Embed Size (px)
Citation preview
FACULDADE ANHANGUERA DE TAUBATÉ
ENGENHARIA CIVIL
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISONADA
Física III
TAUBATÉ - SP2014
Conceito de campo Elétrico e potencial Elétrico
Atividade Prática Supervisionada - ATPS apresentada ao professor xxxxcomo parte da avaliação da disciplina de Fisica III da turma
4º B do Curso Engenharia Civil da Faculdade Anhanguera - Unidade II Taubaté .
TAUBATÉ – SP2014
Lista de figuras
Figura 1: Imagem após explosão nos silos, Blaye – França 1997
(RANGEL, 2007)................................................6
Figura 2: Explosão em Paranaguá – Paraná (WEBER, 2005)........7
Figura 3: Poeira depositada sob acionamento da correia
transportadora no túnel subterrâneo de uma unidade
armazenadora de grãos.........................................9
SUMARIO
1 Introdução ...............................................5
2 Campo elétrico ...........................................6
2.1 Pesquisa referente a explosões com produtos a base de pó..................................6
2.1.1...............................Medidas preventivas gerais
9
2.1.2....................................Aspectos construtivos
10
2.1.2.1.........................................Estrutura
10
2.1.2.2.............................Instalações elétricas
10
2.1.2.3.............................Sensor de temperatura
0
2.1.2.4................................Controle de poeira
11
2.1.2.5................................Alívio de explosão
1
2.1.2.6.......................Possíveis fontes de ignição
11
2.2 Justificativa referente ao campo elétrico do cilindro ............................................12
2.3 Expressão conforme Lei de GAUSS .........................................................................13
2.3.1................Justificativa do modulo E e a distância r
14
2.4 O campo calculado produz uma centelha .............................................................14
3 Potencial Elétrico ......................................15
3.1 Expressão para o potencial elétrico .......................................................................15
3.2 Diferença de potencial elétrico entre o eixo e a parede interna do cano ...........15
3.3 Energia armazenada num operário .......................................................................15
3.4 A possibilidade de uma explosão ...........................................................................16
4 Conclusão ................................................7
5 Referências bibliográficas ..............................18
5
1 Introdução
Iremos aborda os riscos existentes em uma unidade de
recebimento, limpeza, secagem, armazenagem e expedição de
cereais (soja), sob o ponto de vista da ocorrência de
explosões do pó em suspensão. As causas do fenômeno são pouco
conhecidas por empresários, técnicos, engenheiros e
funcionários, os quais conhecem mais suas conseqüências,
devido a notícias de ocorrência dessas explosões, em geral
extremamente danosas com grandes destruições e mortes não
somente dos funcionários mas também dos moradores próximos à
unidade conforme a magnitude da explosão.
As indústrias de processamento de produtos que em alguma de
suas fases se apresentam na forma de pó são instalações com
potencial de riscos quanto a incêndios e explosões. São
indústrias de armazenagem, secagem e beneficiamento de
produtos agrícolas, fabricantes de rações animais balanceadas,
indústrias alimentícias, indústrias metalúrgicas,
farmacêuticas, plásticas, de carvão e beneficiamento de
madeira. Tais instalações devem, antes de sua implantação,
efetuar uma análise acurada de seus riscos e tomar as
precauções cabíveis, pois na fase de projeto as soluções são
mais simples e econômicas. Porém as indústrias já implantadas,
com o auxílio de um profissional competente, poderão
equacionar razoavelmente bem os problemas, minorando os riscos
inerentes.
6
2 Campo elétrico
Essa atividade é importante para compreender a ação e a
distância entre duas
Partículas sem haver uma ligação visível entre elas e entender
os efeitos dessa partícula
sujeita a uma força criada por um campo elétrico no espaço que
as cerca.
2.1 Pesquisa referente a explosões com produtos a base de pó
Nos últimos anos, passou-se a notar que notícias sobre
incêndios e explosões em instalações que processam grãos têm
sido veiculadas com certa freqüência na mídia brasileira.
7
Catástrofes envolvendo prejuízos de milhões de dólares e com
vítimas fatais já não são mais exclusividade dos Estados
Unidos, França ou Espanha. Dentre as ocorrências no Brasil,
podemos resumidamente citar.
Em janeiro de 1992, a explosão da célula C-2 do silo vertical
de Porto de Paranaguá, Curitiba (PR) causou o falecimento de
dois trabalhadores além de cinco ficarem feridos. A provável
causa apontada para a explosão teria sido a combustão da
poeira de cevada armazenada no local, durante uma operação de
limpeza que acontecia no décimo andar do silo (que tinha 13
andares e 55 metros de altura), (RANGEL, 2007)
Figura 1: Imagem após explosão nos silos, Blaye – França 1997
(RANGEL, 2007)
8
Em novembro de 2001 uma explosão no depósito da empresa
multinacional Coimbra, responsável pelo armazenamento de grãos
do Corredor de Exportação do Porto de Parnaguá (PR), deixou 18
pessoas feridas, conforme figura 1 abaixo. Os técnicos do
porto afirmaram, na época, que o desastre poderia ter sido
causado por limpeza deficiente das esteiras que
20transportavam os grãos das cinco mil toneladas de milho
estocadas no local. 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 300 Kg também
foram encontradas longe. Além do prejuízo com a perda do
depósito, houve consideráveis danos causados aos caminhões que
estavam na rua aguardando para descarregar, bem como a
paralisação das esteiras que abasteciam os nove armazéns
graneleiros, o que suspendeu as operações do Corredor de
Exportações. Caso a explosão não tivesse ocorrido na hora do
almoço, um número maior de vítimas teria sido registrado
(WEBER, 2005).
9
Figura 2: Explosão em Paranaguá – Paraná (WEBER,
2005)
As indústrias que processam produtos que em alguma de suas
fases se apresentem na forma de pó, são indústrias de alto
potencial de risco quanto a incêndios e explosões, e devem,
antes de sua implantação, efetuar uma análise acurada dos
mesmos e tomar as precauções cabíveis, pois na fase de projeto
as soluções são mais simples e econômicas, porém as indústrias
já implantadas, com o auxílio de um profissional competente,
poderão equacionar razoavelmente bem os problemas, minorando
os riscos inerentes
Nestes locais também encontra-se riscos de incêndios os quais
ocorrem com todas as poeiras combustíveis, porém, para que tal
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.
Se observar que as explosões mais violentas se produzem com
uma concentração ligeiramente superior a necessária para que
se tenha a reação com todo o oxigênio que haja na atmosfera.
As concentrações menores se geram menos calor e se criam
menores pressões de ponta. Com concentrações maiores das que
10
causam explosões violentas, a absorção do calor pela poeira
não queimada pode ser a razão que se produzam pressões menores
de explosão, que a máxima.
A combustão do pó se produz na superfície das partículas. A
velocidade de reação, portanto, depende do íntimo contato do
pó com o O2. Por este fato, o fator turbulência propicia
explosões mais violentas, que as em atmosferas mais
tranqüilas.
A maior parte das temperaturas necessárias para por em ignição
as nuvens de pó, situam-se entre 300 e 600 º C. e a grande
maioria das potências, estão entre 10 e 40 mJ.
A alta concentração de poeira gerada pela manipulação dos
grãos é o principal combustível para a ocorrência de
explosões. Nos estados de Goiás, Mato Grosso, Minas Gerais e
Bahia, onde também é intensa a atividade de manipulação de
grãos, os riscos são ainda maiores em função da baixa umidade
relativa do ar, transformando as unidades armazenadoras de
grãos em verdadeiros barris de pólvora. A concentração da
incidência de incêndio e explosões nos silos brasileiros ainda
é uma incógnita para os especialistas.
As explosões em plantas de armazenagem podem ser classificadas
como primárias e secundárias. A poeira depositada ao longo do
tempo nos mais diversos locais da planta industrial conforme
figura 3 abaixo, quando agitada ou colocada em suspensão e na
presença de uma fonte de ignição, com energia suficiente para
a primeira deflagração, poderá explodir, causando vibrações
11
subseqüentes pela onda de choque fazendo com que mais pó
depositado entre em suspensão e mais explosões aconteçam cada
qual mais devastadora que a anterior, causando prejuízos
irreversíveis ao patrimônio, paradas no processo produtivo,
invalidez ou morte.
Figura 3: Poeira depositada sob acionamento da correia
transportadora no túnel subterrâneo de uma unidade
armazenadora de grãos
1.
2.
2.1.
2.1.1. Medidas preventivas gerais
12
Apurado controle de umidade relativa do ar sendo que abaixo
de 50%, caracteriza-se faixa crítica de risco;
Limpar periodicamente os sistemas de captação de pó
trocando os filtros nos períodos definidos pelos fabricantes;
Proceder a limpeza diária da poeira residual depositada nas
máquinas, equipamentos e instalações;
Treinar os operadores e demais funcionários quanto os
potenciais riscos de explosões;
Fazer manutenções periódicas dos equipamentos eletro-
mecânico;
Certificar periodicamente os estados dos cabos elétricos;
Tomar os devidos cuidados ao utilizar aparelhos de solda
nos serviços de manutenção
2.1.2. Aspectos construtivos
2.1.2.1.Estrutura
Os materiais de construção dos silos devem ser
incombustíveis;
13
Não deverá haver nenhuma abertura entre silos;
O respiro deve ser curvado ou inclinado para evitar a
entrada de água e a cobertura deve ser vedada contra
poeira e água;
Silos metálicos devem ser construídos com a solda
enfraquecida entre a cobertura e o corpo, de forma a
permitir a separação neste ponto, em caso de explosão no
seu interior;
Projetar edificações que estruturalmente contemplem áreas
de fácil ruptura caso ocorram explosões, isto minimizará
danos a edificação, pois os gases em expansão serão
lançados à atmosfera;
1.
2.
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.2.1.
2.1.2.2.Instalações elétricas
As instalações elétricas devem atender às normas
Projetar sistemas de iluminação apropriados aos ambientes
com risco de explosão
Instalar sistemas de pára-raios;
1.
2.
14
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.2.1.
2.1.2.2.
2.1.2.3.Sensor de temperatura
Os secadores devem ter um sensor de temperatura regulado
para limitar o ar introduzido no secador a uma temperatura
segura. Tal controle deve contar todo calor que está sendo
fornecido ao secador e deve permitir a continuação do
movimento de ar não aquecido através do secador;
1.
2.
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.2.1.
2.1.2.2.
2.1.2.3.
2.1.2.4.Controle de poeira
15
A poeira deve ser coletada em todos os pontos de produção
de pó dentro da unidade armazenadora e instalação de
movimentação como: na admissão ou descarga de transportadores
de correias, redler ou chute, despoeiramento ao longo dos
túneis, balanças de fluxos, elevadores, secadores e máquinas
de limpeza;
Os dutos de transporte de poeira deverão ser dotados de
sistemas de detecção e de extinção de faíscas;
1.
2.
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.2.1.
2.1.2.2.
2.1.2.3.
2.1.2.4.
2.1.2.5.Alívio de explosão
Todos os equipamentos, dutos, silos de pó e coletores no
interior dos quais a poeira fica confinada, devem ser dotados
de alívio de explosão, devidamente dimensionados, de acordo
com as normas técnicas;
Os dispositivos de alívio de explosão devem ser indicados
em planta e descritos em memorial;
16
1.
2.
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.2.1.
2.1.2.2.
2.1.2.3.
2.1.2.4.
2.1.2.5.
2.1.2.6.Possíveis fontes de ignição
As possíveis fontes de ignição para ocorrer uma explosão são
decorrentes de
Acúmulo de cargas eletrostáticas;
Curtos circuitos;
Descargas atmosféricas;
Atrito de componentes metálicos
Descuidos quanto ao uso de aparelhos de soldagem;
Segundo estatísticas, as principais fontes de ignição
causadoras de acidentes com explosões de pó são:
Faíscas mecânicas = 50%;
Eletricidade estática,corte e solda, faíscas a arco = 35%;
Sobreaquecimento = 15%;
17
Os principais equipamentos e ou locais críticos ao surgimento
destes acidentes são:
Moinhos e trituradores = 40%;
Elevadores = 35%;
Transportadores = 35%;
Coletores de pó e silos = 15%;
Secadores = 1
2.2 Justificativa referente ao campo elétrico do cilindro
Elas apontam para longe do eixo. Em condições normais, o átomo
é eletricamente neutro, ou seja, o número de prótons é igual
ao número de elétrons. Entretanto, os elétrons têm grande
poder de se libertar dos átomos e eletrizar outras
substâncias.
Tanto elétrons quanto prótons criam em torno de si uma região
de influência, ou campo de força. Quando um elétron e um
próton se aproximam o suficiente para que seus campos de força
possam influir um sobre o outro, eles se atraem mutuamente.
Mas se dois elétrons põem em contato seus campos de força eles
se repelem entre si. O mesmo acontece quando 2 elétrons se
aproximam.
Para designar essas atrações e repulsões, convencionou-se
dizer que as partículas possuem algo chamado carga elétrica,
que produz os campos de força. Os elétrons possuem carga
elétrica negativa e os prótons positivos. As cargas opostas se
atraem e as cargas iguais se repelem.
18
Pois a carga negativa é a que tem tendência a se desprender do
átomo passando assim para o cilindro de plástico, acumulando
na parede interna
2.3 Expressão conforme Lei de GAUSS
O valor de E aumenta ou diminui quando r aumenta? Justificar.
Determinar o valor máximo de E e a que distância do eixo do
cano esse campo máximo ocorre para r = 1,1 x 10-3 C/m3 (um
valor típico).
Expressão:
E = K. Qr²
Quando aumenta o valor de r, o valor de E diminui devido o aumento da área.
E = K. Qr²
E = 8,99 x 109 x 1,1x10−3
0,52
E = 39 x 106 NC
19
Quanto menor a área, maior o valor de E.
E = 8,99 x 109 x 1,1x10−3
(1,1x10−3)²
E = 39 x 1012 NC
O módulo E tem o maior valor, quando o r é igual ao valor de Q.
De = 0,5 m – 1,1 x 10-6
De = 0,499 de distância do eixo.
2.3.1.................Justificativa do modulo E e a distância r
Utilizando o conceito de Campo Elétrico, o valor do campo é
diretamente proporcional a densidade de linhas do mesmo, sendo
a densidade a razão entre Cargas Elétricas e Área.
O raio r tem proporção inversa ao campo E, quanto mais se
aumenta o raio menor será o campo.
2.4 O campo calculado produz uma centelha
20
Sim, por que o módulo do campo elétrico ultrapassou 3,0 x 106
NC e nestas condições rompe o dielétrico do ar. Produzindo uma
centelha.
A centelha será produzida no interior do tubo.
3 Potencial Elétrico
Essa atividade é importante para compreender a definição de
potencial elétrico e
conseguir calcular esse potencial a partir do campo elétrico.
21
3.1 Expressão para o potencial elétrico
R.V = (K.q)r
3.2 Diferença de potencial elétrico entre o eixo e a parede
interna do cano
U = K.qd
U = 9x109.1,1x−3
0,5
U = 19,8 x 106 V
3.3 Energia armazenada num operário
F = CV
200pF = Q7000
Q = 1,4 x 10-6 C
C = QV
C = 1,4x10−6
7000
C = 2 x 10-10 F
22
Obs.: A energia armazenada num capacitor é igual ao trabalho feito para carregá-lo.
3.4 A possibilidade de uma explosão
W = Q.V
W = 1,1 x 10-3 . 10,8. 106
W = 21 x 103 J > 150 x 10-3 J
Portanto a energia resultante ultrapassou, fazendo com que o pó tenha potencial de explosão.
23
4 Conclusão
Diante dos cálculos realizados foi constatado que duas
condições para que uma explosão
ocorresse foram satisfeitas:
(1° condição) o módulo do campo elétrico ultrapassou 3,0 x 106
NC produzindo uma ruptura dielétrica do ar;
(2° condição) a energia da centelha resultante ultrapassou
150 mJ, fazendo com que o pó explodisse.
24
5 Referências bibliográficas
MASHI – Técnicas Ambientais. Riscos de Incêndio e Explosão em
Equipamentos
Elétricos. [200-]. Disponível em: http://mashi.com.br
SÁ, Ary de. Explosões – O Perigo dos Grãos. Revista Proteção.
Ed. 98. 1998. Disponível
em: http://www.safetyguide.com.br
WEBER, A.E. Segurança em Unidades Armazenadoras. 2005.
Disponível em:
http://www.armazenagem.com.br
