A Flame Arrestor é um dispositivo instalado na abertura de um invólucro ou na tubulação de conexão de um sistema de invólucros e que permite a passagem de gases, líquidos, etc., mas impede a transmissão de uma chama, a fim de evitar um incêndio ou explosão maior. Em operações de processo com gases combustíveis, os pára-chamas ajudam a mitigar o risco de propagação do fogo e assim limitar o impacto de um evento explosivo. Quando utilizados adequadamente, os pára-chamas podem evitar danos catastróficos e perda de vidas. Qualquer pessoa envolvida na seleção e compra de protetores contra chamas precisa entender como esses produtos funcionam, suas vantagens e suas limitações de desempenho. Neste artigo vamos tentar cobrir os conceitos básicos da tecnologia e terminologia dos pára-chamas e os tipos disponíveis.

Um pára-chamas também é conhecido como pára-chamas, pára-chamas de deflagração e armadilha de chamas.

Porquê usar um Pára-chamas?

Um dos maiores perigos envolvidos no transporte ou armazenamento de líquidos ou gases inflamáveis é que a ignição do vapor inflamável pode ocorrer, resultando em incêndio ou pior, numa explosão. Sempre que um gás ou vapor inflamável
é misturado com ar/oxigénio, existe o potencial para uma explosão. A ignição acidental da mistura inflamável resultará em uma chama que percorrerá a mistura não queimada até que o combustível seja consumido pela reação. Em um espaço fechado, como um recipiente ou uma tubulação, o aumento significativo da temperatura da mistura causado pelo processo
combustão levará a um rápido aumento do volume da mistura gasosa. O aumento de pressão resultante irá induzir efeitos turbulentos que irão acelerar ainda mais a frente de chama. A falha em parar uma chama pode resultar em danos catastróficos ao equipamento, perda de produção, ferimentos em pessoas e até mesmo perda de vidas e custos de litígio potencialmente grandes.

Geração e tipos de chama

Se qualquer mistura inflamável de vapor ou gás entrar em contato com uma fonte de ignição, uma frente de chama se desenvolverá. Esta chama irá queimar através do vapor ou gás até:

1. O fornecimento de combustível (vapor ou gás) é consumido.
2. O calor necessário para manter a combustão é removido.
3. A concentração de oxigénio torna-se demasiado alta ou demasiado baixa para permitir a combustão contínua.

Deflagração

Se uma frente de chama se propaga a uma velocidade inferior à velocidade do som no vapor, é conhecida como deflagração. Isto é ainda classificado em dois tipos.

• Deflagração não definida

Ocorre uma deflagração não definida quando há uma ignição de uma atmosfera inflamável fora de um recipiente ou outro equipamento de processo. Por exemplo, uma saída de respiração ou ventilação de um tanque que armazena gasolina pode produzir uma nuvem não confinada de vapor inflamável na sua proximidade imediata. Fontes de ignição como um cigarro aceso, uma descarga elétrica estática ou um raio podem inflamar essa nuvem de vapor e a frente de chama resultante pode entrar
no tanque através da saída.

• Deflagração definida

Deflagração confinada ocorre quando há uma ignição de uma atmosfera inflamável dentro de uma tubulação, recipiente ou outro equipamento de processo. Normalmente isto pode ocorrer em instalações industriais ou de processo. Por exemplo, muitas minas de carvão geram gás metano inflamável e venenoso sob o solo, que é bombeado para a superfície ao longo de uma tubulação e depois queimado em uma caldeira para fins de aquecimento. Problemas com a caldeira ou com o sistema de bombeamento podem incendiar o conteúdo da tubulação e a chama pode voltar para baixo da tubulação resultando em uma explosão abaixo do solo.

Detonação

Ocorre uma detonação onde uma chama viaja ao longo de uma tubulação, geralmente em velocidades supersônicas e é combinada com uma onda de choque. Normalmente isto ocorre como resultado da aceleração da chama induzida pela turbulência causada por rugosidade nas paredes da tubulação ou interrupções, tais como curvas, válvulas ou mudanças na seção da tubulação. Também pode ocorrer simplesmente por permitir que a chama continue a acelerar ao longo de uma tubulação por uma distância suficiente. Uma onda de choque é caracterizada
por uma mudança de passo na pressão e densidade através da qual a velocidade da chama muda de subsónica para supersónica.

• Detonação dirigida em excesso

Se uma frente de chama está a propagar-se a uma velocidade superior à velocidade do som no vapor, é conhecida como detonação dirigida em excesso. A detonação acionada em excesso é um fenômeno de curta duração e geralmente ocorre quando a frente de chama está passando de uma deflagração a alta velocidade para uma detonação.

Pára-chamas Princípio de funcionamento

Pára-chamas funcionam com o princípio de remover o calor da chama ao tentar passar por passagens estreitas com paredes de metal ou outro material condutor de calor.

Pára-chamas são dispositivos mecânicos passivos que são montados em um tanque ou em um sistema de tubulação de processo. Em funcionamento normal, a mistura de vapor na tubulação é direcionada através do pára-chamas. Um pára-chamas consiste principalmente de uma carcaça, um elemento e conexões para fixá-lo a tubulações ou equipamentos. O elemento é o dispositivo que apaga a chama e é principalmente uma forma de “filtro” que fornece pequenas aberturas através das quais o gás de processo irá fluir, mas que irá impedir a transmissão da chama. A frente da chama é dividida no “filtro” em pequenas chamas que são resfriadas pela grande capacidade térmica do elemento, extinguindo assim a chama.

Materiais utilizados para o elemento “filtro” incluem fitas de metal crimpado, gaze de arame tecida, materiais sinterizados e materiais de pente de mel. Devido à sua construção, o elemento causará uma queda de pressão ou uma obstrução ao fluxo do processo. A fim de mitigar esta maior resistência ao fluxo, a área do elemento é normalmente maior do que a área da secção transversal da tubagem. Elementos maiores também têm maior capacidade térmica.

Tipos de Pára-chamas

Todos os pára-chamas são projetados para permitir a passagem de gases ou líquidos, evitando que chamas ou faíscas criem uma explosão ou se expandam para um fogo maior. No entanto, sua gama de estilo e tamanho varia tremendamente para se adequar a cada aplicação.

Pára-chamas de fim de linha

Pára-chamas de fim de linha são instaladas no final de uma linha de tubulação ou saída de um recipiente para evitar que as chamas entrem, e não, como às vezes se acredita, para evitar que a chama saia do tubo ou recipiente. Sem a proteção contra intempéries, eles podem ser montados em quase qualquer orientação, mas a montagem invertida não é recomendada, pois isso aumenta o risco de o calor ficar preso, causando um flash de volta. Com a proteção contra intempéries incorporada, eles devem ser montados em uma orientação vertical convencional e ser usados no exterior expostos à chuva e neve.

Pára-chamas em linha

Pára-chamas em linha são instalados em sistemas de tubulação para proteger os equipamentos a jusante. A disposição mostrada abaixo é típica, embora também seja possível que a fonte de ignição possa causar o deslocamento da chama com o fluxo do gás. Se a chama pode vir de qualquer direção, então um pára-chamas bidirecional é necessário. Os pára-chamas em linha podem ser pára-chamas de deflagração ou de detonação, dependendo das condições sob as quais devem ser utilizados. A orientação da tubulação normalmente não é um problema, a menos que o líquido seja arrastado no fluxo do gás e tenderia a se acumular no pára-chamas. Em tais situações, uma carcaça excêntrica de pára-chamas pode ser instalada para permitir a coleta e drenagem do líquido.

Pára-chamas pré-volume

Estes são chamados assim porque são projetados para proteger sistemas em que uma chama pode começar dentro de um recipiente cuja área transversal é um pouco maior do que o elemento pára-chamas ou o tubo de ventilação e o desejo é evitar que a chama saia do recipiente. Eles podem ser simplesmente um elemento, um pára-chamas de fim de linha ou um pára-chamas em linha. Deve-se tomar extremo cuidado ao considerar tal situação, pois não é possível prever as condições que o pára-chamas terá que suportar, pois o volume de gases quentes que passam através do pára-chamas excederá os volumes produzidos para o teste convencional de chama do pára-chamas em linha. Embora as condições tenderão a produzir uma deflagração confinada, é possível que um pára-choques que tenha sido satisfatoriamente testado sob condições de deflagração confinada estabelecidas em um padrão de produto não seja satisfatório. Portanto, a única solução para garantir total confiança no produto especificado é testá-lo sob condições operacionais reais ou simuladas.

Pára-chamas hidráulico

Pára-chamas de produto líquido retêm parte do líquido que flui em um tubo de modo que os gases possam borbulhar através dele, mas qualquer chama é extinta. Os pára-chamas hidráulicos contêm água cujo nível é mantido automaticamente. Da mesma forma, os gases podem borbulhar através dele, mas qualquer chama se extinguiria. Esta técnica é particularmente adequada para um fluxo de gás sujo com matéria particulada nela contida.