Ebulições perigosas - 2

Boilover

A partir de um merge dos artigos da Wikipedia:

Em francês: fr.wikipedia.org - /Explosion par vaporisation

Em inglês: en.wikipedia.org - /Boilover

Um incêndio do tipo boilover (ou boil-over), ou ainda explosão por vaporização, traduzido em algumas citações como transbordamento causado pela fervura, refere-se ao fenômeno explosivo, uma situação extremamente perigosa, onde uma tentativa é feita para extinguir o fogo alimentado por óleo ou por produtos petroquímicos, petróleo ou seus derivados destilados com água em ambientes semi-fechados.

Demonstração de um incêndio numa fritadeira pelo corpo de bombeiros de Nova Wales do Sul.

Bombeiros simulando boilover para demonstrar os riscos. Comprimento da sequência de 2,4 segundos. A demonstração foi feita com 1 kg de óleo de cozinha e 1 litro de água.

O perigo fundamental resulta da diferença de densidade entre um combustível e a água. Para ocorrer, esse fenômeno requer várias condições simultâneas. Primeiro é necessário que haja água no fundo de um recipiente ou tanque ― depende o termo da escala ― que está em chamas. Esta água pode estar presente no tanque como um resultado da precipitação na luta contra o fogo ou por outro motivo, como contaminação ou erros de procedimentos na tancagem. No caso de acréscimo da água no combate ao incêndio, à medida que a água é derramada sobre o combustível, devido à diferença de densidade entre o combustível e a água e, sendo esta de maior densidade, rapidamente desloca-se para o fundo do recipiente, e tem pouco efeito em extinguir as chamas na superfície. Em caso de manter-se o incêndio no reservatório, depois de um tempo suficiente, o calor do fogo e o consequente aquecimento do líquido superior à água, predominantemente pela convecção, pode vaporizá-la, fazendo com que ela se expanda mais de 1700 vezes em volume. O vapor em rápida expansão (possivelmente superaquecido) expele o combustível acima para cima e para fora do recipiente, jogando gotículas do líquido combustível sob a forma de uma bola de fogo, resultando também na distribuição de combustível em chamas em uma área grande e descontrolada fora do reservatório ou recipiente.[2]

A modelagem matemática do fenômeno é difícil e complicada, tornando a previsão do fenômeno boilover não confiável.[3]

A NFPA, National Fire Protection Association dos EUA, define boil-over como: “Um evento na queima de certos óleos em um tanque de topo aberto quando, após um longo período de queima quiescente, há um aumento súbito na intensidade do fogo associado com a expulsão do óleo em chamas do tanque.”[1]

Boilover também é comum no ambiente residencial como um incêndio em panelas durante frituras.

O processo

Em etapas:

1

O óleo fica tão quente que pega fogo por si só.

2

A água é despejada no recipiente.

3

A água é mais densa do que o óleo, assim dirige-se ao fundo do recipiente. À medida que a água toca o fundo, ela é aquecida acima de seu ponto de ebulição e instantaneamente se vaporiza.

4

O vapor de água se expande rapidamente, ejetando o óleo em chamas para fora do recipiente e para o ar onde sua área de superfície aumenta imensamente e a combustão prossegue muito mais rápido, formando uma bola de fogo.

5

Posteriormente, com a queima completa do óleo, a chama se extingue.

O mecanismo, em termo de suas fases envolvidas, pode ser explicado na imagem abaixo:

Mecanismo do boilover em termos de suas fases: 1. Água; 2. vapor; 3. hidrocarboneto ou óleo; 4. fogo.

Deve-se observar que este fenómeno é possível somente se o combustível é relativamente pesado e viscoso. O vapor formado irá atuar sobre o volume de combustível, o qual forma um pistão e será projetado para o ar.

O boilover não ocorre com gasolina, hidrocarbonetos ou outro fluido combustível dito leve uma vez que a alta viscosidade do produto é uma importante condição do fenômeno. Quando o combustível é leve, a água vaporizada pelo fluxo de calor do fogo irá empurrar o líquido inflamável, sob a forma de bolhas que se projetam apenas em uma parte do líquido em combustão para o exterior do recipiente. Este fenômeno é chamado de "slop over" (aproximadamente “derramamentos ou transbordamento por fervura”), é muito menos poderoso do que o boilover pois não há a formação da vaporização em gotículas do combustível e sua imensa área superficial para a produção de chamas, não tendo o caráter explosivo do boilover.

Assim, há o boilover que é a explosão por vaporização causado pela fervura sob combustíveis pesados (diesel pesado, óleo viscoso para calefação, diversos óleos vegetais, etc), e o derramamento slop over causado pela fervura sob combustíveis mais fluidos (diesel leve, querosene, gasolina, óleos essenciais pouco viscosos de perfumaria, etc). A diferença destes dois fenómenos do ponto de vista do incêndio produzido é o consequente fluxo de projeção do combustível em combustão.

Note-se também que a cinética e o fluxo de projeção é proporcional ao volume de combustível contido no reservatório: quanto maior o volume, maior será o raio de projeção, mas a cinética será mais lenta.

Casos notórios

Um boilover ocorreu durante um incêndio em um depósito de combustível em Milford Haven, Reino Unido, em agosto de 1983.[4]  

Este fenómeno ocorreu em um incêndio em Port Édouard Herriot em Lyon, em junho de 1987. O fogo acidental de um tanque de aditivo projetou um tanque de várias toneladas a 200 m no ar, sendo que a base da tremonha foi retirada do seu suporte. O fogo que resultou incendiou um tanque de armazenamento de diesel nas proximidades. Depois de cinco horas e meia o diesel explodiu e formou uma bola de fogo a 300 m de altura e possuindo 200 m de diâmetro.[5]  

PBO

O cálculo do PBO (Propensity to Boil Over, propensão para boilover) permite determinar se um líquido pode causar um boilover. Quando o PBO calculado é inferior a 0,6 não há perigo. Por outro lado, quando é maior do que esse limite, o boilover.[6]

Para Latex:

{PBO} ={\sqrt[{3}]{\left(1-{\frac {393}{\mathrm {T} _{\mathrm {{\acute {e}}b} }}}\right)\times \left({\frac {\Delta \mathrm {T} _{\mathrm {{\acute {e}}b} }}{60}}\right)^{2}\times {\frac {\nu }{0{\mathord {,}}73}}}}

onde:

• : temperatura de ebulição média do produto armazenado (K);
• (K);
• : viscosidade cinemática, a 393 K (cSt).

Hidrocarboneto	PBO	Risco
Óleo bruto pesado	6,76	simi
Óleo bruto médio	4,24	sim
Gasóleo/Diesel	1,20	simi
Querosene	0,53	não
Nafta / Gasolina	0,29	não
Essência	-0,25	não

Referências

1.National Fire Protection Association: "NFPA 30 - Flammable and Combustible Liquids Code"

2.GARO, Jean-Pierre; Hiroshi KOSEKI; Jean-Pierre VANTELON (2007). "COMBUSTION OF LIQUID FUELS FLOATING ON WATER" (PDF). Thermal Science:. 11 (2): 119–140. doi:10.2298/TSCI0702119G. Retrieved 2008-11-09.

3.Hristov, Jordan (2006). "An inverse Stefan problem relevant to boilover: Heat Balance Integral Solutions and Analysis" (PDF). Thermal Science. 11 (2): 141–160. doi:10.2298/TSCI0702141H.

4.ARIA : Retour d'expérience sur accidents technologiques - Boil-over historique - N° 6077 -  30/08/1983 -  ROYAUME-UNI - 00 - MILFORD HAVEN - C19.20 - Raffinage du pétrole - www.aria.developpement-durable.gouv.fr

5.ARIA : Retour d'expérience sur accidents technologiques  - Incendie du Port Edouard Herriot - N° 4998 -  02/06/1987 -  FRANCE - 69 - LYON - G46.71 - Commerce de gros de combustibles et de produits annexes - www.aria.developpement-durable.gouv.fr

6.Mokhtar Ghodbane (M.Ghodbane et al); STUDY OF BOIL-OVER PHENOMENON, THE ALGERIAN PETROLEUM AS A MODEL FOR INSPECTION; International Journal of Chemical and Petroleum Sciences (Int J Chem Pet Sci), December 2015, 4(2), 42-49. - ISSN 2253-0932 - www.researchgate.net