Prevenção de acidentes elétricos em laboratórios quimicos

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
Projeto de Pesquisa da Primeira Série
Série: Primeira
Curso: Eletrotécnica
Turma: 2123
Sala: 234
Início: 02 de junho de 2009
Entrega: 17 de julho de 2009
Aluno: Émerton Haas da Rosa (09) Aluno: Gislaine Schaeffer (13)
Aluno: Rafael Alan de Oliveira (26) Aluno: Willian Patrick de Ávila da
Silva(30)
Orientador: Prof. Marco Aurélio Weschenfelder
Co-orientador: Prof. Paulo Alquati
PREVENÇÃO DE ACIDENTES ELÉTRICOS EM LABORATÓRIOS
QUÍMICOS
1
1.1
DELINEAMENTO
Introdução
Tomando como base os conhecimentos que já possuíamos sobre eletricidade
(especificamente circuitos), decidimos reconstruir um painel de circuitos elétricos, com a
finalidade de analisar e compreender o comportamento da energia elétrica em tais
circunstâncias e os riscos de um curto-circuito.
Para tal, adaptaremos uma experiência observada em visita ao MCT-PUC, onde era
representado um circuito misto envolvendo 4 lâmpadas. Contaremos também com o auxílio
de nosso professor de Eletricidade para a elaboração do protótipo, e de nosso professor de
Química para orientação da pesquisa.
1.2
Tema
Temos como intuito, a construção de um circuito elétrico que será utilizado como
instrumento de compreensão dos princípios básicos de eletricidade e a verificação dos riscos e
conseqüências de um curto-circuito em locais de alto risco, em laboratórios químicos, por
exemplo.
Para o desenvolvimento de nosso projeto, pesquisaremos diferentes tipos de circuito
(serie, paralelo e misto), o princípio de funcionamento das baterias e noções sobre curtocircuito.
1.3
Justificativa(s)
Dentre os riscos existentes em laboratórios químicos, destacamos a importância da
preocupação com possíveis incêndios gerados por curtos-circuitos. É comum, a existência de
gases altamente inflamáveis na atmosfera destes ambientes, sendo assim, ao simples passo de
uma fagulha gerada por um curto-circuito (podendo ser de responsabilidade do próprio
eletrotécnico, caso não tenha feito as instalações elétricas com o devido cuidado) possibilitará
o surgimento de um foco de incêndio, agravando-se em uma explosão. Esta poderá expor a
risco, a vida de todos os profissionais presentes no local.
Portanto, seria de extrema importância, o desenvolvimento de métodos preventivos
envolvendo os circuitos elétricos, além do seguimento das normas de segurança destes
laboratórios.
1.4
Problema
Quais são os riscos e as conseqüências de ocorrer um curto-circuito em laboratórios
químicos, e como prevenir seu acontecimento a partir do circuito elétrico?
1.5
Hipótese(s)
Existem riscos de ocorrer um curto-circuito nas instalações elétricas de um laboratório,
dependendo das grandezas envolvidas (tensão, corrente, etc.). Caso ocorra um curto-circuito
em um laboratório químico, a interação entre o gás presente na atmosfera e alguma possível
fagulha, proveniente de algum fio desencapado, ou do próprio interruptor da lâmpada, pode
ocasionar uma explosão, expondo assim, risco de vida.
Alguns exemplos de formas de prevenção quanto a isso, seria a utilização de solda em
todas as emendas, evitando assim a fuga de energia elétrica; o uso de interruptores que
utilizam sensores ao invés de chaves; e o seguimento de todas as normas de segurança do
laboratório.
1.6
Objetivo(s)
Construir um circuito misto para demonstrarmos os riscos que pode haver em
laboratórios químicos, pois em alguns laboratórios existem inúmeros gases que podem ser
inflamáveis, e que com a menor fagulha geraria uma grande catástrofe.
1.6.1
Critérios do projeto
•
Um circuito misto é a junção de um circuito paralelo com um em série, gerando
inúmeras formas de posicioná-lo.
•
A fagulha é gerada quando aproximamos o material condutor ao local onde se
encontra energia elétrica. Quando a distância é pequena, a energia excede a
resistência do ar e locomove-se para o condutor.
•
Num circuito elétrico as lâmpadas são como resistências, pois a eletricidade é
dissipada ao passar pela lâmpada.
2
2.1
CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA
Contextualização histórica
Ainda neste ano, houve o registro de um acidente em uma fábrica de biodiesel em
Cuiabá, causado por um curto circuito, que resultou em uma explosão.
No dia 19 de agosto de 2009, por volta das 16h, ocorreu uma explosão na usina de
biodiesel da Cooperbio em Cuiabá após o desligamento de uma das máquinas de um tanque
de um catalisador.
O reservatório continha aproximadamente 4 mil litros de uma mistura de componentes
químicos como metanol, hidróxido de amônia e de sódio. Suspeitas indicam que um curto
circuito na parte elétrica da instalação tenha provocado a explosão.
O funcionário que foi responsável por desligar a máquina sofreu queimaduras em 70%
do seu corpo e seu companheiro, que também estava presente no momento da explosão,
sofreu intoxicação. Ambos foram encaminhados ao Pronto Socorro Municipal de Cuiabá.
2.2
Contextualização teórica
Para a montagem de nosso projeto e, conseqüentemente, de nosso protótipo, é
necessário que tenhamos alguma noção sobre curto circuito, assim como, as maneiras mais
eficazes e mais utilizadas para prevenir seu acontecimento. Iremos explicar como deve ser
usado um circuito em laboratórios, as preocupações que devem ser tomadas e os
conhecimentos que são necessários para certos cuidados.
O curto circuito é uma situação anormal no circuito, que ocorre quando são postos em
contato os fios positivo e negativo, gerando calor e podendo, assim, gerar uma explosão
(tendo um risco maior ainda no caso de laboratórios químicos, onde existem gases
inflamáveis
na
atmosfera).
Uma forma simples de proteger a instalação elétrica, é a colocação de um fino fio
(fusível), que se funde, assim que a corrente se elevar repentinamente, e interrompe a
passagem da corrente para o resto do circuito.
Deve-se também ter conhecimento dos gases que são inflamáveis como o hidrogênio e
o propano. E o conhecimento de matérias voláteis como o álcool e a acetona.
Observamos também que os laboratórios que mais correm o risco de explosão causada
por curtos, são os de analise instrumental, a Petrobrás e laboratórios de cromatografia.
2.3
Contextualização tecnológica
Os circuitos presentes em laboratórios químicos devem estar muito bem soldados
assim como os interruptores devem estar distantes de recipientes que contenham gases
inflamáveis, como por exemplo, o hidrogênio e o propano. Os circuitos devem estar
padronizados de acordo com as normas de segurança de um laboratório, evitando prováveis
acidentes que podem ocorrer caso não seja feito.
3
3.1
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Gases de arraste (cromatografia)
Hidrogênio, hélio, Argônio, nitrogênio e dióxido de carbono são os gases de arraste
mais comuns usados na cromatografia.
Para analisadores de processo, às vezes são especificados aparelhos a prova de
explosão.
Quando o hidrogênio for empregado como fase móvel, o gás de saída deverá ser
mandado, caso o ambiente seja pequeno, para uma capela ou para um circuito difusor externo.
3.2
Rigidez dielétrica
Se aplicarmos um campo elétrico entre as extremidades de um material isolante, uma
força agira sobre os átomos desse corpo, tentando apossar-se de alguns elétrons, mas esses
elétrons são fortemente ligados ao núcleo, tornando-se necessário aplicar um campo elétrico
mais intenso para que seja possível arrancá-los. Se a intensidade do campo elétrico não for
grande o suficiente, a força elétrica provocará somente a polarização do material.
Aumentando a intensidade do campo elétrico sobre o isolante, a intensidade da força
que atua sobre os elétrons também aumentara. Este fato pode acontecer com qualquer material
isolante, depende apenas da intensidade do campo elétrico que é aplicado sobre ele.
O risco da rigidez dielétrica em laboratórios químicos esta nos interruptores, pois ao
ligar o interruptor aproximamos um metal de outro, para que a corrente elétrica possa passar,
fazendo com que aumente a intensidade do campo elétrico sobre o ar (sendo que o ar também
é um isolante), superando a rigidez dielétrica do ar, os elétrons de um dos metais são puxados
para o outro, gerando uma pequena fagulha entre os interruptores.
3.3
Interruptor eletrônico controlado por som
Uma forma de evitar as faíscas causadas nos interruptores comuns utilizados no
acendimento de lâmpadas de um laboratório, é a substituição por interruptores eletrônicos.
Seu princípio de funcionamento se baseia na utilização de um simples microfone,
capaz de gerar um sinal muito intenso devido à alta freqüência e a intensidade do som
propagado por palmas ou estalar de dedos. Esse sinal deve ser interpretado por um circuito
como um pulso de entrada que está ligado a um flip-flop, o qual será responsável por ligar ou
desligar o interruptor do sistema.
Assim, é desnecessária a aproximação de hastes de metal, que são comumente
utilizadas nos interruptores.
3.4
Curto circuito
O curto circuito é uma situação anormal do circuito elétrico, que ocorre quando não há
resistência á corrente elétrica, dentro do mesmo, ou seja, os fios do gerador são postos em
contato um com o outro.
Seus efeitos incluem um aumento grande e repentino da corrente no circuito,
aquecimento das ligações e, possivelmente, queima da isolação e danificação da fonte de
tensão.
Uma maneira simples de proteger uma instalação elétrica dum curto-circuito é colocar
no caminho da corrente um fio fino (fusível) calibrado para fundir para um determinado valor
da corrente.
4
METODOLOGIA
Pretendemos, no experimento, mostrar na pratica os verdadeiros riscos de um circuito
elétrico em laboratórios de química. O circuito será composto por um disjuntor, condutores,
um interruptor, uma tomada, uma lâmpada e uma placa de acrílico.
O experimento posto em pratica ira demonstrar o que pode acontecer no caso de um
curto circuito em um local onde estiver presente na atmosfera algum tipo de gás inflamável.
4.1
Proposta de solução
Nosso grupo pretende, com a faísca do interruptor, provocar um curto circuito no
experimento que irá inflamar o gás proveniente do isqueiro e, respectivamente, explicar e
alertar sobre os riscos que podem ocorrer, diante desse circuito, em um laboratório químico,
por exemplo.
O circuito será envolvido por placas de acrílico fazendo com que o gás injetado no
recipiente não se dissipe pelo ar.
Usaremos, no projeto, materiais como: condutor, disjuntor, interruptor, lâmpadas,
tomada, plugs, placa de acrílico, isqueiro, entre outros que não terão papel importante no
projeto.
O desenho a seguir, é um exemplo de como será feito nosso projeto. No mesmo, está
representado um circuito formado pelo gerador G e pelos condutores AB, BC, CD, DE, EF.
4.2
Orçamento
Orçamentos
Material
Condutor
Disjuntor
Interruptor
Lâmpada
Tomada
Plug
Placa de acrílico
Cotacota
materiais
elétricos
R$ 1,50
R$ 5,50
R$ 5,00
R$ 2,50
R$ 5,00
R$ 2,90
R$ 25,00
Madeireira
central
R$ 2,00
R$ 4,35
R$ 6,00
R$ 2,60
R$ 4,90
R$ 2,90
R$ 30,00
R&M
R$ 1,60
R$ 5,00
R$ 5,60
R$ 2,20
R$ 3,70
R$ 3,00
R$ 27,90
Melhor
Preço
R$ 1,50
R$ 4,35
R$ 5,00
R$ 2,20
R$ 3,70
R$ 2,90
R$ 25,00
Total
Custo
R$ 1,50
R$ 5,50
R$ 5,00
R$ 2,20
R$ 3,70
R$ 2,90
R$
30,00*
R$
50,80
*Escolhemos a placa de acrílico com maior preço devido a qualidade do produto.
4.3
Cronograma
Abr.
Jun.
Jul.
Ago.
Set.
Out. Nov. Dez.
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
16 a 31
01 a 15
16 a 30
01 a 15
Atividade
Apresentação do experimento
Compra de materiais
Escolha do coorientador
Escolha do orientador
Escolha do tema que iríamos
pesquisar
Inicio da formulação do
experimento
Pesquisa sobre curto-circuito
Pesquisa
sobre
gases
inflamáveis encontrados em
Mai.
X
X
X
X
X
X
X
X
laboratórios
Pesquisa
sobre
rigidez
dielétrica
Termino da contextualização
teórica
Termino da formulação do
experimento
Termino da contextualização
metodológica
Verificação da coerência do
experimento com orientador e
coorientador
Visita ao MCT-PUC
X
X
X
X
X
X
BIBLIOGRAFIA
BONJORNO, Clinton. Temas de física 3. 1.ed.São Paulo: FTD, 1997. p.367
MARTIGNONI, Alfonso. Eletrotécnica. 2.ed. Porto Alegre: Globo, 1976. p. 490
PRESSOTO, Waldir. Projeto didático de pesquisa. São Paulo: DCL, 2005. pp. 634-635
Biodieselbr.com.
http://www.biodieselbr.com/noticias/em-foco/curto-circuito-causadoexplosao-fabrica-biodiesel-cuiaba-20-08-09.htm, Acessado em: 19 de agosto de 2009.