BOLA DE FOGO (FIREBALL)
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- João Guilherme Martins do Amaral
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1 (FIREBALL) Origem: Rompimento de um vaso Formação de nuvem de vapor Erupção de líquido em chamas Explosão de explosivos
2 (FIREBALL) Origem: Caso de interesse, predomina o momento gerado pela ruptura. Rompimento de um vaso Formação de nuvem de vapor Erupção de líquido em chamas Explosão de explosivos BLEVE
3 (FIREBALL) Origem: Rompimento de um vaso Formação de nuvem de vapor Erupção de líquido em chamas Explosão de explosivos Predominam fatores relacionados a flutuabilidade.
4 (FIREBALL) Origem: Rompimento de um vaso Formação de nuvem de vapor Erupção de líquido em chamas Ocorre durante incêndios em tanques. Explosão de explosivos Fritando batata Caso Petrogold
5 (FIREBALL) Origem: Rompimento de um vaso Formação de nuvem de vapor Erupção de líquido em chamas Explosão de explosivos
6 Fases de uma fireball envolvendo rompimento de um vaso com gás liquefeito: Crescimento (1ª e 2ª fases) Modelo de Crawley Queima estacionária Burnout
7 Primeira fase de crescimento (1 seg): temperatura de 1300 C ou mais BOLA DE FOGO chama brilhante amarelo/branca o o o o o crescimento até metade do diâmetro final gotas menores que 5mm são vaporizadas boa mistura ar/combustível Crescimento (1ª e 2ª) Modelo de Crawley Queima estacionária Burnout
8 Primeira fase de crescimento (1 seg): temperatura de 1300 C ou mais BOLA DE FOGO chama brilhante amarelo/branca o o o o o crescimento até metade do diâmetro final Segunda fase de crescimento (1 seg): gotas menores que 5mm são vaporizadas boa mistura ar/combustível o a bola atinge seu tamanho final o 10% fica escurecida, o restante amarelo claro ou vermelha clara. o chamas com temperaturas entre 900 e 1300 C o temperatura média entre 1100 e 1200 C Crescimento (1ª e 2ª) Modelo de Crawley Queima estacionária Burnout
9 Queima estacionária (10 seg): BOLA DEmaisFOGO o não cresce o o o o o começo dessa fase é marcado pela sua ascensão bola grosseiramente esférica forma o clássico cogumelo temperatura efetiva de chama na faixa de 1100 a 1200 C Crescimento Modelo de Crawley Queima estacionária Burnout
10 Queima se completando (5 seg) o mantém seu tamanho o torna-se menos recoberta por fuligem e mais translúcida Crescimento Modelo de Crawley Queima estacionária Burnout
11 tempo Crescimento Modelo de Crawley Queima estacionária Burnout
12 Fases de uma fireball envolvendo rompimento de um vaso com gás liquefeito: Estágio 1 Modelo de A.F. Roberts Estágio 2 Estágio 3
13 Rápida mistura ar/combustível e rápida combustão. Dominado pelo momento inicial da liberação. Estágio 1 A.F. Roberts Estágio 2 Estágio 3
14 O combustível residual restante entra em contato com o ar já presente na bola, ou com o ar entrando, e sofre queima. Esse estágio é mais afetado pela flutuabilidade (embora ainda no solo) e pelos efeitos da combustão. Estágio 1 A.F. Roberts Estágio 2 Estágio 3
15 Com a combustão quase completa, a fireball sobe devido aos efeitos térmicos, entrando em contato com mais ar e também se resfriando. Segundo o autor, nessa etapa final a bola pode crescer ou diminuir. Estágio 1 A.F. Roberts Estágio 2 Estágio 3
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17 1. Massa de Combustível envolvida: A.F. Roberts: fração vaporizada de líquido Hipótese: Se Se Onde: f: fração envolvida na queima via fireball M: massa de combustível na fireball Mr: massa liberada
18 1. Massa de Combustível envolvida: A.F. Roberts: fração vaporizada de líquido Hipótese: Se Se Generalizando:
19 1. Massa de Combustível envolvida: Hasegawa e Sato: Quando a fração teórica é 35% ou maior, suponha que todo o líquido liberado irá queimar na forma de bola de fogo.
20 1. Massa de Combustível envolvida: CCPS: A fração de combustível liberado que efetivamente participa da bola de fogo é três vezes a fração que sofre flash. Abordagem Conservativa: Todo o combustível liberado participa da fireball.
21 2. Diâmetro de bola de fogo: As correlações apresentadas aqui são baseadas na forma geral: Onde: D: diâmetro K1: constante n1: índice M (ou W): massa
22 2. Diâmetro de bola de fogo: R.W. High: Onde: D: diâmetro (ft) W: massa de propelente (lb) Propelente: combustível + oxigênio. Roberts: Observe as unidades! Onde: D: diâmetro (m) W: massa de propelente (kg)
23 2. Diâmetro de bola de fogo: Hasegawa e Sato: n-pentano Onde: D: diâmetro (m) M: massa de combustível (kg) A.F. Roberts (para hidrocarbonetos): hidrocarbonetos É uma das mais usadas. Onde: D: diâmetro (m) M: massa de combustível (kg)
24 2. Diâmetro de bola de fogo: Pietersen (para GLP): GLP Onde: D: diâmetro (m) M: massa de combustível (kg)
25 2. Diâmetro de bola de fogo: Resumo das correlações mais utilizadas: (apresentadas aqui)
26 3. Tempo de duração: Correlações baseadas na forma geral: Onde: td: tempo de duração k2: constante M (ou W): massa n2: índice
27 3. Tempo de duração: R.W. High: Onde: td: tempo de duração (s) W: massa de propelente (lb) Observe as unidades! Roberts: Onde: td: tempo de duração (s) M: massa de combustível (kg)
28 3. Tempo de duração: Hasegawa e Sato: Geral: n-pentano Onde: td: tempo de duração (s) M: massa de combustível (kg) M < 6.1 kg: Usar índice e não
29 3. Tempo de duração: A.F. Roberts (pouca massa, domínio do momento inicial causado pelo BLEVE): hidrocarbonetos Onde: td: tempo de duração (s) M: massa de combustível (kg)
30 3. Tempo de duração: MHAP (Major Hazards Assessment Panel): Pouca massa, domínio do momento inicial Onde: td: tempo de duração (s) M: massa de combustível (kg) Grande quantidade de massa, domínio da flutuabilidade.
31 3. Tempo de duração: Pietersen (para GLP): GLP
32 3. Tempo de duração: Resumo das correlações mais utilizadas: (apresentadas aqui)
33 4. Calor emitido: 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Métodos possíveis: 4.2 Surface Emissive Power 4.3 Temperatura de Chama
34 4. Calor emitido: 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Métodos possíveis: 4.2 Surface Emissive Power 4.3 Temperatura de Chama
35 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida
36 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Hasegawa e Sato: Fração radiada = 0.25
37 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Roberts: Onde: P: pressão de vapor no momento da liberação (MPa) Fr: fraçao radiada Fr O valor máximo assumido por P seria de 6MPa. P (MPa)
38 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Roberts Fr P (MPa)
39 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Regra Geral (Lees): Fração radiada = 0,3
40 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Métodos possíveis: 4.2 Surface Emissive Power 4.3 Temperatura de Chama
41 4.2 Surface Emissive Power: Emissive Power: kw / m2 Calor radiado por unidade de área superficial de chama
42 4.2 Surface Emissive Power: Hasegawa e Sato: Faixa de 141 a 196 kw/m2 Máximo: 450 kw/m2 Moorhouse e Pritchard: Faixa de 150 a 300 kw/m2
43 4.2 Surface Emissive Power: D.M. Johnson e Pritchard (BLEVEs de grande porte): Faixa de 250 a 350 kw/m2 Considine, Grint e Holden: Valor geral: 350 kw/m2
44 4.2 Surface Emissive Power: MHAP: Onde: E: emissive power (kw/m2) P: pressão (MPa) Valor máximo recomendado pelo MHAP: E = 308 kw/m2
45 4.2 Surface Emissive Power: MHAP: E Onde: E: emissive power (kw/m2) P: pressão (MPa) Valor máximo recomendado pelo MHAP: E = 308 kw/m2 P (MPa)
46 4.2 Surface Emissive Power: Valor comumente usado (Lees): 350 kw/m2 Note: Para piscina o Emissive Power recomendado pela NIST é na faixa de 50 a 100 kw/m2, muito inferior ao de bola de fogo.
47 Surface Emissive Power Calor gerado e radiado pela massa envolvida Embora apresentadas separadamente, ambas as técnicas devem convergir. Ou seja, dada a massa estimo o calor radiado (via Hc e fração radiada) A massa define também o diâmetro da bola de fogo logo sua área superficial. O valor de Emissive Power (calor radiado por unidade de área superficial) deve ser coerente.
48 4.1 Calor gerado e radiado pela massa envolvida Métodos possíveis: 4.2 Surface Emissive Power 4.3 Temperatura de Chama
49 4.3 Temperatura de Chama: A partir dos valores de E informados por Hasegawa e Sato, Lees estima temperaturas na faixa de 1000 a 1400 C Crawley: 1100 a 1200 C A partir da temperatura de chama é possível aplicar o princípio desenvolvido por Stefan Boltzman.
50 5. Cenários acidentais: Cada instante (fase) configura um cenário acidental distinto
51 5. Cenários acidentais: 5.1 Cenário para engolfamento: Avaliar se um alvo muito perto será engolfado pela bola de fogo. Neste caso existem duas possibilidades.
52 5.1 Cenário para engolfamento: 1. Considerar que a bola de fogo é esférica e apenas tangencia o solo. Assumir a distância de engolfamento como sendo o diâmetro obtido anteriormente. 2. Considerar que a bola de fogo ainda encontra-se em formação junto ao solo. Nesse caso, adotar D = 1,25*D Nesse caso o engolfamento é muito rápido.
53 6. Quanto de calor atinge o alvo? Modelo de Chama Sólida Equação Geral Calor emitido por toda a superfície da esfera (calor total radiado dividido pela área superficial da esfera)
54 6. Quanto de calor atinge o alvo? Modelo de Chama Sólida Equação Geral Calor radiado que atinge o alvo Calor emitido por toda a superfície da esfera (calor total radiado dividido pela área superficial da esfera)
55 6. Quanto de calor atinge o alvo? Modelo de Chama Sólida r L Assim... Fator de Forma: -alvo situado a distância L do CENTRO da bola. -bola de fogo de raio r I=
56 Note: Outras opções de fatores de forma para cenários de bola de fogo: r h Alvo horizontal, no solo. x
57 Note: Outras opções de fatores de forma para cenários de bola de fogo: r h Alvo vertical, no solo. x
58 Essa equação pode ser simplificada para achar a equação inicial (mais simples) h=0, L=x r h x
59 Note: Outras opções de fatores de forma para cenários de bola de fogo:
60 Note: Outras opções de fatores de forma para cenários de bola de fogo:
61 Quanto de calor atinge o alvo? Modelo de Fonte Pontual Hymes: Calor de combustão (kj/kg) Onde Fr é a fração radiada
62 Quanto de calor atinge o alvo? Modelo de Fonte Pontual Hymes: Calor de combustão (kj/kg) Onde Fr é a fração radiada
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