Tese de mestrado. Engenharia de Segurança e Higiene Ocupacionais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-19T14:06:04Z No. of bitstreams: 1 ANDREY OLIVEIRA DE SOUZA - TESE (PPGEQ) 2016.pdf: 3632853 bytes, checksum: f5a7eefa8ec61e628514023c54aa4ebb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T14:06:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANDREY OLIVEIRA DE SOUZA - TESE (PPGEQ) 2016.pdf: 3632853 bytes, checksum: f5a7eefa8ec61e628514023c54aa4ebb (MD5) Previous issue date: 2016 / Há muitos anos o risco de explosão e consequentes requisitos legais para classificação de áreas tem sido uma preocupação mundial. A norma brasileira para classificação de área de atmosfera explosiva é uma tradução fiel da norma internacional (IEC 60079-10-1). Diversos autores defendem que os critérios aplicados por esta norma não tem base científica, podendo levar a erros por excesso, ou mesmo a uma falsa impressão de segurança. Portanto, o presente trabalho teve por objetivo desenvolver uma alternativa confiável para classificação de área. Para tanto, foi desenvolvido modelo CFD, através do software ANSYS CFX 16.1, validado e parametrizado para ter aplicação possível em ampla faixa de condições de vazamento sônico. Para definir condições de vazamento aleatórias a serem simuladas, utilizou-se a técnica estatística de amostragem multidimensional do Latin Hipercubo, variando-se pressão e temperatura do reservatório, diâmetro do orifício, propriedades dos gases e direção do vazamento em relação à gravidade e vento. Os resultados mostram que o domínio de cálculo deve ser parametrizado em 8 metros de comprimento para cada milímetro de diâmetro da fonte de liberação. A malha deve ser parametrizada com 50 elementos ao longo do diâmetro do orifício, mantendo-se a estrutura hexaédrica em todo o domínio. A gravidade mostrou-se não interferir nos resultados de extensão e volume de atmosfera explosiva em vazamentos sônicos. O desvio de idealidade nas condições do reservatório, previsto pela aplicação da equação de Soave Redlich Kwong, também não influenciou significantemente a previsão de extensão e volume de atmosfera explosiva. A análise das simulações de condições de vazamentos aleatórias permitiu o desenvolvimento de equação integral simples e prática para determinação confiável de extensão de atmosfera explosiva. A consideração da direção do vento nas simulações demonstra que o volume da atmosfera explosiva não estar diretamente relacionado à sua extensão. Por fim, a relação entre o volume hipotético da atmosfera explosiva e seu alcance é aplicada como critério para definir risco de ignição em uma proposta de classificação de área mais confiável, que leve em consideração os efeitos de dispersão. / For many years the risk of explosion and consequent legal requirements for area classification has been a global concern. The Brazilian standard for area classification by explosive atmospheres is a faithful translation of the international standard. Many authors defends that these standard has not a scientific basis, what can causes many mistakes, because of excess or a false impression of safety. Therefore, the present work has as objective to develop a reliable alternative to area classification. For that, was developed a CFD model, by software ANSYS CFX 16.1, validated and parameterized to a great interval of sonic leak. To set random leak conditions to be simulated, it was used a statistical technique of multidimensional sampling (Latin Hipercubo), varying pressure and temperature of reservoir, orifice diameter, gas properties and leak direction relative to gravity and wind. The results show that the calculation domain should be parameterized in 8 meters length for millimeter in diameter from the source of release. The mesh must be parameterized in elements 50 along the hole diameter, while maintaining the hexahedral structure throughout the domain. Gravity proved not interfere in the extension and volume results of explosive atmosphere in sonic leaks. The deviation from ideality at reservoir conditions observed by applying the equation of Soave Redlich Kwong also not significantly influenced the extension and volume of explosive atmosphere. The analysis of simulations of random leaks conditions allowed the development of simple and practical integral equation for reliable determination of explosive atmosphere extension. Consideration of wind direction in the simulations show that the volume of the explosive atmosphere could not be directly related to its length. Finally, the relationship between the hypothetical volume of explosive atmosphere and its extension is applied as a criterion to define the risk of ignition in a proposal for a more reliable area classification, which takes into account the effects of dispersion.

Classified areas are regions with explosive atmospheres and the purpose of characterizing it is to design or estimate its extent to prevent the risk of ignition in an industrial plant. We will demonstrate that the generic use of the method of classification of areas by default or standardized figure without proper technical justification is questioned by many authors and professionals specialized in the subject that warn about the subjective form with which the subject is treated and may cause distortions in the risk assessment. The objective of this study is to present a quantitative assessment of these extensions, and compare the results between the two methodologies. For this work, we used bibliographical, and through simulation, made sure the calculations for estimating them. Used fluid flow equations suggested in the work of Macmillan (1998), in order to determine the flow of the leak and the distance from the source until the concentration of LII (lower limit of flammability), axis x. To validate them, they used data from the experiments presented by Cox (1989). And finally, the results were compared classified areas extension for leak scenario proposed by the ABNT IEC 60079-10 (2006) with those obtained by drainage equations. The results demonstrated that simply transpose the distance of 1 meter radius, in the form of a sphere, from the seal of the valve that controls the flow of propane as standard, does not guarantee the accuracy of the extension of its classified area. . / Áreas Classificadas são regiões que apresentam atmosferas explosivas e a finalidade de caracterizá-las é de projetar ou estimar sua extensão para prevenir quanto ao risco de ignição numa planta industrial. Foi ratificado que o uso genérico do método de classificação de áreas por figura padronizada ou pré-definida, sem a devida justificativa técnica, é questionado por vários autores e profissionais especializados no assunto, os quais advertem sobre a forma subjetiva com que o tema é tratado, podendo ocasionar distorções na análise do risco. Este estudo teve como objetivo apresentar uma avaliação quantitativa das extensões de áreas classificadas e comparar os resultados obtidos entre as técnicas de classificação de áreas por figuras padronizadas ou pré-definidas e modelos matemáticos. Para a realização deste trabalho, adotou-se o levantamento bibliográfico, e por meio de simulação, efetuaram-se os cálculos para estimá-las. Foram utilizadas as equações de escoamento de fluidos sugeridos na obra de Macmillan (1998), objetivando determinar o fluxo do vazamento e o distanciamento da fonte até a concentração do LII (limite inferior de inflamabilidade), no eixo de x. Para validá-las, aplicaram-se os dados dos experimentos apresentados por Cox (1989). E por fim, foram comparados os resultados da extensão de áreas classificadas para o cenário de vazamento proposto pela norma NBR IEC 60079-10 (2006) com os obtidos pelas equações de escoamento. Demonstrou-se que simplesmente transpor o distanciamento de 1 metro de raio, na forma de uma esfera, a partir do selo da válvula que controla o fluxo do propano, conforme exemplo da norma, não garante a exatidão da extensão da sua área classificada.