Apostila De Eletricidade Estatica Para As Quimicas

Eletricidade Estática Conceitos básicos e referencias para prevenção de acidentes na Industria Química Introdução: A eletricidade estática é um fenômeno físico natural, que ocorre a todo momento, sem nossa interferência e sem que nos cause problemas. O fenômeno inclusive é utilizado de forma positiva em várias aplicações, várias delas do nosso cotidiano. Podemos citar algumas das ocorrências da eletricidade estática no nosso dia a dia: Descargas atmosféricas em dias de tempestade; Filme PVC aderindo aos alimentos Estalos e pequenas faiscas quando colocamos a mão na tela da TV Estalos e pequenas faiscas quando tiramos ou colocamos uma blusa de lã acrílica. Copo plástico que não sai ou sai em grupos do porta-copos Em certos casos porém, o efeito pode ser um tanto prejudicial e até mesmo causar grandes acidentes, como nos exemplos: Danos a componentes eletrônicos durante manutenção e montagem. Alguns componentes se danificam pelo simples toque dos dedos do montador Incêndios e explosões em materiais inflamáveis ou nuvens de pó

1. Formação de carga eletrostática – Separação de carga

A separação de cargas ocorre sempre que dois materiais são separados um do outro, e o efeito é aumentado particularmente se ao menos um deles for não condutor de eletricidade. Os átomos vão ganhar ou perder elétrons, ficando carregados positiva ou negativamente. Exemplos:

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Andar por piso não condutivo (paviflex, pinturas epóxi, carpetes) Usar sapatos com solados não condutivos (tênis, sapatos com solas de borracha) Usando carrinhos com rodas emborrachadas não condutoras de eletricidade Vestindo roupas não condutivas (blusas de lã sintética, nylon)

Transferindo materiais em pó para vasos e reatores Operações de spray líquido Enchimento de vasos e reatores com splash Derramando líquidos ou pós não condutores Bombeamento de líquidos por tubulações Misturando dispersões em líquidos não condutivos

2. Acúmulo carga eletrostática Se a carga é formada, devemos avaliar se a mesma poderá se acumular em algum ponto dos materiais envolvidos. Considerando o acúmulo de carga, novamente os materiais isolantes são os principais problemas, já que a energia gerada não tem como escoar por eles até um ponto “aterrado”. Mas partes condutoras que não estejam aterradas, também ficarão com a carga acumulada, se sofreram anteriormente um processo de formação de eletrostática.

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Materiais condutores não aterrados

Materiais não condutores

E quanto de energia pode ser armazenada? Assim como uma bateria automotiva, os materiais armazenam mais ou menos energia dependendo de sua característica elétrica e do tamanho A energia depende da capacidade dos objetos carregados : E = ½ x C x U2 Veja o exemplo na tabela: Objeto C [pF] U [kV] E [mJ] Flange 10 10 0.5 Tambor 50L 50 8 2 Pessoa 150 12 11 Tambor 200L 200 20 40 Estas energias são suficientes para provocar ignição em gases, líquidos inflamáveis e nuvens de pó. Tabela 1-7.2 da NFPA 77 Energia mínima de ignição (aproximada) Gás ou vapor metano propano ciclopropano etileno acetileno hidrogênio

EMI (mJ) 0.29 0.25 0.18 0.08 0.017 0.017

Dependendo da característica dos materiais (condutividade elétrica, fluidez, etc.) a dissipação natural da carga eletrostática para o ar vai ser mais rápida ou mais lenta. A umidade relativa também vai influenciar muito no processo. Após uma carga acumulada, a dissipação desta para o aterramento vai obedecer uma simples regra de Tempo de Relaxamento de Carga, com a fórmula: T [sec] = R [ ] x C [F] Exemplo: Homem: C = 150 pF R = 103 3 T = 10 x 150 x 10-12 = 0.15 seg

3. Tipos de Descargas Eletrostáticas

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Brush Discharges É a descarga entre um condutor e uma superfície carregada, condutiva ou não. Propagating Brush Discharges Descarga entre um condutor e uma superfície não condutora altamente carregada. Geralmente ocorre entre uma camada de cobertura e seu suporte metálico . Spark discharges (faíscas) Descarga entre duas partes condutivas, de forma única, com emissão luminosa. Descargas tipo cone Descarga entre a superfície de uma pilha de pó não condutivo e a parede condutora do silo ou container.

4. Diferenças entre Condutores e não Condutores Em relação ao risco de acumulação de carga eletrostática, partes ou materiais com resistência elétrica menor que 106 Ohm para o aterramento são consideradas aterrados. Existe risco de acumulação de carga quando a resistividade específica for maior que 10 8 Ohm/m, pois desta forma não há como fazer o aterramento dos equipamentos ou materiais. Os materiais metálicos são em geral condutores. Os sintéticos são, em geral, não-condutores. Valores Típicos de resistividade (Ω/m) PVC 10 13 Vidro (seco) 10 11 Policarbonato 10 12 Teflon 10 13 Disulfeto de Carbono 10 16 Tetracloreto de 10 15 Carbono Gasolina 10 12 Ciclohexano 10 12 Benzeno 10 12 Tolueno 10 12 Xileno 10 12 Cloreto de Metila 10 8 Metanol, Etanol 10 6 Acido Acético 10 5

5. Algumas medidas de prevenção para evitar a formação e acúmulo de eletrostática na indústria:

Aterramento e interligação de partes metálicas

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O Aterramento é uma das mais importantes medidas para se prevenir contra os efeitos da eletrostática Todas as partes condutivas dos equipamentos onde atmosferas explosivas podem estar presentes ou inflamáveis são manuseados devem ser conectadas ao aterramento, e a resistência medida não deverá passar de 106 ohm. Tipicamente o aterramento por cabos de cobre ou interligações metálicas firmemente conectadas não terão resistência maior que 1Ω. Partes auxiliares não devem ser esquecidas, como funis, mangotes e as próprias pessoas. Para o aterramento das pessoas são utilizados os calçados anti-estáticos ou dissipativos, com solado com resistividade específica menor que 108Ω.

Figura 1 Aterrando vasilhames e tubulações durante transferência de inflamáveis Plastic

< 5L*

Metal

Figura 2 Aterrando vasilhame e funil parqa operação de enchimento com material inflamável (note que o limite para o vasilhame plástico não certificado é de 5 l.

Figura 3 Utilizando sapatos anti-estáticos, rodas com borracha anti-estática e aterrando tambores para transferencia

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Figuras 4 e 5 Descarga ou carga de caminhões tanque contendo inflamáveis com vent aberto. A conexão da garra de aterramento deverá ser feita antes da conexão do tubo de enchimento. Toda a tubulação deverá estar jumpeada. O tubo de enchimento deverá ser do tipo mergulhador. A antiga prática de correntes penduradas no caminhão não é eficaz e não deve ser aplicada. Como medida adicional, em descargas especialmente perigosas, podemos incluir sistemas supervisores de aterramento, que não liberam as válvulas de enchimento, caso a garra de aterramento não esteja instalada. Ver figura 5

Figura 6 Descarga o carga de caminhão em circuito totalmente fechado, com gás balanço e inertização. O aterramento é recomendado mais não imprescindível, já que uma descarga não produzirá explosão, já que não há oxigênio. A recomendação se dá pela possibilidade de vazamentos e falha na inertização. Os seguintes equipamentos podem ser considerados auto-aterrados para fins de dissipação da eletricidade estática:  Estruturas metálicas das construções, por necessitarem do aterramento para fins de proteção contra raios (descargas atmosféricas )  Tubulações metálicas embutidas ou enterradas  Equipamentos metálicos firmemente conectados às estruturas metálicas da construção Atenção especial deve ser dada nos seguintes casos:  Tubulações, flanges e válvulas que podem estar isolados por juntas e camadas de tintas no contato mecânico dos parafusos (a maiorias das tintas é isolante elétrico). Devem ser aplicados cabos de “jumper” sempre em partes sem proteção de pintura  Tampas que podem não estar firmemente conectadas eletricamente ao vaso ou vasilhame  Correias de Transmissão e transportadoras, que devem ser feitas de material condutor  Vasilhames com revestimento interno ou sacos plásticos de proteção

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 Revestimentos diversos como ebonite, vidro, ou mesmo pintura. A carga estática ficará acumulada nos revestimentos e as partes metálicas devem ser conectadas ao aterramento por meio de partes não revestidas.

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Os sistemas de aterramento, como qualquer sistema, sofrem ação do tempo, corrosão, desgaste, etc. e devem ser inspecionados visualmente e sua eficácia deve ser monitorada periodicamente.

Limitar a Vazão Limitação da velocidade de fluxo em tubulações é uma boa medida para prevenção dos riscos com eletricidade estática. A tabela abaixo exemplifica alguns limites para uso com líquidos inflamáveis Diâmetr o interno do tubo (mm) 40 50 80 100 200 400

Velocidad e máxima do fluido (m/s) 7.0 6.0 3.6 3.0 1.8 1.3

Vazão máxim a (l/m) 600 800 1100 1600 3500 10000

600

1.0

17000

Evitar splash Utilizar enchimento por tubos mergulhadores (atenção ao efeito sifão) ou aplicar entrada de forma tangencial à parede do vaso

Inertização Atmosferas com pouco oxigênio (12% ou menos conforme o produto) são muito pobres para ocorrência de fogo ou explosão. A inertização pode ser feita sem medição da concentração de O2, desde que seja garantida uma atmosfera só de nitrogênio, ou no caso de sistemas grandes, pode-se fazer uma mistura de ar+nitrogênio e utilizar-se um analisador de concentração de oxigênio (QIZ+). Neste caso o analisador passa a ser considerado um instrumento de segurança, e deve obedecer às normas aplicáveis (IEC 61511, DS-4). Para cada produto deve-se ajustar a quantidade máxima de oxigênio permitida. Tabela C1 NFPA 69 - Concentração limite de oxigênio para evitar deflagrações de combustíveis (inertização com nitrogênio) página 8/10

Gás ou vapor Metano Etano Propano n-butano Etileno Propileno Tolueno Estireno Gasolina 73/100 Gás Natural Acetona CO Hidrogênio Metanol Acetato de Metila Oxido de propileno

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% limite superior de oxigênio 12 11 11,5 12 10 11,5 9,5 9 12 12 11,5 5,5 5 10 11 7,8

Outras medidas Não utilizar tecidos sintéticos não condutivos. Preferir os de 100% algodão ou os especiais anti-estáticos. Utilizar sapatos anti-estáticos Utilizar líquidos aditivados com anti-estáticos Evitar uso de sacos plásticos, bombonas e outros recipientes plásticos não especiais. Obedecer aos tempos de relaxamento de carga, incluindo os períodos de “quarentena” após carregamentos e transporte de produtos. Avaliar a capacidade dos materiais de dissipar a carga. Em geral os líquidos conseguem dissipar melhor que os pós a carga eletrostática acumulada. Evitar umidade relativas muito baixas. Abaixo de 30% de umidade no ar, a formação de eletricidade estática é bem maior.

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