ainda praticando isolamento social, angustiado com efeito de tudo isso nos filhos, consternado com a confirmação de que, para a maioria, educação é estorvo e nunca prioridade. Nesta coluna, dois assuntos: ainda o tema de economia circular; e sobre segurança de processos, especificamente explosividade de pós.

Ainda sobre Economia Circular

Recentemente, duas grandes indústrias químicas anunciaram seus esforços em direção a meios de produção mais sustentáveis. Sobre economia circular, recentemente a Solvay e a Veolia anunciaram uma parceria em um consórcio para oferecer melhor eficiência de recursos para metais essenciais usados em baterias (de íons de lítio) de veículos elétricos. O papel da Solvay no consórcio é otimizar a extração e purificação de metais críticos como cobalto, níquel e lítio e transformá-los em matérias-primas de alta pureza para novas baterias. A Solvay tem a meta de gerar 15% de suas receitas com materiais de base biológica ou reciclados até 2030 (Moore, 2020). Sobre economia circular e reciclagem química de plásticos, a Braskem que já financiava estudos sobre o tema na Coppe/UFRJ, ampliou o escopo do estudo com a participação do Senai Cetiqt e da Fábrica Carioca de Catalisadores (FCC S.A.). Desde 2018, a Braskem pesquisa rotas para aumentar a eficiência da tecnologia de pirólise, processo capaz de quebrar as moléculas da resina plástica por meio do calor, transformando-a novamente em matéria-prima que pode ser reinserida na cadeia produtiva do plástico. A Braskem é uma das maiores produtoras mundial de biopolímero no mundo (Braskem, 2020).

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Contudo, tais anúncios deixam claro que ainda a maioria das tecnologias necessárias para descarbonizar a indústria química permanece nos estágios piloto ou pré-comercial e pode levar uma década antes de uma implantação em larga escala se tornar viável, como recentemente anunciou a Agência Internacional de Energia (IEA). Hoje, 85% do uso de energia da indústria química permanece baseado em hidrocarbonetos. Tecnologias como captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) e hidrogênio eletrolítico – produzindo hidrogênio a partir de um processo de eletrólise usando recursos renováveis – são fundamentais para descarbonizar o setor, mas permanecem em estágio inicial, e o cronograma para melhorias tecnológicas, quedas de custos e escalonamento provavelmente será de cinco a dez anos. Para levar essas tecnologias à escala necessária para cumprir as metas de mudança climática, o apoio do governo na forma de créditos fiscais, financiamentos diretos e subsídios provavelmente será necessário. A natureza global e facilmente transportável de produtos químicos e derivados a granel significa que é difícil para os países produtores introduzir medidas de redução do clima que aumentem os custos sem prejudicar as exportações, a menos que as medidas sejam adotadas em uma base global. Eliminar totalmente a emissão exigiria CO2 capturado da atmosfera, carbono eletrolítico, produtos reciclados e bioenergia, o que representa um “enorme” desafio de longo prazo, segundo a IEA (Brown, 2020).

O mercado de créditos de carbono movimentou em 2019 mais de 16 bilhões de dólares na Europa e mais de 3 bilhões de dólares só na Califórnia (EUA). Estima-se que créditos de carbono para preservação da Amazônia poderiam render cerca de 10 bilhões de dólares ao Brasil. Contudo, não há ainda diretrizes para um mercado local de direitos de emissão. O Ministério da Economia promete essas diretrizes para até o fim do ano (ah, as promessas e prazos do Ministério da Economia…). Poucos acreditam no avanço do tema, dada a conhecida agenda ambiental do governo federal, frequentemente demonstrando leniência com o desmatamento. Ainda, um mercado brasileiro de direitos de emissão tenderia a ser pequeno, porque quase a metade dos gases emitidos por aqui está associada ao desmatamento, enquanto a cobrança sobre o carbono é considerada eficaz para segurar a poluição de fábricas e usinas de energia. Como é em grande parte ilegal e não agrega valor econômico, esse desmatamento reage menos a incentivos de preço. Somente quando o Brasil conseguir resolver o desmatamento, as atenções deverão se voltar para as emissões da indústria. No fim das contas, as emissões do Brasil, sétimo na lista dos que mais poluem, seguem elevadas, por causa do desmatamento e de indústrias intermediárias poluentes, como mineração, siderurgia e petróleo e gás (Neder, 2020).

Explosividade de pós

A OSHA (Occupational Safety and Health Admi­nistration, Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos Estados Unidos) publica informações sucintas e precisas sobre explosões de pós. O tema deveria ser do interesse de todo técnico que atua na indústria química.

Poeiras combustíveis são partículas finas que apresentam risco de explosão quando suspensas no ar em certas condições. Os materiais que podem causar explosões de pós incluem: materiais orgânicos naturais (grãos, linho, açúcar, etc.); materiais orgânicos sintéticos (plásticos, pigmentos orgânicos, pesticidas, etc.); carvão e turfa; metais (alumínio, magnésio, zinco, ferro, etc.).

Uma explosão de poeira pode ser catastrófica e causar ferimentos ou mortes de funcionários, e destruição de edifícios inteiros. Em muitos acidentes com poeira combustível, os envolvidos nem sabiam da existência do perigo. É importante determinar se sua empresa ou ambiente de trabalho apresenta esse risco e, em caso positivo, agir o mais rápido possível para evitar consequências trágicas.

Além do conhecido triângulo de fogo de oxigênio, calor (fonte de ignição) e combustível (a poeira), a dispersão de partículas de poeira em quantidade e concentração suficientes pode causar combustão rápida conhecida como deflagração. Se o evento em um espaço confinado, como um edifício, sala, vaso ou equipamento de processo, o aumento de pressão resultante pode causar uma explosão. Esses cinco fatores (oxigênio, calor, combustível, dispersão e confinamento) são conhecidos como o “Pentágono de explosão de pó”. Se um elemento do pentágono estiver faltando, uma explosão não pode ocorrer (Figura 1).

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Figura 1 – Triângulo de fogo (à esquerda), e pentágono da explosão de pó (à direita) (Fonte: adaptado de OSHA, 2020).
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Uma explosão inicial (primária) em equipamentos de processamento ou em uma área onde poeira fugitiva se acumulou pode desprender ao ar mais poeira acumulada ou danificar um sistema de contenção (como um duto, vaso ou coletor). Como resultado, se inflamada, a poeira adicional dispersa no ar pode causar uma ou mais explosões secundárias. Isso pode ser muito mais destrutivo do que uma explosão primária, devido ao aumento da quantidade e concentração de poeira combustível dispersa. Muitas mortes em acidentes anteriores, bem como outros danos, foram causadas por explosões secundárias.

Riscos de explosão de poeira combustível existem em uma variedade de indústrias, incluindo: agricultura, produtos químicos, alimentos (por exemplo, doces, açúcar, especiarias, amido, farinha, ração), grãos, fertilizantes, tabaco, plásticos, madeira, papel, polpa, borracha, móveis, têxteis, pesticidas, produtos farmacêuticos, fabricação de pneus e borracha, tintas, carvão, processamento de metal, operações de reciclagem e geração de energia com combustível fóssil (carvão).

Em 2008, uma explosão iniciada na base dos silos de estocagem da refinaria Imperial Sugar, em Port Wentworth, na Geórgia, Estados Unidos, resultou em 14 mortos e 36 feridos. A refinaria era grande e velha, com métodos de construção desatualizados, e acredita-se que esses fatores tenham contribuído para a gravidade do incêndio. A origem da explosão foi no centro da fábrica. Acredita-se que tenha ocorrido em um porão sob silos de armazenamento (Wikipedia, 2020).

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Figura 2 – Imagem dos danos causados à refinaria Imperial Sugar em Port Wentworth, na Geórgia, Estados Unidos, em 2008. (Fonte: US CSB)

A explosão na Norwegian Grain Corporation, em 1970, ocorreu no então maior e mais recente silo de importação de grãos da Noruega, em Stavanger, em um clima quente, dia seco de verão. Felizmente, nenhuma pessoa foi morta, mas alguns trabalhadores sofreram queimaduras de primeiro grau. Embora a extensão da propagação da chama tenha sido considerável, o dano material foi moderado, devido à estrutura de concreto armado comparativamente forte dos edifícios e à ventilação através das aberturas existentes. Todo o evento durou um período de cerca de 25-30 segundos, durante o qual uma sequência de seis ou sete grandes explosões distintas foram ouvidas. A chama se propagou por uma distância total de cerca de 1.500 metros, através de uma série de elevadores de caçamba, transportadores horizontais, dutos, filtros e salas no edifício. As explosões de poeira ocorreram em seis dos grandes silos de armazenamento cilíndricos de 2.000 m³ de volume total cada, em um grande silo ligeiramente menor, em sete silos intermediários dos mais estreitos, com capacidades de 400 ou 1.000 m³, em um silo de 150 m³, e em sete silos de carregamento com capacidade de 50 m³ cada. Os seis maiores silos não tinham ventilação, enquanto as explosões no grande silo de volume ligeiramente menor e em todos os silos intermediários e de carregamento foram ventilados através de poços de visita de 0,4 m², que tiveram suas tampas abertas.

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É interessante notar que apenas um silo foi danificado no incidente, a saber, um dos seis grandes silos de armazenamento não ventilados, que tiveram seu telhado explodido, conforme mostrado na Figura 3.

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Figura 3 – Topo de silo danificado após explosão de pó de grão de trigo (Eckhoff, 2003).

Para que ocorra a explosão de pó, este deve estar contido em uma concentração mínima no ar, que varia de material para material. A fonte de ignição pode ser chama, faísca em equipamentos elétricos, eletricidade estática, ou uma fonte de calor que forneça a temperatura mínima necessária para a autoignição (também função da composição do pó). A prevenção da explosão de pó é feita controlando-se os elementos do pentágono de explosão. Assim, algumas recomendações gerais devem ser consideradas.

As recomendações de controle de poeira incluem o uso de sistemas de coleta de poeira e filtros adequados; a minimização da fuga de poeira dos equipamentos de processo ou sistemas de ventilação; inspeção em intervalos regulares a resíduos de poeira em áreas abertas e escondidas; uso de métodos de limpeza que não gerem nuvens de poeira se houver fontes de ignição; distanciamento de válvulas de alívio em relação a depósitos de poeira.

As recomendações relacionadas à manutenção são o uso de instalação e equipamentos elétricos adequados; controle da eletricidade estática, incluindo a ligação do equipamento ao aterramento; controle de fumos, chamas e faíscas; controle de faíscas mecânicas e de fricção; separação das superfícies aquecidas e dos sistemas de aquecimento das poeiras. Uma causa relativamente comum para a explosão de pó é o uso de solda em equipamentos que estocam ou por onde circulam pó ou poeira sem limpeza prévia adequada. O calor e a vibração mecânica promovidos pelo serviço de solda aquecem e dispersam o pó em um espaço confinado – a receita para a explosão.

Para o controle de lesão e danos, utilizam-se a separação do perigo (isolar com distância), a segregação do perigo (isolar com barreira), promover ventilação adequada de ambientes e instalar válvulas de alívio ou discos de ruptura em posições adequadas nos equipamentos industriais, uso de motores antifaiscantes, desenvolvimento de um plano de emergência e manutenção de rotas de fuga.

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André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP

ABEQ – Brazilian Journal of Chemical Engineering

O Brazilian Journal of Chemical Engineering (BJChE) publica artigos sobre pesquisas básicas e aplicadas e inovação na área de Engenharia Química e áreas afins. O BJChE publica artigos originais, comunicações curtas e cartas ao editor. Artigos de revisão relatando discussões relevantes e conclusões de artigos publicados também são considerados para publicação. O BJChE é propriedade da Associação Brasileira de Engenharia Química (ABEQ) e recebe trabalhos de autores do mundo todo.

Até 2019, o BJChE era publicado pelo Scielo, onde os artigos ainda estão disponíveis (https://www.scielo.br/scielo.php?pid=0104-6632&script=sci_serial). A partir de 2020, passou a ser publicado pela Springer (https://www.springer.com/journal/43153).

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Referências

Braskem (2020). Braskem avança em pesquisas sobre reciclagem química de plásticos. Disponível em: https://www.braskem.com.br/detalhe-noticia/braskem-avanca-em-pesquisas-sobre-reciclagem-quimica-de-plasticos. Publicado em 01/09/2020.

Brown T. Bulk of technologies to decarbonise chemicals still in pre-commercial stages – IEA. Disponível em: https://www.icis.com/explore/resources/news/2020/09/10/10551228/bulk-of-technologies-to-decarbonise-chemicals-still-in-pre-commercial-stages-iea. Publicado em 10/09/2020.

Eckhoff RK. Chapter 2 – Case Histories, Editor(s): Rolf K. Eckhoff, Dust Explosions in the Process Industries (Third Edition), Gulf Professional Publishing, 2003, Pages 157-198, ISBN 9780750676021, https://doi.org/10.1016/B978-075067602-1/50003-2.

Moore P. Solvay & Veolia partner on resource efficiency for EV battery critical metals. Disponível em: https://im-mining.com/2020/09/09/solvay-veolia-partner-resource-efficiency-ev-battery-critical-metals/. Publicado em 09/09/2020.

Neder V. Mercado de crédito de carbono entra na mira de empresas. O Estado de São Paulo, 31/08/2020. https://economia.estadao.com.br/noticias/geral,mercado-de-credito-de-carbono-entra-na-mira-de-empresas,70003419428

OSHA (2020). Hazard Alert: Combustible Dust Explosions. Disponível: https://www.osha.gov/OshDoc/data_General_Facts/OSHAcombustibledust.html.Acesado em 09/10/2020.

US CSB (2020). U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board – ftp://ftp.csb.gov/imperialsugar, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4254421

Wikipedia (2020). Disponível em https://en.wikipedia.org/wiki/2008_Georgia_sugar_refinery_explosion, acessado em 09/10/2020.

Texto: André Bernardo

André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP, com mestrado em Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos pela Faculdade de Engenharia Química da Unicamp e doutorado em Engenharia Química pela UFSCar. Trabalhou no Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) e em diferentes indústrias químicas. Atualmente é professor do Departamento de Engenharia Química da UFSCar. E-mail de contato: [email protected]

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A Associação Brasileira de Engenharia Química (ABEQ) é uma entidade sem fins lucrativos que congrega profissionais e empresas interessadas no desenvolvimento da Engenharia Química no Brasil. É filiada à Confederação Interamericana de Engenharia Química. Seu Conselho Superior, Diretoria e Diretoria das Seções Regionais são eleitos pelos associados a cada dois anos.
Mais informações: https://www.abeq.org.br/

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