Os fatores de explosão do silo DeBruce

Há dois modelos básicos para explicar uma catástrofe acidental como ilustrado na figura 1/1A.

O NEGATIVO

E a mais comum explicação é que um evento inexplicável, aleatório e imprevisível  (como o bote de uma serpente) controlado para iludir ou penetrar na vasta complexidade das medidas preventivas que foram planejadas e colocadas em práticas através da história   para prevenir sua ocorrência. Este ponto de vista é de longe o mais comum. É mantido pelos jornais, por políticos, e pelo público geral. Produz a freqüente e a incrédula pergunta? ”Como no mundo poderia acontecer ainda tal coisa?”.

O segundo modelo, em contraste direto ao primeiro, propõe que tal desastre é “um evento evidentemente bem sucedido, projetado e permitido por decisões gerenciais que põem no lugar todos os componentes necessários”.

Esta perspectiva positiva opõe-se a idéia que qualquer um deve ser surpreendido ou mistificado pelo evento. Apesar de tudo, foi projetado para acontecer!

Figura 1A-explosao

Quando o último fator necessário foi colocado no lugar, a catástrofe ocorreu de acordo com a programação, com o resultado que podia e deveria ter sido prontamente previsto e esperado. Nenhuma atribuição a “um ato de Deus” aqui.

O primeiro modelo comumente provoca uma resposta histérica, irracional, e reação intempestiva. Medidas supostamente corretivas, algumas que podem mesmo agravar a situação, mais adiante.

Sem reconhecimento de que tais perdas provavelmente possam continuar, até que seja empregada uma perspective geral de perda, um outro remendo é colado em um balão de escape (o autor explica, enquanto não analisar de forma global as perdas, as correções serão feitas por tentativas).

Por outro lado, o segundo modelo não atribui catástrofe para deliberar intenção ou planejamento diabólico pelos responsáveis pela decisão. Em vez disso, propõe que as decisões que coletivamente provocaram o desastre foram estabelecidas numa base individual, separada, não coordenada. Cada decisão foi uma gota d’água colocada num copo d’água e a última gota fez com o que o copo transbordasse. Ninguém viu as gotas como uma “carga”. Não houve nenhum ponto de vista abrangente que permitisse que as gotas fossem vistas simultaneamente e sistematicamente.

A explosão do silo da empresa DeBruce ocorreu justamente de acordo com qualquer outra explosão de silo. A respeito da causa, era idêntica a todas as outras. Cada uma necessita cinco coisas para acontecer simultaneamente. Em 8 junho 1998 em Wichita, os cinco fatores exigidos mostraram às 9 h 20 min, porque uma série de decisões da gerência da empresa permitiu sua ocorrência.

Importante perceber, todos os cinco fatores estão sempre presentes em qualquer silo de grão, mas não no mesmo momento, na mesma posição no interior do silo. A chave para  evitar uma explosão, então, é para prevenir o fator concorrente.

Um modelo conveniente e relevante para discutir os cinco fatores exigidos para explosão de um silo é conhecido como “pentágono da explosão”.

 Seus cinco lados são;

1- combustível (grão em pó),

2 – oxidante (ar),

3 – contenção do combustível e oxidante em confinamento (silo),

4 - dispersão do combustível no ar, e

5 - ignição.

 

 

O COMBUSTÍVEL (PÓ) – O PRIMEIRO LADO DO PENTÁGONO DA EXPLOSÃO 

A fonte de força compacta que destruiu o silo era nada mais do que finas partículas de grão. Estas partículas são comumente referidas como pó de grão. Entretanto, esta terminologia tem criado e difundido confusão e equívoco, mesmo entre aqueles que trabalham em silos. Muitos acreditam que o pó significa a sujeira mineral, tanto quanto aqueles que encontrariam ao redor dos seus lares.

Afinal, pano de chão, pano de pó são artigos comuns nos lares. Esta confusão é aumentada  na indústria de grão porque a manutenção apropriada de um silo é chamada de limpeza (housekeeping). Conseqüentemente, uma das distinções mais importantes a ser feitas para evitar explosões é reconhecer o caráter mortal do pó.

O açúcar em pó, leite em pó e o carvão em pó são termos comuns, mas de algum modo o grão pulverizado tornou-se conhecido como pó de grão (partículas sólidas produzidas por ruptura mecânica de sólidos ou atritos). Assim somente para finalidade de compreensão, combustível é discutido como pó de grão.

O pó de grão é criado por esforços mecânicos que são colocados na semente durante o processo de manipulação (incluindo a secagem). É simplesmente partículas minúsculas do pericarpo ou pele que envolve o grão. Sob um microscópio, esta pele assemelha-se a escama de peixe. Quando o grão é mexido ou agitado, aquelas escamas são desgastadas por atritos e tornam-se livre como pó de grão.

O processo de manipulação de grão inicia, certamente no campo, onde os grãos são removidos de seu formato de crescimento. E continua através de muitos estágios antes que o grão alcance seu estado final de utilização. A quantidade de pó produzido por cada etapa, provoca remoção de uma parcela do grão, resultando numa leve perda de peso no volume do grão.

Vários desses estágios ocorrem no silo. Tipicamente a massa básica, 90% de partículas de pó têm um diâmetro inferior a 200 u (duzentos micros ou 0,2 milímetros).

Num silo, este pó pode estar suspenso no ar, assentado em superfície horizontal ou esteja aderindo às superfícies verticais. Pode estar facilmente visível nas instalações ou escondidos em locais fora do campo de visão.

Há muito folclore na indústria de grão sobre “quanto de pó é importante?”, que é crítico para reconhecer a base científica para seu explosividade. Um dos critérios iniciais que devem ser estabelecidos é o estado mecânico do pó, se está depositando ou aderindo às superfícies (passivas) ou se está em suspensão, transportando por via aérea, (ativo).

A quantidade de combustível disponível é bem enganosa se esse depende somente de quanto parece estar suspenso no ar. Por exemplo, somente 400 u (quatrocentos micros) de pó depositado (passivo) apenas no piso em uma sala, com pé direito de 2,40 m distribuído uniformemente em todo o volume da sala é bastante para explodir a sala inteira.

E uma pequena quantidade deste pó pode ser distribuída em toda sala de um pequeno volume e ainda produz uma mistura explosiva. Assim é importante utilizar o conceito de densidade de carregamento (quantidade de composição de propelente ou pirotécnico por unidade de volume expresso em g/cm³).

Se o pó está sempre em suspensão no ar (estado ativo), pelo critério popular que tem sido largamente difundido, que talvez possa ser tão enganoso em alertar os trabalhadores para o risco de explosão.

Um exemplo: “Se você não pode ver sua mão na frente de seu rosto, ele pode ser perigoso?” Se uma pessoa estiver numa sala ou numa área confinada, onde isto é verdadeiro, mais do que provavelmente o piso, as paredes, o teto, e todas superfícies restantes são carregados com o pó depositado, esperando a mais leve perturbação que converterá seu estado passivo ao estado ativo.

Infelizmente, mesmo as vozes profissionais acreditam ser confiável a respeito das explosões de silos, continuam a expressar idéias e conceitos que perpetuam o equívoco sobre o risco do pó.

Para ilustrar este ponto, Robert Shoeff, professor aposentado da Universidade de Estado de Kansas,  conhecido como historiador de explosão de silo foi citado largamente como dizendo, "o pó de grão que se encontra no silo é inofensivo”.

Lamentavelmente essa declaração é falsa e enganadora. Entretanto, ela gera e reforça o descaso entre os proprietários, operadores, e os empregados sobre o risco inerente de explosão de pó.

Sem nenhuma dúvida, o mais importante dos cinco fatores em explosões de silo é o combustível, não apenas de sua prevalência, mas sua facilidade de adaptação para manejo.

Figura 2-1 – OSHA -

Seu risco inerente é ignorado virtualmente na indústria de grão, com muitos olhando, como impossível controlá-lo. A gerência da empresa tinha pleno conhecimento do estado total de  descontrole do pó e ao mesmo tempo recusando reparar ou substituir equipamento de controle de pó que estava com defeito.

Compreendendo o potencial incrível liberado numa explosão de pó, que desafia a imaginação do homem comum.

As figuras 2-1, 2-2 2-3, devem ajudar em aumentar a consciência pública das forças que se desencadeiam contra as estruturas de concretos, reforçado com o aço, não somente em uma área localizada, mas totalmente na extensão da estrutura compacta. 

O OXIDANTE (AR), O SEGUNDO LADO DO PENTÁGONO DA EXPLOSÃO

Está também universalmente presente nos silos. É irmão gêmeo do combustível, eles combinam para fornecer a mistura química mortal que levanta milhões de toneladas verticalmente e é ouvida a 16 km de distância, como aconteceu em Wichita.

Figura 2-2 – OSHA

Porque a maioria dos silos está raramente localizada em altura elevada e a disponibilidade do oxigênio é adotada.

CONTENÇÃO – COMBUSTÍVEL E OXIDANTE

Os silos são talvez as estruturas ideais para explodir.

Primeiramente, seu projeto consiste uma quantidade de túneis (como se fosse cano de uma arma, um tubo inteiriço de aço,  destinado a receber o cartucho, resistir às pressões geradas pela deflagração da carga, através do qual o projétil é guiado, desde o momento que é disparado até o momento de sair do interior da arma), galerias extremamente longas, corredores retos ou  salas que parecem como uma arma.

Em segundo, muitos destes corredores, especialmente os túneis subterrâneos e silos, têm somente únicas saídas, em suas extremidades. Em outras palavras, eles permitem uma onda da explosão, uma vez que entra, não há opção, com exceção para expandir e acelerar para cima ou para baixo pelo canal, até as saídas nas extremidades, onde descarrega a força destruidora, provocando os danos.

Figura 2-3 – OSHA – Danos no silo – extremidade Norte

Em terceiro lugar, estes vários túneis (canos de arma) geralmente são conectados numa rede em que explosão e o fogo estão livres para entrar, girar, expandir, acelerar e desintegrar alguma coisa que pretende contê-los.

Em quarto, todos estes túneis (canos de arma) estão carregados todo tempo com uma incrível munição poderosa (seis vezes mais explosivo do que a pólvora negra!).

Quinto, a construção do silo consiste geralmente concreto reforçado que fornece resistência estrutural suficiente para permitir pressão de impacto (condição resultante da ignição pré‑comprimida dos gases em compartimento ou subdivisões, menos aqueles em que a ignição foi iniciadora) que assim causa a propagação da explosão antes da desintegração em todas as direções.

Assim o terceiro lado do pentágono da explosão-contenção e confinamento da mistura poderosa, combustível e oxidante (ao menos para as origens da explosão)

É profundamente acessível e pronto o tempo todo para a explosão violenta. O silo da empresa DeBruce, devido ao seu tamanho e complexidade, pode ter fornecido o exemplo clássico como a contenção inicial, subitamente, transforma‑se em desintegração.

DISPERSÃO DO COMBUSTÍVEL NO AR - O QUARTO LADO DO PENTÁGONO DA EXPLOSÃO, TRATA-SE DA ASSOCIAÇÃO.

Os gêmeos, combustível/oxigênio, devem ter a relação correta para cada um deles ser perigoso. Ao contrário de outras misturas combustível-ar, onde a combinação do combustível e o oxigênio pode ser tão rica (muito combustível) ou tão pobre (pouco combustível) como a mistura, ar e combustível de um carburador de um carro, o pó não tem nenhum limite superior de explosividade. Uma vez que a proporção de pó para o oxigênio alcança o limite inferior de explosividade, os resultados são inevitáveis e geralmente devastadores.

Uma explosão de pó inicial, entretanto grande ou pequeno, exige combustível em suspensão (pó) para encontrar a proporção adequada de oxigênio. Entretanto, a partir desse momento, a quantidade de camada de pó (passivo) disponível no caminho da explosão tornará, subitamente, dispersiva, inflamar-se-á, e continuará numa cadeia de explosões sucessivas e cada vez mais severas, como ocorreu no silo da empresa DeBruce.

Este ponto crítico é ignorado, negado, ou suprimido pelos gerentes do silo que acomodam com a existência de quantidades excessiva de pó.

IGNIÇÃO - O QUINTO LADO FINAL DO PENTÁGONO DA EXPLOSÃO

É geralmente reconhecido como importante. Entretanto, seu papel na explosão, enquanto  necessária, não é necessariamente sua “causa” As fontes de ignição fornecem a energia inicial exigida para conseguir uma reação química auto-sustentável, tal como o processo de combustão de uma explosão de pó.

Mas deve ter em mente que a maioria, se não todo, as fontes de ignição potenciais em uma explosão de pó têm energia distante em excesso (vários ordens de magnitude) de energia mínima de ignição exigida  para inflamar uma mistura ar e pó.

Uma fonte de ignição identificada não necessita fornecer a ignição direta de uma explosão. Pode diretamente conduzir o fogo que pode permanecer não detectado por horas, somente mais tarde, para agir como uma fonte de ignição muito eficaz para uma explosão.

O aspecto mais original da ignição é que este final do “efeito dominó” da figura 1-1 colocado em prática no lugar. Todos os outros fatores do “efeito dominó” podem ter estado no lugar por anos, esperando esse final.

A gerência pode intervir, todo o tempo, para examinar ou modificar seu significado. Em contraste, a ignição é “a peça do dominó que chega de surpresa” sem aviso ou possibilidade de intervenção.

Esta característica da surpresa, porque exclui de imediato a neutralização, faz da ignição o “efeito dominó” com menos assunto para predição e controle sistemático.

Pó exemplo, onde o relâmpago é uma fonte de ignição, não há nenhuma possibilidade para a gerência controlá-lo. A única possibilidade de evitar a explosão encontra-se em remover ou em modificar os outros fatores do “efeito dominó”, de modo que o silo torna-se impermeável à ignição.

Esta característica original da ignição conduz ao erro o mais sério para gerentes do silo, focalizando exclusivamente em fontes de ignição para evitar explosões do silo. É compreensível que a ignição parece ser a chave lógica e adequada  para evitar a explosão.

Certamente não há explosão que pode ocorrer sem ignição. E os quatro outros fatores do “efeito dominó” são menos dramáticos. Entretanto, eles parecem fixos e estáticos, enquanto as fontes de ignição sozinhas são dinâmicas. Mas um daqueles quatro fatores restantes, o combustível é também dinâmico em vez de estático. Entretanto, é totalmente controlado, enquanto as fontes de ignição podem ser parcialmente identificadas, deixando-as sozinhas controladas.

O pó, naturalmente, é como os passos de uma criança. Apesar disso, o grupo está convencido inequivocamente que a prioridade mais importante para evitar a ignição, deve ser atribuído à remoção do combustível disponível (pó) se as explosões do silo devem ser prevenidas.

A causa da explosão do silo da empresa DeBruce não foi a fonte de ignição. Foi a imensa quantidade de combustível residual existente por toda a extensão do complexo do silo.

Fonte: @ZR, U.S. Department of Labor – OSHA - Occupational Safety and Health Administration