LUIS ANTÔNIO DA SILVA ALMEIDA
MONITORAMENTO DOS GASES EXISTENTE EM ESPAÇO
CONFINADO DE UMA UNIDADE ARMAZENADORA DE GRÃOS.
MONITORAMENTO DOS GASES EXISTENTE EM ESPAÇO
CONFINADO DE UMA UNIDADE ARMAZENADORA DE GRÃOS.
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista.
Orientador(a): Prof. Maurício Campos
Ijui 2017
MONITORAMENTO DOS GASES EXISTENTE EM ESPAÇO
CONFINADO DE UMA UNIDADE ARMAZENADORA DE GRÃOS.
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO ELETRICISTA e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijui, 28 de Novembro de 2017
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________________ Prof. Me. Maurício Campos. Coordenador do Curso de Engenharia Elétrica/UNIJUÍ
_____________________________________________ Prof. Me. Maurício Campos. Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria – Orientador
_____________________________________________
Prof. Me. Gilson Rogério Batista. Mestre pela Universidade Federal de Campina Grande - Avaliador da Banca
seria possível.
A minha esposa Taiane Leticia, sendo um exemplo de dedicação e persistência em me apoiar em meus estudos diários, Te Amo!
Aos meus avós Pedro Suave Almeida e Maria da Silva Almeida (in memoriam) e aos meus familiares que me apoiaram na escolha do curso. Essa conquista é mais de vocês do que minha. Amo vocês!
Aos meus colegas e amigos de profissão Giliano Mateus Fantinelli, Amauri Massafra que me auxiliaram o quanto possível para que eu pudesse estudar. Muito Obrigado!
Ao meu orientador Professor Mestre Maurício Campos por todo o apoio e dedicação em meu trabalho. Muito Obrigado!
Aos Professores Mauro Rodrigues, Mateus Felzke Schornardie por me auxiliarem neste trabalho e por todo o conhecimento passado. Muito Obrigado!
A instituição Unijuí e a todos os professores que passaram pelo meu currículo acadêmico e fazem parte desta trajetória.
A persistência é o caminho do êxito. Charles Chaplin
Unidade Armazenadora de Grãos. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijui, 2017.
O Brasil passa por um grande crescimento na área agrícola, atingindo recordes de produção ano após ano. O aumento constante da produtividade é necessário que as unidades de armazenamento de grãos cresçam na mesma proporção, para que haja um suprimento da demanda. Utilizando silos das mais diversas formas, formatos e tamanhos eles são responsável pelo armazenamento por longos períodos do ano garantindo maior qualidade, possibilitando assim a comercialização do grão em qualquer época do ano. No entanto, devido a sua dimensão e complexidade, os silos podem ser centros de grandes acidentes de trabalho devido ao descarregamento do produto vir a produzir nuvens de poeiras com partículas extremamente pequenas. Estas partículas tende a ficar em suspensão no ar por um período de tempo determinado viajando a lugares mais longe do local vindo a se acumular em moegas, pisos, elevadores, estrutura metálicas das galerias subterrâneas. Para que uma atmosfera se torne inflamável ou explosiva, deve haver uma mistura de oxigênio com combustível, gás ou poeira. Nessas condições basta uma fonte de ignição para iniciar a primeira explosão, por mais que seja de pequena intensidade. Essa explosão faz com que a poeira depositada no ambiente entra em suspensão causando a segunda onda de explosão com maior intensidade que a primeira, isso irá desencadear uma reação em cadeia com explosões cada vez maiores destruindo parcialmente ou totalmente a unidade de recebimento de grãos. Devido ao elevado número de acidentes que estavam ocorrendo em trabalhos relacionados diretamente e indiretamente com espaços confinados, houve a importância de elaborar uma norma que nos informa os deveres e as responsabilidades dos trabalhadores perante riscos existentes que estão sendo submetidos, a forma de preveni-los e o procedimento a ser adotado em situação de perigo. Vista por especialistas como uma norma bastante eficaz, a NR-33 trouxe às empresas importantes diretrizes sobre este tipo de atividade que está presente em diversos segmentos da economia como por exemplo: na agricultura, indústria, construção, setor petroquímico e muitos outros. Utilizando sensores específicos para cada tipo de gás especifico encontrados nos espaços confinados, foi desenvolvido um protótipo capaz realizar a leitura e realizar os acionamentos de emergência. Em caso de algum gás apresentar índices fora dos limites estabelecidos, o sistema irá informar com alarmes visíveis e auditivos que o local está impróprio para a permanência do trabalhador, informando em um display de LCD os índices dos gases no local. Nesse momento, um exaustor será acionado para realização da troca gasosa e térmica. O presente Trabalho de Conclusão de Curso tem por finalidade apresentar um sistema de controle das emissões dos gases a fins de verificar os índice originado pelo acumulo de materiais orgânicos devido a ação bacteriana causar decomposição molecular.
Unit. 2017. Completion of course work. Course of Electrical Engineering, Regional University of the Northwest of the State of Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijui, 2017.
Brazil undergoes a great growth in the agricultural area, reaching records of production year after year. The constant increase in productivity requires the grain storage units to grow at the same rate so that there is a supply of demand. Using silos of the most diverse shapes, sizes and sizes they are responsible for the storage for long periods of the year guaranteeing higher quality, thus allowing the commercialization of the grain at any time of the year. However, due to their size and complexity, silos can be centers of major work accidents due to unloading of the product to produce dust clouds with extremely small particles. These particles tend to be suspended in the air for a determined period of time traveling to places further away from the place coming to accumulate in the hoppers, floors, elevators, metal structure of the underground galleries. For an atmosphere to become flammable or explosive, there must be a mixture of oxygen with combustible gas or dust. Under these conditions, an ignition source is enough to start the first explosion, however small it may be. This explosion causes the dust deposited in the environment to suspend causing the second wave of explosion with greater intensity than the first, this will trigger a chain reaction with increasing explosions destroying partially or totally the receiving unit of grains. Due to the high number of accidents that were occurring in works related directly and indirectly with confined spaces, it was important to elaborate a norm that informs us the duties and the responsibilities of the workers against the existing risks that are being submitted, how to prevent them and the procedure to be adopted in a hazardous situation. Viewed by experts as a very effective standard, NR-33 has brought important guidelines to companies on this type of activity that is present in several segments of the economy such as agriculture, industry, construction, petrochemical industry and many others. Using specific sensors for each type of specific gas found in confined spaces, a prototype was developed capable of reading and performing the emergency drives. In case of any gas presenting indices outside the established limits, the system will inform with visible and audible alarms that the place is not suitable for the worker's stay, informing on an LCD display the gas indexes in the place. At that moment, an exhaust fan will be activated for gas and thermal exchange. The purpose of this work is to present a system to control the emissions of gases in order to verify the index originated by the accumulation of organic materials due to the bacterial action causing molecular decomposition.
Figura 2 - Silo após a explosão ... 18
Figura 3 - Silo Horizontal em Forma de V depois do acidente ... 19
Figura 4 – Refinaria de açúcar um dia após a explosão. ... 20
Figura 5 – Imagem após explosão nos silos ... 20
Figura 6 – Vista superior do terminal de Blaye antes e depois da explosão ... 21
Figura 7 - Atmosferas explosivas formadas por gases ... 33
Figura 8 - Atmosferas explosivas formadas por poeiras ... 34
Figura 9 - Unidade Armazenadora de grãos ... 35
Figura 10 - Tetraedro do fogo... 38
Figura 11 - Sinal elétrico proporcional à concentração do gás... 45
Figura 12 – Circuito interno do sensor ... 46
Figura 13 - Sensor de oxigênio ... 47
Figura 14 - Conversor tensão em corrente... 48
Figura 15 - Conversor corrente em tensão... 49
Figura 16 – Diagrama do microcontrolador ... 49
Figura 17 - Microprocessador PIC16F877A ... 50
Figura 18 - Arquitetura Harvard ... 53
Figura 19 - Arquitetura interna do PIC 16F877A... 54
Figura 20 - Cristal oscilador ... 55
Figura 21 - Diagrama de Blocos Conversor AD ... 56
Figura 22 – MAX 232 ... 58
Figura 23 - Circuito de comunicação RS232... 59
Figura 24 - Display de LCD com sua respectiva pinagem ... 60
Figura 25 - Diagrama de blocos do algoritmo desenvolvido ... 62
Figura 26 - Placa de circuito impresso ... 64
Figura 27 - Circuito impresso em PDF ... 65
Figura 28 - Placa de circuito vista inferior ... 66
Figura 29 - Placa de circuito vista inferior ... 66
Figura 30 – Simulação do sistema sem a presença de gás... 69
EUA Estados Unidos da América
CH4 Metano
H2S Sulfeto de Hidrogênio
CO Monóxido de Carbono
CLT Consolidação das Leis do Trabalho MTE Ministério do Trabalho e Emprego NR Norma Regulamentadora
SST Saúde e Segurança do Trabalho NBR Norma Brasileira
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas APR Analise Preliminar de Riscos
PET Permissão de Entrada e Trabalho ATR Autorização para o Trabalho de Risco EPC Equipamento de Proteção Coletivo EPI Equipamento de Proteção Individual IPVS Imediatamente Perigoso à Vida ou à Saúde
NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health
mJ mili Joule
μJ micro Joule
mA mili Ampére
SnO2 Dióxido de Estanho
GLP Gás Liquefeito de Petróleo AL2O3 Oxido de Alumínio
A2O2 Sensor de Oxigênio
PbO Monóxido de chumbo
ADC Conversor Analógico Digital ULA Unidade Lógica Aritmética
USART Universal Synchronous Receiver Transmitter LCD Display de Cristal Liquido
1 INTRODUÇÃO ... 15 1.1 Justificativa ... 16 1.2 Objetivo de Pesquisa ... 22 1.2.1 Objetivo Geral ... 22 1.2.2 Objetivos Específicos ... 22 1.3 Delimitação ... 23 1.4 Estrutura do trabalho ... 23
2 Definição de Espaço Confinado ... 24
2.1 Surgimento da Norma Regulamentadora - 33 ... 24
2.2 Responsabilidades ... 27
2.2.1 Empregador ... 27
2.2.2 Supervisor ... 28
2.2.3 Trabalhadores ... 29
2.2.4 Vigia ... 29
2.3 Medidas Técnicas de Prevenção que Constam da NR-33 ... 30
2.3.1 Permissão de Entrada ... 30
2.3.2 Equipamentos de Proteção Coletiva ... 31
2.3.3 Equipamentos de Proteção Individual ... 31
2.4 Características dos Espaços Confinados ... 32
2.5 Classificação dos Espaços Confinados ... 32
3 Estrutura de um Armazém e riscos de acidentes relacionados ... 35
3.1 Fontes de Ignição ... 36
3.2 Tetraedro do Fogo ... 37
3.3 Maneiras de Explosões em Silos E Armazéns de Grãos ... 38
3.4 Riscos Existentes em Espaço Confinado ... 40
4.1.2 Processo Químico para Detecção de Gás ... 44
4.1.3 Sensores Utilizados ... 45
4.2 Transmissão e processamento do sinal ... 47
4.3 Processamento dos dados ... 49
4.3.1 Arquitetura Interna ... 52
4.3.2 Oscilador ... 55
4.3.3 Conversor Analógico Digital ... 55
4.3.4 Comunicação RS 232 ... 57
4.3.5 Display de Cristal Líquido ... 59
4.3.6 Software de Simulação Proteus ... 61
4.4 Algoritmo Desenvolvido ... 61
4.4.1 Estrutura do Programa ... 62
4.4.2 Softwares de Gravação ... 63
4.5 Confecção das placa do circuito ... 64
5 RESULTADOS Obtidos ... 68
5.1 VALIDAÇÃO dos resusltados ... 70
6 CONCLUSÃO ... 73
6.1 Propostas para Trabalhos Futuros ... 74
1 INTRODUÇÃO
Com um aumento da produção de grãos, o Brasil passa por um grande crescimento na área agrícola. De acordo com o site Brasil.gov (2017), o país deve bater recorde e alcançar 215,3 milhões de toneladas, na safra 2016/2017. A previsão de crescimento em relação à última safra é de 15,3%, ou 28,6 milhões de toneladas frente à safra anterior de 186,7 milhões toneladas. Os destaques desta safra são: soja, com previsão de 103,8 milhões de toneladas (+8,7%); milho primeira safra, com 28,4 milhões de toneladas relação à safra passada. O aumento constante da produtividade é necessário que as unidades de armazenamento de grãos cresçam na mesma proporção, para que haja um suprimento da demanda.
Utilizando silos das mais diversas formas formatos e tamanhos, sendo ele um componente indispensável a indústria, é o responsável pelo armazenamento por longos períodos do ano garantindo maior qualidade possibilitando assim a comercialização do grão em qualquer época do ano (AMARILLA, 2012). No entanto, devido a sua dimensão e complexidade os silos podem ser centros de grandes acidentes de trabalho.
Com o transporte do grão gera acumulo de resíduos sólidos e poeiras, em pisos e unidades transportadoras, juntamente com a umidade do grão de milho superior à 14%. Considerado o mais volátil e perigoso devido a sua decomposição molecular gerar grande quantidade de gases tóxicos havendo um grande risco de ter uma atmosfera imprópria para a permanência segura do trabalhador.
Para que uma atmosfera se torne inflamável ou explosiva, deve haver uma mistura de oxigênio com o gás combustível. Nessas condições basta uma fonte de ignição (carga eletrostática, curto circuito ou entre as de partes metálicas) para iniciar a primeira explosão, por mais que seja de pequena intensidade. Essa explosão faz com que a poeira depositada no ambiente entra em suspensão, causando a segunda onda de explosão com maior intensidade que a primeira, isso irá desencadear uma reação em cadeia com explosões cada vez maiores destruindo parcialmente ou totalmente a unidade de recebimento de grãos.
A NR-33 foi desenvolvida pelo Ministério do Trabalho com a junção das NR’s 10, 18, 29, 30 e 31 para tratar de forma ainda mais precisa as regras de entrada em espaços confinados. Nela
determina as responsabilidades dos trabalhadores e empregadores, as medidas de prevenção e identificação dos espaços confinados, como deve ser preenchida uma Permissão de Entrada de Trabalho (PET) além de detalhar os equipamentos de proteção coletiva e individual.
O objetivo da NR 33 é garantir os requisitos mínimos para a execução segura e controlada de exercício do Trabalho em Espaços Confinados. Isso inclui as formas de identificação, controle, monitoramento e prevenção dos riscos envolvidos nos processos desta área. A NR-33 determina que o espaço confinado deve ter um monitoramento e controle dos riscos existentes ou seja, inspecionar a quantidade de gases existente no ambiente. Essa foi a principal motivação para que fosse desenvolvido um projeto de monitoramento das emissões dos gases.
Para poder realizar este trabalho foi necessária a criação de um protótipo que simula um ambiente confinado, nesse local será inserido grãos de milho para que os mesmos entrem em decomposição, liberando gases na sua maioria tóxicos. Esses gases devem ser medidos com sensores específicos para cada tipo de gás. A programação desenvolvida para o microcontrolador irá realizar a leitura correta caso um determinado gás esteja fora dos limites aceitável, irá acionar um sistema de alarmes e exaustão.
Portanto, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver um sistema que permita a prevenção e o monitoramento constante de emissões de gases em espaço confinado de uma unidade armazenadora de grãos visando o controle de emissões, garantindo a segurança patrimonial e condições seguras aos trabalhadores.
1.1 JUSTIFICATIVA
Nos últimos anos, pode-se notar que notícias sobre incêndios e explosões ocorrem neste tipo de instalações de processamento dos grãos têm sido veiculadas com certa frequência nos meios de comunicação. Catástrofes envolvendo grandes prejuízos a infraestrutura e com vítimas fatais não são mais exclusividade no mundo. Entre as ocorrências de explosões envolvendo atmosfera explosiva no Brasil e no mundo, podemos citar:
Em agosto de 1985 ocorreu uma explosão em um silo graneleiro de fundo “V” na empresa Cotrirosa, cidade de Santa Rosa, RS. Devido ao grande volume de poeira estar suspensa nas galerias e nos poços de elevador dos quais existe um túnel, também denominadas galerias, contendo uma correia transportadora para a descarga dos grãos. Uma das causas possível seria o superaquecimento de mancal. (BET, 2010).
Figura 1 - Explosão em silo graneleiro de fundo “V” em Santa Rosa - RS
Fonte: Bet (2010).
Em janeiro de 1992 noticiou-se a explosão da célula C-2 do silo vertical do porto de Paranaguá, no estado do Paraná, matando dois trabalhadores e ferindo outros cinco. A possível causa da explosão na época teria sido a combustão da poeira de cevada armazenada no local no momento em que estava sendo realizada uma limpeza no décimo andar do silo, que tinha 13 andares e 55 metros de altura (RANGEL JUNIOR, 2008).
Em junho de 1993, explodiu um túnel de expedição de grãos da empresa Cooperativa Agrícola Vale do Piquiri (Coopervale), em Assis Chateaubriand, no estado do Paraná. A magnitude da explosão foi tão grande que deslocou o túnel seis metros acima do subsolo lançando a mais de um metro no ar formando uma cratera de mais de quarenta metros de diâmetro. Quatro homens que trabalhavam no escritório da balança do setor de expedição morreram e seis ficaram feridos. Uma das causas prováveis a poeira do milho estrar em suspensão sendo transportado pelo túnel que, em contato com uma faísca elétrica, teria provocado uma explosão em cadeia (RANGEL JUNIOR, 2008).
Em novembro de 2001, uma explosão no depósito da empresa multinacional Coimbra, responsável pelo armazenamento de grãos do Corredor de Exportação do Porto de Paranaguá, no estado do Paraná, deixou 18 pessoas feridas. A explosão teve tal magnitude que pedaços de telhas de zinco foram arremessados até mil metros de distância e estruturas de cimento com mais de trezentos quilos também foram encontradas longe. Além do prejuízo com a perda do depósito, houve a paralisação das esteiras que abasteciam os nove armazéns graneleiros, provocando a suspensão das operações do Corredor de Exportações (RANGEL JUNIOR, 2008).
Em 21 de abril de 2013 o silo de soja pertencente a empresa Cargill, em Canarana (Mato Grosso), acabou rompendo a sua estrutura metálica devido à explosão causada pela decomposição
molecular do grão de soja. No momento do acidente, havia 4 trabalhadores no interior do silo que estavam realizando a liberação do soja retido no local, acabaram sendo soterrados vindo a óbito no momento do acidente (FERREIRA, 2013).
Figura 2 - Silo após a explosão
Fonte: Ferreira (2013).
Em 2014, uma explosão no silo da fábrica de beneficiamento de soja da empresa Bianchini, situada no Distrito Industrial no Porto de Rio Grande, no estado do Rio Grande do Sul, próximo ao polo naval, deixou três pessoas feridas. Segundo funcionários do armazém de grãos, o silo tinha aproximadamente 300 metros de comprimento e era utilizado para estocar farelo de soja, milho e trigo. A explosão ocorreu quando funcionários faziam a manutenção do local, a principal suspeita é de que uma faísca tenha provocado a explosão ao entrar em contato com os gases gerados pela fermentação dos grãos. A explosão provocou labaredas de 50 metros de altura destruindo parcialmente o silo (JORNAL AGORA, 2013).
Figura 3 - Silo Horizontal em Forma de V depois do acidente
Fonte: Jornal Agora (2013).
Entre as ocorrências recentes no cenário internacional, ressaltasse o acidente ocorrido em 7 de fevereiro de 2008, uma enorme explosão seguida de incêndio ocorreu na refinaria de açúcar, Imperial Sugar, em Port Wentworth a noroeste de Savannah, Geórgia (EUA), causando a morte de 14 pessoas e ferindo outras 38, incluindo 14 com queimaduras gravíssimas. Conforme investigações a explosão ocorreu devido a acumulação maciça da poeira de açúcar em todo o edifício responsável pela embalagem do produto, contribuíram para que o desastre fosse maior. Além da poeira se depositar, estava também em suspensão no ar criando uma “atmosfera combustível” propícia para a abrangência da explosão inicial (FERREIRA, 2008).
Figura 4 – Refinaria de açúcar um dia após a explosão.
Fonte: Ferreira (2008).
A explosão ocorrida em agosto de 1997 no terminal graneleiro da Semabla, em Blaye, na França. O complexo era formado por 44 cilindros de concreto, cada um com seis metros de diâmetro e 36 m de altura, dispostos em três fileiras, com capacidade de armazenamento de 37 mil toneladas de milho, cevada e trigo. O evento causou onze mortes, sendo que seis vítimas foram encontradas soterradas em seus postos de trabalho, porque não houve tempo de promover a evacuação do local. Pedaços de concreto de tamanho considerável foram encontrados a cem metros de distância (RANGEL JUNIOR, 2008).
Figura 5 – Imagem após explosão nos silos
A figura abaixo pode-se ter uma ideia do que era o terminal antes da explosão e o que restou da destruição causada pela explosão, parte em azul.
Figura 6 – Vista superior do terminal de Blaye antes e depois da explosão
Fonte: RangeL Junior (2008).
A insuficiência de oxigênio é um fenômeno frequentemente relacionado a espaços confinados. Um ambiente com insuficiência de oxigênio pode ser tão fatal quanto qualquer acidente de trabalho pois, uma atmosfera é considerada deficiente em oxigênioquando contém menos de 18% em volume na pressão atmosférica normal.
Gases, vapores e fumaças podem intoxicar o nosso organismo dependendo da concentração no ambiente. Os gases mais comuns são o monóxido de carbono e o sulfeto de hidrogênio. Alguns destes podem estar presentes em espaço confinado, potencializando o risco de acidentes graves. É importante conhecer as características dos gases, a consequência da exposição e quais medidas de proteção devem ser adotadas para prevenir os danos a eles associados.
De acordo com Montaño e Nogueira (2016), dependendo do tipo de gás gerado pode vir a ser mais denso que o ar se acumulando em partes mais inferiores do local, como pode ser menos denso vindo a se acumular em partes superiores do local. O metano (CH4), formado pela decomposição de resíduos orgânicos, é um gás inflamável e asfixiante simples, em altas concentrações desloca o oxigênio do ar existente no espaço confinado. Enquanto o gás sulfídrico ou sulfeto de hidrogênio (H2S), formado em processos de biodegradação da matéria orgânica, produz um gás asfixiante e altamente inflamável. O monóxido de carbono (CO), formado pela queima em presença de pouco oxigênio (combustão incompleta) possui grande características de se unir a moléculas de hemoglobina presente no sangue impedindo a oxigenação dos tecidos. Isto pode levar à morte por asfixia química. Gases como H2S e CO só podem ser medidos através de sensores específicos para gás sulfídrico e monóxido de carbono.
Essa atmosfera com características explosivas tem grande probabilidade de causar uma explosão em contato com uma centelha causando danos ao patrimônio, perdas da vidas dos trabalhadores, meses de paralisação, perdas de mercado competitivo devido à interrupção do fornecimento de produto, investimento necessário para colocar novamente em produção o local, além das consequências psicológicas dos trabalhadores que presenciaram e assistiram o acidente (BETENHEUSER, 2005).
Quando se monitora à atmosfera de um espaço confinado, existem várias questões importantes que precisam ser consideradas, revisadas e gerenciadas. Uma das principais questões centra-se na qualidade do ar em que o trabalhador está respirando, tanto antes da entrada quanto durante a ocupação de um espaço confinado. O trabalhador precisa saber qual é o teor de oxigênio da atmosfera e se existem gases explosivos ou tóxicos que podem ameaçar a segurança do meio ambiente ou sua vida.
1.2 OBJETIVO DE PESQUISA
Realizar um estudo sobre as consequências e riscos de gases tóxicos em espaço confinado a fins de elaborar um sistema de monitoramento constante.
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do trabalho de conclusão de curso é realizar um estudo sobre gases existente em espaço confinado originado pelo acumulo de materiais orgânicos devido a ação bacteriana causar decomposição molecular. O monitoramento constante dos principais gases existentes será desenvolvido um protótipo que venha a realizar a leitura dos sensores e realizar os acionamentos de emergência quando algum sensor estiver indicando valores acima ou abaixo do tolerável. Assim se tenha um controle das emissões dos gases podendo se programar para realização da limpeza do local, assim irá evitar maiores danos ao patrimônio.
1.2.2 Objetivos Específicos
O projeto foi dividido em dois módulos. O primeiro módulo irá realizar a leitura e aquisição de sinais dos sensores e o segundo irá realizar os acionamentos necessários, através de um algoritmo desenvolvido pelo autor, para informação e alarmes quando algum sensor detectar concentrações de gases acima do limite de tolerância aceitável.
1.3 DELIMITAÇÃO
Devido à grande complexidade da implementação na unidade de armazenamento de grão, a pesquisa será focalizada na construção de uma maquete, para realizar as medições dos níveis de gases existentes, simulando um ambiente confinado, com os respectivos sensores capaz de detectar os gases existentes. Será desenvolvido apenas um modulo de sensores para detectar os gases de Oxigênio, Gás Carbônico, Hidrogênio e um sistema que irá verificar a temperatura do local. 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
O capítulo um apresenta uma introdução sobre o tema, justificativa e os objetivos do trabalho e por fim o que será exposto durante o restante do trabalho.
O capítulo dois, explana a revisão bibliográfica do presente trabalho, iniciando com os objetivos e definições de espaço confinado, como surgiu a Norma Regulamentadora 33, uma introdução das responsabilidades e cuidados antes de adentrar em um ambiente confinado, algumas medidas técnicas de prevenção de acidentes e características dos espaços confinados.
O capítulo três explana a estrutura de um armazém de grãos, as maneiras de explosões em um armazém, as fontes de ignição, como ocorre o tetraedro do fogo, os níveis de oxigênio e os riscos existentes em um espaço confinado.
O capítulo quarto irá realizar explanar sobre os sensores utilizados, como ocorre a detecção dos gases pelos sensores, processamento e acionamento de emergência.
O capítulo cinco irá explanar sobre os resultados obtidos na prática e na simulação
E por fim o capítulo seis apresentará as considerações finais, ou seja, a conclusão do trabalho e sugestões para futuros trabalhos.
2 DEFINIÇÃO DE ESPAÇO CONFINADO
De acordo com a Norma Regulamentadora N⁰ 33 – Segurança e Saúde nos Trabalhos em Espaço Confinado – atualizada em 29 de agosto de 2012 pela Portaria MTE n⁰ 1.409, tem com objetivos e definição:
“Esta norma tem como objetivo estabelecer os requisitos mínimos para identificação de espaços confinados e o reconhecimento, avaliação, monitoramento e controle dos riscos existentes, de forma a garantir permanentemente a segurança e saúde dos trabalhadores que interagem direta ou indiretamente nestes espaços.” (Item 33.1.1 de 2012).
“Espaço Confinado é qualquer área ou ambiente não projetado para ocupação humana contínua, que possua meios limitados de entrada e saída, cuja ventilação existente é insuficiente para remover contaminantes ou onde possa existir a deficiência ou enriquecimento de oxigênio.” (Item 33.1.2 de 2012).
Após a publicação da desta norma, surgiam várias dúvidas sobre a aplicação de alguns itens, além das dificuldades de entendimento do texto a sua interpretação ainda era um pouco limitada por parte dos empregadores e trabalhadores, o que dificultava o correto reconhecimento dos riscos existentes no ambiente e a adoção de medidas que garantam a entrada e o trabalho seguro no local em que será executado o serviço.
2.1 SURGIMENTO DA NORMA REGULAMENTADORA - 33
A história da legalização de medidas de prevenção de acidentes no Brasil é longa. Devido ao elevado número de acidentes que estavam ocorrendo em trabalhos relacionados diretamente e indiretamente com espaços confinados, foi criado a lei nº 6.514 de 22 de dezembro de 1977, que estabeleceu a redação dos ART. 154 a 201 da Consolidação das Leis do Trabalho (CLT), relativas à segurança e medicina do trabalho. Conforme, o art. 200 da CLT cabe ao Ministério do Trabalho estabelecer as disposições complementares às normas relativas à segurança e medicina do trabalho.
Diversas leis de prevenção foram criadas buscando melhorar as condições dos trabalhadores, a principal delas foi a criação da Portaria nº 3.214 de 8 de junho de 1978, em que o Ministério do Trabalho aprovou as Normas Regulamentadoras pertencendo a Segurança e Medicina do Trabalho, Capítulo V, Título II, da Consolidação das Leis do Trabalho. Nesse ano foram aprovadas 28 NR’s. No entanto, atualmente, temos 36 NR’s aprovadas pelo Ministério do Trabalho e Emprego. A NR-33 surgiu de uma junção das NR’s 10, 18, 29, 30 e 31 (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013).
A NR-10, Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade: Estabelece os requisitos mínimos para garantir a saúde e a segurança dos trabalhadores que interajam diretamente ou indiretamente em instalações elétricas. Ela abrange a elaboração de projetos, construção, montagem, operação, manutenção das instalações elétricas além de atender a geração, transmissão, sub-transmissão, distribuição e o consumo de energia elétrica, inclui também os trabalhos realizados em suas proximidades (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013).
A NR-18, Condições e Meio Ambiente de Trabalho na Industria da Construção: Estabelece diretrizes de ordem administrativa, planejamento e organização que objetivam a implementação de medidas de controle e sistemas preventivos de segurança nos processos, nas condições e no meio ambiente de trabalho na Indústria da Construção. O item 18.20 (locais confinados) da NR-18 estabelece medidas especiais de proteção para atividades da indústria da construção que exponham os trabalhadores a riscos de asfixia, explosão, intoxicação e doenças do trabalho (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013).
A NR-29, Norma Regulamentadora de Segurança e Saúde no Trabalho Portuário: Estabelece regras para proteção obrigatória contra acidentes e doenças profissionais, facilitar os primeiros socorros a acidentados e alcançar as melhores condições possíveis de segurança e saúde aos trabalhadores portuários de modo a facilitar os primeiros socorros dos acidentados e estabelecer as melhores condições possíveis de segurança e saúde aos trabalhadores portuários (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013).
A NR-30, Segurança e Saúde no Trabalho Aquaviário: Tem como objetivo a proteção e a regulamentação das condições de segurança e saúde dos trabalhadores aquaviários, portos e embarcações (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013).
A NR-31, Segurança e Saúde no Trabalho na Agricultura, Pecuária, Silvicultura, Exploração Florestal e Apicultura: Esta Norma Regulamentadora tem por objetivo estabelecer os preceitos a serem observados na organização e no ambiente de trabalho, de forma a tornar compatível o planejamento e o desenvolvimento das atividades da agricultura, pecuária, silvicultura, exploração florestal e aquicultura com a segurança e saúde e meio ambiente do trabalho (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013).
Analisando a utilização destas cinco Normas Regulamentadoras que são direcionadas para diversos setores específicos onde são encontrados espaços confinados em diversos locais, com isso
se fazia necessária a publicação de uma nova Norma Regulamentadora que contempla-se todas elas de forma mais detalhadamente e estruturada. Assim surgiu a NR-33 Segurança e Saúde nos Trabalhos em Espaços Confinados.
Publicada em dezembro de 2006 pela Portaria 202, esta norma preenche a lacuna que estava faltando na legislação de SST (Saúde e Segurança do Trabalho), precisou ser adoptado procedimentos vindos da NBR 14.787 e a NBR 14.606 que continha várias recomendações para serviços em espaços confinados e acrescentando alguns itens de suma importância através da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Assinada pelo então ministro do trabalho, Luiz Marinho, a norma passou a entrar em vigorar em março de 2007 tratando com exclusividade assuntos relacionados à segurança em espaços confinados.
Vista por especialistas como uma norma bastante eficaz, a NR-33 trouxe às empresas importantes diretrizes sobre este tipo de atividade que está presente em diversos segmentos da economia como por exemplo: na agricultura, indústria de transformação, construção, setor petroquímico e muitos outros. Segundo o engenheiro civil e de Segurança no Trabalho, mestre em Engenharia de Produção e Auditor Fiscal do Ministério do Trabalho e Emprego, que coordenou o Grupo de Trabalho Tripartite da NR-33 e também um dos autores do Guia Técnico da Norma, Sérgio Augusto Letizia Garcia, nos informa que:
“A elaboração da NR-33 ocorreu a partir da ocorrência de diversos acidentes em espaços confinados e a constatação de que grande número de profissionais da área de Segurança e Saúde no Trabalho não identificava o local como confinado, não entendiam as suas causas, nem as medidas de prevenção. Os trabalhadores também não reconheciam a existência de riscos graves para a sua segurança e saúde”.
Desde o surgimento desta norma, cada vez mais as empresas estão realizando treinamento de seus funcionários, pois a norma nos informa que todos os trabalhadores e vigias, de forma direta ou indiretamente ligados a atividade em espaços confinados, precisam possuir curso de dezesseis horas (capacitação inicial). Esse curso tem a finalidade de informar os riscos existentes que estão submetidos, a forma de preveni-los e o procedimento a ser adotado em situação de um risco iminente, conforme norma ABNT/NBR 14787 e quarenta horas de treinamento para supervisor de entrada, a fins de informar os deveres e as responsabilidade da realização de um trabalho seguro (NR-33, 2012). Tanto o supervisor como o trabalhador/vigia o treinamento de entrada deve ser renovado a cada doze meses com carga mínima de oito horas.
Todos os espaços confinados devem ser considerados inseguros para entrada, até que sejam providos de condições mínimas de segurança, nesses espaços só é permitida a entrada após emissão de uma permissão para trabalho por escrito. Como a norma nos informa que deve existir sinalização com informação clara e permanente, proibindo a entrada de pessoas não autorizadas no interior do espaço confinado (NR-33, 2012). Quando os trabalhos estiverem paralisados, além da sinalização de advertência, devem ser previstos dispositivos para impedimento da entrada no espaço confinado. Os trabalhos devem começar, permanecer e finalizar em condições seguras, para que isso se torna possível, é primordial uma boa APR (Análise Preliminar de Riscos), que dará subsídio para a emissão da PET (Permissão de Entrada e Trabalho) em espaços confinados.
Antes de adentrar no espaço confinado, e necessário determinar a concentração de oxigênio e a presença de agentes tóxicos no seu interior. Hoje em dia, a medição dos gases é feita com um aparelho medidor de múltiplos gases, o mesmo é amarrada em uma corda para baixar o instrumento até o local da medição para realizar as avaliações no interior de espaço confinado, está prática não permite a leitura dos resultados em tempo real e pode levar a conclusões erradas.
2.2 RESPONSABILIDADES
A norma regulamentadora 33 foi estabelecida com a finalidade de determinar exigências e condições mínimas de segurança para o reconhecimento de espaços confinados, além de avaliar os riscos existentes com a presença do mesmo, com o objetivo de garantir a segurança e a integridade física dos trabalhadores, cujas funções determinam que eles tenham de ficar, diretamente ou indiretamente, nestes espaços. Parte da constituição define que os profissionais da área de segurança e de supervisão devem ter conhecimento para reconhecer, avaliar e controlar os riscos iminentes aos trabalhos em espaços confinados.
2.2.1 Empregador
O empregador deve indicar um ou mais responsável pelo comprimento da NR-33 elaborando medidas técnicas de prevenção administrativas, pessoal, emergência e resgate (GARCIA; KULCSAR NETO, 2013). De acordo com a NR-33 (2012), o empregador deve desenvolver e implantar programas de capacitação sempre que ocorrer qualquer das seguintes situações.
Identificar os espaços confinados existentes no estabelecimento; Identificar os riscos específicos de cada um desses espaços confinados;
Implantar a gestão de segurança e saúde no trabalho em espaços confinados por meio de medidas técnicas de prevenção, além de medidas administrativas e de emergência para que as exigências de condições de trabalho sejam atendidas;
Capacitar os trabalhadores para lidar com os riscos, medidas de controle, de emergência e de salvamento nos espaços confinados;
Garantir que os trabalhadores tenham informações atualizadas sobre os riscos e medidas de controle antes de cada acesso aos espaços confinados;
Garantir que o acesso ao espaço confinado somente ocorra após a emissão, por escrito, da Permissão de Entrada e Trabalho, conforme modelo constante no anexo II da norma regulamentar;
Fornecer às empresas contratadas informações sobre os riscos nas áreas onde desenvolverão suas atividades e exigir a capacitação de seus trabalhadores;
Interromper todo e qualquer tipo de trabalho em caso de suspeição de condição de risco grave e iminente, procedendo ao imediato abandono do local;
2.2.2 Supervisor
O mesmo deverá avaliar as condições do ambiente, verificar o uso de EPC’s, EPI’s e procedimentos, para depois emitir a ATR (Autorização para o Trabalho de Risco) e PET (Permissão de Entrada e Trabalho). O empregador deverá assegurar que cada Supervisor de Entrada conheça os riscos que possam ser encontrados durante a entrada, incluindo informação sobre o modo, sinais ou sintomas e consequências da exposição (SOLDERA, 2012). De acordo com a NR-33 (2012), o supervisor deve verificar se:
Tenham sido feitas entradas apropriadas segundo a Permissão de Entrada e que todos os testes especificados na permissão tenham sido executados e que todos os procedimentos e equipamentos listados na permissão estejam no local antes que ocorra o endosso da permissão e permita que se inicie a entrada;
Cancelar os procedimentos de entrada e a Permissão de Entrada se existir algum agente que põem em risco o trabalhador;
Verificar que os Serviços de Emergência e Resgate estejam disponíveis e que os meios para acioná-los estejam operantes;
Remover as pessoas não autorizadas que entram ou que tentam entrar no espaço confinado durante as operações de entrada.
Determinar, no caso de troca de turno do Vigia, que a responsabilidade pela operação de entrada no espaço confinado seja transferida para o próximo vigia.
Mantenha as condições de entrada aceitáveis. 2.2.3 Trabalhadores
Os trabalhadores devem cumprir as determinações sobre as formas seguras de desenvolver suas atividades determinadas pelo empregador. De acordo com a NR-33 (2012), os trabalhadores devem:
Colaborar com a empresa para o cumprimento da norma regulamentadora 33.
Utilizar e realizar, de maneira adequada, os equipamentos e os procedimentos da empresa.
Comunicar a um superior as situações de risco para a sua (ou de terceiros) segurança e saúde.
Cumprir todos os procedimentos e orientações recebidos nos treinamentos e cursos sobre os espaços confinados.
2.2.4 Vigia
A função do vigia é observar o trabalho e manter a comunicação com os trabalhadores autorizados e para alertá-los quanto à necessidade de abandonar o espaço confinado a fim de evitar acidentes e agir na retirada do trabalhador do espaço confinado em caso de emergência, ou até mesmo, realizar o salvamento. De acordo com a NR-33 (2012), o vigia deve também:
Acompanhar as atividades dos trabalhadores autorizados que estiverem nos Espaços Confinados estando sempre presente no local acompanhando o colaborador que estiver executando as atividades no mesmo;
Deve conhecer os riscos que possam ser enfrentados durante a entrada, incluindo informação sobre o modo, sinais ou sintomas e consequências da exposição. Estar ciente
Manter continuamente uma contagem precisa do número de Trabalhadores Autorizados no espaço confinado e assegure que os meios usados para identificar os trabalhadores autorizados sejam exatos na identificação dos trabalhadores que estão no espaço confinado;
Permanecer fora do espaço confinado durante as operações de entrada até que seja substituído por um outro Vigia;
2.3 MEDIDAS TÉCNICAS DE PREVENÇÃO QUE CONSTAM DA NR-33
As principais medidas técnicas de prevenção que contribuíram para determinar o que é NR-33 são as seguintes:
Sinalizar, Identificar e isolar espaços confinados, evitando assim, a entrada de pessoas não autorizadas.
Avaliar a atmosfera nos espaços confinados, antes da entrada de trabalhadores, para verificar se o seu interior é seguro e se o oxigênio circulante é suficiente.
Implantar medidas necessárias para a eliminação dos riscos atmosféricos em espaços confinados.
Promover a monitoração contínua da atmosfera nos espaços confinados nas áreas em que os trabalhadores autorizados estiverem desempenhando as suas tarefas, para verificar se as condições de acesso e permanência são seguras.
Utilizar equipamento de leitura direta, que seja seguro, provido de alarme, calibrado e protegido contra emissões eletromagnéticas ou interferências de radiofrequência.
É importante determinar o impacto do ambiente externo sobre o interior do espaço confinado, bem como as condições e atividades realizadas no local que possam afetar as áreas adjacentes, inclusive comunidades vizinhas e o meio ambiente. Emissões de equipamentos, vazamentos de produtos perigosos, exaustão de gases, contato com linhas de forca energizadas, rompimento de tubulações subterrâneas, tráfego de animais, pessoas e veículos, chuvas e ventos, entre outros riscos, devem ser avaliados.
2.3.1 Permissão de Entrada
A Permissão de Entrada do Trabalhador (PET) é um documento e importante instrumento de controle, algumas práticas preventivas são fundamentais para manter as condições iniciais de
segurança para o trabalhador, sendo vedada a realização de qualquer trabalho de forma individualizada ou isolada em espaços confinados (NR-33, 2012). Para cada entrada em espaço confinado deverá ser emitida uma nova permissão, não sendo mais válidas permissões anteriores pois há influência de agentes atmosférico como pressão atmosférica, umidade etc. (NR-33, 2012). Para qualquer trabalho em espaço confinado é de responsabilidade do empregador a emissão de uma permissão de entrada em espaço confinado para todos os colaboradores que estiverem envolvidos nas atividades (NR-33, 2012). A permissão para trabalho deve ser feita pelo supervisor de entrada que permita reconhecer os riscos, avaliá-los e especificar as barreiras de segurança para neutralizá-los ou controlá-los (NR-33, 2012).
2.3.2 Equipamentos de Proteção Coletiva
Para a realização de trabalhos em espaços confinados, a empresa deverá dispor de meios que forneçam proteção coletiva aos colaboradores envolvidos nestas atividades os quais possibilitem que o trabalho seja desempenhado com segurança, sem danos aos colaboradores. Como por exemplo sistema de resgate, medições de gases, linha de vida entre outros (NR-33, 2012).
2.3.3 Equipamentos de Proteção Individual
Quando não for possível a eliminação dos riscos através de medidas de proteção coletiva, a empresa deverá disponibilizar aos colaboradores Equipamentos de Proteção Individual (EPI). Os quais deverão ser adequados ao risco. Os envolvidos em trabalhos em Espaços Confinados devem obrigatoriamente usar os seguintes EPI’s (NR-33, 2012).
Capacete com jugular; Luvas (PVC ou raspa);
Cinto de segurança paraquedista; Talabarte em Y;
Botas de segurança com solado antiderrapante ou de borracha; Óculos de segurança;
2.4 CARACTERÍSTICAS DOS ESPAÇOS CONFINADOS
Algumas características são importante ressaltar sobre espaço confinado. De acordo com a NR-33 (2012), são elas:
O ambiente não prevê ocupação humana contínua;
As aberturas para entrada e saída são restritas, limitadas, parcialmente obstruídas ou providas de obstáculos que impeçam a livre circulação dos trabalhadores;
A movimentação no seu interior e muitas vezes difícil, podendo ocorrer o aprisionamento do trabalhador devido à complexidade da geometria, como planos inclinados, paredes convergentes, pisos lisos, seção reduzida e outras;
A ventilação natural inexiste ou e deficiente;
A ventilação existente e insuficiente para remover contaminantes (gases, vapores, poeiras, nevoas ou fumos);
O percentual de oxigênio pode ser inferior ou superior aos limites legais;
Poluentes tóxicos e inflamáveis e/ou explosivos podem ser encontrados no seu interior; Fontes de energia potencialmente nocivas podem estar presentes;
O risco de ocorrência de acidente de trabalho ou de intoxicação e elevado.
Desta forma, um espaço será considerado como confinado quando não for destinado para ocupação humana continua, possuir meios limitados de entrada e saída havendo a possibilidade de formação de uma atmosfera que contenha contaminantes tóxicos ou pela redução do percentual de oxigênio ou enriquecimento de oxigênio.
2.5 CLASSIFICAÇÃO DOS ESPAÇOS CONFINADOS
Conforme a ASCO, as áreas com risco de formação de atmosferas potencialmente explosivas são classificadas em zonas com base na frequência, duração e na natureza do risco.
Figura 7 - Atmosferas explosivas formadas por gases
Fonte: WS Treinamentos (2011).
Para atmosferas potencialmente explosivas formadas por gases ou vapores Figura 7, são definidas como:
Zona 0 – São áreas que apresentam situações uma Atmosfera Imediatamente Perigosa à Vida ou à Saúde - IPVS. Estão local são deficientes de oxigênio e/ou que contenham atmosferas tóxicas ou explosivas;
Zona 1 – São áreas onde a presença da atmosfera explosiva não representa riscos imediatos à vida ou à saúde;
Zona 2 – São áreas onde a presença da atmosfera explosiva não representa risco significante a saúde e a vida.
Em ambiente que contenha poeira, recomenda-se utilização de filtros manga para realizar a filtragem do ar contaminado. Esse tipo de filtro requer manutenção periódica para realização de limpeza conforme a necessidade, pois com o passar do tempo a eficiência vai diminuindo devido a poeira se acumular nas paredes do filtro. Na Figura 8 está explanado modelo de utilização dos filtros (ASCO, 2009).
Figura 8 - Atmosferas explosivas formadas por poeiras
Fonte: Asco (2009).
Para atmosferas potencialmente explosivas formadas por poeiras são definidas como: Zona 20 – São áreas que apresentam situações uma Atmosfera Imediatamente Perigosa à
Vida ou à Saúde - IPVS. Estão local apresentam atmosfera deficientes de oxigênio e/ou que contenham alto índice de poeira, entre 20 e 4.000 g m-3 de ar;
Zona 21 – São áreas onde a presença da atmosfera explosiva, por poeiras ou fibras, não representa riscos imediatos à vida ou à saúde;
Zona 22 – São áreas onde a presença da atmosfera explosiva, por poeiras ou fibras, não representa risco significante a saúde e a vida.
3 ESTRUTURA DE UM ARMAZÉM E RISCOS DE ACIDENTES
RELACIONADOS
Silos e armazéns são indispensáveis para o armazenamento, transporte e comercialização do grão deixando-o com uma maior qualidade do produto final. Porém, todo esse processo apresenta alto risco de explosões devido ao acumulo de poeiras e grãos depositada em pisos, elevadores e transportadores ao longo da safra.
A unidade armazenadora de grãos é composta por moega, elevadores de caçamba, transportadores helicoidais e de paleta, correias transportadoras, máquina de pré-limpeza, secador, fornalha, transportador horizontal, silo armazenador e silo de expedição (Amarilla, 2012). Esses equipamentos estão interligados para os procedimentos operacionais como o recebimento, beneficiamento, armazenagem e expedição dos produtos. A figura abaixo mostra as partes de uma unidade de armazenamento de grãos (Amarilla, 2012):
Figura 9 - Unidade Armazenadora de grãos
Fonte: Amarilla, Amarilla e Catai (2012).
Moega: Local onde recebe os grãos, podendo ser manual ou com tombador hidráulico. Na Figura 9 está identificado com no 01;
Elevador transportador vertical de grãos: Responsável pelo transporte vertical do produto através de canecas fixadas em correias de transporte. Na Figura 9 está identificado com no 02;
Máquina pré-limpeza: Local onde é realizada a limpeza do produto retirando as impurezas solidas (folhas, galhos, casca de grãos, etc.) existente. Na Figura 9 está identificado com no 03;
Secador: Local onde o produto passa por galerias, nessas o calor gerado pela fornalha aquece o grão para reduzir a umidade e armazenar em condições seguras. Na Figura 9 está identificado com no 04;
Transportador horizontal dos grãos: Responsável pelo transporte horizontal do grão pelas galerias subterrâneas através das correias. Na Figura 9 está identificado com no 05;
Fornalha: Fonte de calor originado pela queima de combustível para realizar a secagem no secador. Na Figura 9 está identificado com no 06;
Silo armazenador de grãos: Responsável pelo armazenamento do produto final depois de realizar a secagem. Na Figura 9 está identificado com no 07;
Expedição de grãos: Local onde é realizado o carregamento de grão em carretas ou em vagões de trem. Na Figura 9 está identificado com no 08;
3.1 FONTES DE IGNIÇÃO
A maior parte das temperaturas necessárias para pôr em ignição as nuvens de pó, situam-se entre 300 à 600⁰C e a grande maioria das potências estão entre 10 e 40 mili-joules. Uma das fontes de ignição mais comumente encontradas nas instalações em atmosferas explosivas são as centelhas, produzidas por equipamentos elétricos inadequados, ou mesmo instalados de forma incorreta perante as normas técnicas aplicáveis. As possíveis fontes de ignição para ocorrer uma explosão são decorrentes de (Bet, 2010):
Acúmulo de cargas eletrostáticas; Curtos circuitos;
Descargas atmosféricas;
Atrito de componentes metálicos
Segundo pesquisas, as principais fontes de ignição com explosões de pó são (Bet, 2010): Faíscas mecânicas = 50%;
Eletricidade estática, corte e solda, faíscas a arco = 35%; Sobreaquecimento = 15%;
3.2 TETRAEDRO DO FOGO
Os incêndios ocorrem com todas as poeiras combustíveis no entanto, para que aconteça é necessário que a quantidade de material combustível seja muito grande, e as partículas, tenham pouco espaço entre si, impedindo um contato direto e abundante com o oxigênio do ar. Conforme Gomes (2014), o incêndio pode ser dividido em seis classes:
Incêndios de classe A: São os que ocorrem em materiais de fácil combustão com a propriedade de queimarem em sua superfície e profundidade, e que deixam resíduos. Ex.: madeira, papel, tecidos, fibras, etc.
Incêndios da classe B: São os que ocorrem em produtos considerados inflamáveis, que queimam somente em sua superfície, não deixando resíduos. Ex.: óleo, graxas, vernizes, tintas, gasolina, etc.
Incêndios da classe C: São os que ocorrem em equipamentos elétricos energizados. Ex.: motores, transformadores, quadros de distribuição, fios, etc.
Incêndios da classe D: São os que ocorrem em metais pirofóricos. Ex.: magnésio, selênio, antimônio, lítio, cádmio, potássio, zinco, sódio e zircônio.
Incêndios da classe E: São os que ocorrem em material radioativo. Ex.: urânio, rádio, plutônio, iodo, etc.
Incêndios da classe K: São os que ocorrem em óleo vegetal e gordura animal. Ex.: óleo de cozinha.
Para que isso ocorra é necessário a união de quatro elementos essenciais do fogo que chamamos de tetraedro do fogo.
Figura 10 - Tetraedro do fogo
Fonte: Alves (2009).
Combustível - É toda substancia capaz de queimar e alimentar a combustão. Comburente - É o elemento que dá vida às chamas, e intensifica a combustão. Calor - Forma de energia que eleva a temperatura.
Reação em cadeia - É a queima auto-sustentável.
O tetraedro do fogo acontece quando o incêndio já tem condições de se auto sustentar mantendo o processo da queima tornando uma reação em cadeia. A mudança de incêndio para explosão ocorre facilmente, desde que poeiras depositadas aos arredores do fogo sejam agitadas (BETENHEUSER; FERREIRA; OLIVEIRA, 2005).
3.3 MANEIRAS DE EXPLOSÕES EM SILOS E ARMAZÉNS DE GRÃOS
Explosão pode ser conceituada como o resultado de uma reação química ou fenômeno físico, com uma velocidade imensamente alta e acompanhada por uma elevação na pressão devido ao fato da energia liberada durante a reação em cadeia, ocorrer em um tempo muito curto, não proporcionando uma dissipação na mesma proporção da sua produção (SOLDERA, 2012). Há duas maneiras de ocorrer uma explosão em um ambiente confinado (BET, 2010).
A primeira maneira de explosão é a característica das partículas que vão formar a nuvem de poeira (dimensão da partícula, densidade e concentração). Segundo Sá (2012), as explosões ocorrem em sua maioria em unidades processadoras, onde as poeiras têm propriedades combustíveis. Para que isso ocorra, as partículas da poeira deve estar sob pressão e suspensa no ar, com concentração suficiente para desencadear uma reação em cadeia. Conforme o National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), dos Estados Unidos recomenda-se que a concentração máxima de poeira de grãos no ambiente de trabalho seja de 4 g m-3 de ar. A faixa mais perigosa para gerar uma explosão, varia entre 20 e 4.000 g m-3 de ar.
A segunda maneira, vem da decomposição molecular do grão podendo vir a gerar vapores tóxicos ou inflamáveis, se a umidade do grão for superior a 14%, terá grandes possibilidades de produzir gases tóxicos a saúde dos trabalhadores (SOLDERA, 2012). Os gases metano e etano que são produzidos pela decomposição de molecular dos grãos são altamente inflamáveis juntamente com o comburente e uma fonte de calor proporcionará condições para originar uma explosão (SOLDERA, 2012). A explosão gerada irá lançar para o ar a poeira acumulada no ambiente causando uma segunda onda de explosões com maior potência de destruição que a primeira.
Segundo Rangel (2008), a formação da atmosfera explosiva composta por pós é diferente dos gases inflamáveis pois, ao ser liberado para a atmosfera o gás se espalha facilmente pelo local e as partículas de pó tendem a se acumular pelo ambiente. Relacionando a fonte de ignição, é mais difícil iniciar-se uma explosão de pó do que uma explosão com gases ou líquidos inflamáveis, pois a energia necessária para ignição dos pós é 1.000 vezes superior (da ordem de mJ) a energia dos gases inflamáveis (da ordem de μJ). Segundo Cartwright e Pascon, explosão é definido como:
Explosão, de uma forma geral, pode ser definida como uma súbita e violenta liberação de energia. A violência da explosão depende da taxa na qual a energia é liberada. Essa energia pode ser energia de pressão, como no caso de uma ruptura de um vaso pressurizado; ou energia química, como no caso de uma combustão rápida de uma nuvem inflamável. Além dos efeitos de sobre-pressão as explosões por combustão também originam radiação térmica e em função da velocidade de frente de chama se classificam em deflagração ou detonação. (P. Cartwright e P. E. Pascon – EXPLOSÔES (parte 1).
Deflagração é o fenômeno de explosão que ocorre com velocidade de chama de 1 a 100 m/s e é o que
acontece com maior frequência nas indústrias. (Ary de Sá, Especialista em Controle de Poeiras Explosivas. Artigo sobre: Prevenção e Controle dos Riscos com Poeiras Explosivas. Pág.: 8.)
Conforme Betenheuser, Ferreira e Oliveira (2005), a poeira com propriedade combustível, que fica depositada ao longo do tempo nos locais da unidade armazenadora de grãos, entra em movimento ficando em suspensão. Com a presença de uma fonte de ignição com energia suficiente para a primeira deflagração, chamada de explosão primária, geralmente se desenvolve com velocidade subsônica (defraglação), dando lugar a um considerável volume de gases quentes que desenvolverão uma onda de pressão e vibrações subsequente pela onda de choque.
Com a poeira depositada nas suas proximidades entram também em suspensão, dando origem a uma nova nuvem de poeira à frente da chama que agora passa a ser a fonte de ignição desta nova nuvem, essa segunda explosão irá auto sustentar o incêndio deslocando maior quantidade de poeira. Esse processo se repete produzindo uma sequência de várias explosões secundárias liberando energia de forma crescente que poderão ter como consequência a destruição da unidade de armazenamento de grão por completo (BETENHEUSER; FERREIRA; OLIVEIRA, 2005).
Para que uma atmosfera se torne inflamável ou explosiva, deve haver uma mistura de oxigênio (presente no ar) com o gás combustível, numa determinada proporção. Se a atmosfera contiver muito ar e pouco gás, não será explosiva, do mesmo modo, se tiver gás demais e pouco ar, também não queimará.
3.4 RISCOS EXISTENTES EM ESPAÇO CONFINADO
O grande potencial de risco destes locais estão geralmente associado a uma atmosfera perigosa responsável por explosões, asfixia ou sufocamento dos colaboradores expostos a estes ambientes. Também existe risco químico, físico, queda, engolfamento, ergonômico, choque elétrico, dentre outros. Uma análise criteriosa dos riscos, antes da entrada, permite a adoção de medidas adequadas para controlar ou eliminar os riscos existentes nas operações de entrada e trabalho no espaço confinado.
Insuficiência de Oxigênio: É um fenômeno frequentemente relacionado nos espaços confinados, onde os níveis de oxigênio pode variar seja pelo seu consumo lento devido a ação de bactérias aeróbicas (que consomem oxigênio) e liberam gás carbônico, pelo deslocamento causado por outros gases ou pela oxidação do metal. No Brasil nossas normas aceitam uma concentração mínima de oxigênio em 18% e máxima em 23% (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX).
Risco Químico: Os riscos químicos são as contaminações a que o trabalhador está sujeito quando exposto aos agentes presentes no processo e que ocupam seu ambiente ocupacional como poeiras, fumos, névoas, gases, vapores, etc. (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX). Risco físico: São os riscos representados pelo ruído, vibração, radiação, pressão, temperatura anormais e iluminação proveniente do funcionamento entre as partes de transporte do beneficiamento até a armazenagem das unidades armazenadoras (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX).
Risco de Queda: Risco pelo qual o trabalhador está exposto constantemente durante manutenções, operações e limpeza do local, pois geralmente o trabalho no espaço confinado é em altura (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX).
Risco de Engolfamento: Quando trabalhadores fazem algum tipo de manutenção no silo e armazéns, tem o grande risco de serem soterrados ou sugados por grãos devido ao deslocamento destes pelo acionamento de máquinas e equipamentos deixando um fundo falso (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX).
Risco de choque elétrico: Pode ser eliminado com a utilização de cabos com duplo isolamento, aterramento das partes metálicas e instalações conforme Norma (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX).
Riscos combinados: Uma análise preliminar dos riscos existentes no espaço confinado é fundamental para reduzir os riscos existentes e garantir a segurança do trabalhador. A combinação desses riscos pode resultar em outro risco com maior magnitude, como exemplo: a decomposição molecular do grão gera gases tóxicos e inflamáveis, que provoca deficiência de oxigênio com o aquecimento excessivo de um mancal pode provocar uma centelha que pode causar uma explosão comprometendo toda a instalação e os trabalhadores (SERRÂO; QUELHAS; LIMA, XXXX).
Além das questões abordadas, devemos levar em conta ainda a possibilidade de riscos menos subjetivos, tal como o contato da pele e olhos com substâncias agressivas, o acionamento acidental de máquinas e equipamentos que deveriam estar desativados durante a realização da manutenção, entre outros.
4 PROJETO E DESENVOLVIMENTO
Como descrito no capítulo anterior, os gases tóxicos fazem parte dos processos industriais que envolvem substancias tendo produto final, catalisadores ou algum agente químico para reações, outras vezes são resíduos ou subprodutos de material em decomposição. Dependendo do tipo de gás gerado pode vir a ser mais denso que o ar se acumulando em partes mais inferiores do local, como pode ser menos denso vindo à se acumular em partes superiores do local.
Essa atmosfera com características explosivas tem grande probabilidade de causar uma explosão em contato com uma centelha causando danos irreversíveis ao patrimônio, perdas irreparáveis à vidas humanas, incontáveis dias de paralisação, perdas de mercado competitivo devido à interrupção do fornecimento de produto. Conforme a gravidade do acidente, deverá ser necessário realizar um novo investimento para colocar novamente em operação o complexo, além das consequências psicológicas de alguém que participou ou assistiu a catástrofe (BETENHEUSER, 2005).
A utilização de sensores para realizar as leituras dos gases na atmosfera de um espaço confinado é de extrema importância a fins de saber o teor de oxigênio da atmosfera e se existem gases explosivos ou tóxicos que podem ameaçar a segurança do meio ambiente ou à vida do trabalhador.
4.1 ESCOLHA DOS SENSORES
Sensores de gás são amplamente usados na indústria para realização de algum tipo de leitura das grandezas físicas (velocidade, pressão, temperatura, níveis de gás etc.) e converter em grandezas elétricas (tensão ou corrente) (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2006). Esses sinais convertidos são enviados para um micro controlador realizar a leitura e acionar um sistema de emergência, por exemplo.
O mecanismo sensitivo do sensor consiste na mudança de condutividade elétrica, resultado da interação química ou física entre os gases e a superfície do sensor (FERNANDEZ; PERES, 2004). Para seleção dos sensores, foi observado as principais características dos sensores, as quais devem possuir: Tempo de resposta, sensibilidade, estabilidade em longo prazo e seletividade.
a) Estabilidade em zero: Os sensores de gás operam com grandezas elétricas de intensidades muito pequenas, na ordem de milivolt ou mili, micro, nano ampere. Qualquer pequena
variação da tensão ou da corrente, ocasionada por indução eletromagnética, provoca flutuações dos sinais que são enviadas ao microcontrolador podendo ser interpretadas como presença de algum tipo de gás provocando falso alarme (SILVA; ROCHA; FERREIRA, 2010).
b) Tempo de resposta (T90): Identifica a velocidade com que o sensor detecta o gás e envia o sinal ao microcontrolador. (SILVA; ROCHA; FERREIRA, 2010).
c) Linearidade: Capacidade do sensor fornecer um sinal na saída diretamente proporcional a leitura que está sendo realizada. Exemplo, uma mistura de gás corresponda a 25% de sua escala isso promove uma corrente de 4 mA, posterior é de se esperar que a leitura de 50% seja de 8 mA, 75% seja de 12 mA e a de 100% seja de 16 mA. (SILVA; ROCHA; FERREIRA, 2010).
d) Imunidade eletromagnética: Sensores de gás são equipamentos eletrônicos que funcionam com tensão baixa ficando próximos à equipamentos elétricos de alta potência, como por exemplo motores, inversores, transformadores etc. Para que o sensor não apresente uma falsa leitura proveniente de cargas elétricas induzidas é necessário que seja imune a essas tensões (SILVA; ROCHA; FERREIRA, 2010).
e) Sensibilidade: Para garantir um desempenho ótimo de medidas com sensores de gás, é necessário que o sensor detecta a menor alteração dos níveis de gases. (SILVA; ROCHA; FERREIRA, 2010).
f) Calibração: Tem por objetivo restaurar as condições ideais de detecção do sensor quando novo. Em geral se faz a calibração em dois pontos da escala de amplitude de leitura, sendo a primeira em zero, que significa estabelecer que a energia elétrica reinante na célula. O segundo ponto é determinar como referência, para comparação, uma corrente proveniente de uma concentração de gás conhecida. (SILVA; ROCHA; FERREIRA, 2010).
4.1.1 Sensor de Gás à Base de SnO2
O dióxido de estanho, material poli cristalino e semicondutor, é um dos materiais mais utilizados na fabricação de sensores de gás pois a mudança das propriedades elétricas resultado da adsorção de gases sobre a superfície do material (FERNANDEZ; PERES, 2004). O sistema responsável pela detecção dos sensores de gás a base de dióxido de estanho (SnO2) consiste na
