Conforme colocado na primeira parte desta coluna, a proposta é de fazer uma análise dos principais riscos e medidas de segurança em fornos com atmosfera controlada nesta fase; no entanto, ressalta-se inicialmente que cada segmento industrial deve seguir os procedimentos de segurança aplicados em sua área específica. As informações aqui apresentadas não têm a pretensão ou objetivo de serem sobrepostas às práticas adotadas e nem de interpretarem normas disponíveis atualmente dando como exemplos de maior destaque a EN 746 ou NFPA 86, material que recomendo veementemente uma leitura atenta com devida aplicação. Infelizmente ainda não dispomos de uma norma/linha de trabalho em nosso mercado, mas alegro-me em dizer que há sim trabalhos em andamento e a bom termo.
Mesmo batendo em tecla antiga e conhecida, nada substitui um treinamento adequado do pessoal de operação, processos e manutenção, aliado a um projeto executado de forno onde os sistemas de segurança estão disponíveis e ativos.
Fornos de atmosfera controlada têm em sua rotina de trabalho a eficiência conhecida por seus usuários ao redor do mundo, porém qualquer discussão de aquisição, comissionamento ou manutenção deve ser feita por profissionais de conhecimento e vivência aliado com certeza às referências bibliográficas disponíveis. Tais equipamentos apresentam riscos inerentes, devido aos gases/atmosferas inflamáveis utilizadas; calma, não se assuste, afinal atravessar uma rua/avenida movimentada também é uma rotina de risco e a ferramenta que temos é de conhecer este risco, aprender, divulgá-lo em sua comunidade, saber e atuar no que fazer para superá-los, disponibilizar meios de evitá-los e, como já colocado, treinar até que esta atividade seja de rotina com constância de observação de onde e como ir. Se permitirem um paralelo ainda na linha de como atravessar uma avenida, vejam-se atravessando a mesma com faixa de pedestres, semáforo e um orientador de tráfego; mesmo assim em ruas/avenidas movimentadas, você olha para os dois lados (ou não?).
Todos os fabricantes idôneos e com tecnologia oferecem a seus clientes fornos com sistemas de segurança intertravados e redundantes, alguns exemplos: sistema purga com gás inerte/não reativo, instalações para paradas programadas ou de emergência do mesmo, temperaturas mínimas de entrada de gases, monitoração de processo e suas variáveis, treinamento aos usuários, procedimentos de burn-out/queima de fuligem, procedimentos em qualquer falha do sistema de segurança, procedimentos de emergência os quais não podem jamais ser ignorados e em especial, jamais, nunca, nem pense em passar por cima (entendam “by pass”) dos sistemas de segurança disponíveis.
O foco, nesta edição em especial, será dado na atmosfera Endotérmica, que em sua maioria tem, a seguinte composição média Gás (% Vol):
CO = 20.7 / N2 = 39.8 / H2 = 38.7 / CO2 = 0.40 / CH4 = 0.80 / H20 = 0.05
Atmosfera esta das mais utilizadas em processos de cementação e de têmpera sob atmosfera protetora.
Os riscos propriamente envolvidos são:
• Explosão;• Incêndio;• Combustão;• Intoxicação e Asfixia.
Devemos, portanto, saber e manter os dispositivos de segurança adequados e revisados, além de conhecimento de todos envolvidos para interação em caso de necessidade.
Potenciais acidentes podem ocorrer quando:
• Houver falha técnica;• Comportamento incorreto da operação / manutenção / planejamento / processos.
Potenciais falhas:
• Haver queda de energia;• Falha de aquecimento;• Falha nos controladores de temperatura;• Falha de alimentação de gás não reativo (Nitrogênio);• Falha nas chamas piloto e/ou ignitores elétricos;• Baixa pressão interna nos fornos (ex.:escape da atmosfera de maneira não controlada);• Vedação deficiente das portas;• Temperatura do óleo elevada (falha em trocador de calor, por exemplo);• Baixo nível de óleo no tanque de resfriamento;• Presença de água no óleo de tempera.
Vamos trazer ou relembrar o que usualmente dispomos em nossos equipamentos e conhecer um pouco de seu funcionamento.
Nesta abordagem, temos de imediato: o que fazer ou do que dispomos para que nenhum acidente aconteça (lembre-se de como você atravessa uma avenida).
Evitamos e reagimos contra o risco através de técnicas adequadas e ações contínuas da operação e manutenção.
Técnicas básicas:
• Construção e tamanho do forno;• Dispositivos de segurança do equipamento;• Temperatura do forno (processos diversos e paradas em manutenção, final de semana, reinício de trabalho);• Organização da operação e da manutenção.
Importante: A segurança não depende exclusivamente da presença dos dispositivos de segurança, depende com certeza do conhecimento dos mesmos por todos os envolvidos para interação, se necessário, e contínua checagem.
Como condição segura de operação do forno, temos então a aplicação de técnica adequada de segurança, conhecimento básico da atmosfera e seus riscos, treinamento do pessoal de operação e manutenção, orientação regular sobre os riscos vinculados e medidas de segurança (mesmo para aqueles que já passaram por um treinamento), ficar sempre alerta às indicações tais como pressão do forno, ter as indicações de temperatura sempre claras e seguras de maneira a identificar qualquer problema em tempo e solucioná-lo.
Recentemente tive a oportunidade de participar no evento TTT (6º Congresso Sobre Temas de Tratamento Térmico, Atibaia/SP) e de maneira a ilustrar sobre o efeito do que estamos prevenindo, veja na Fig. 1 o que devemos trabalhar incessantemente para evitar.
Antes ainda de comentar sobre os sistemas que temos nos fornos, convido a todos a uma reflexão:
1. Você está tão envolvido em suas tarefas rotineiras que chega a ignorar os sinais para atravessar uma avenida ou os sinais de um forno?
2. Você está tão agitado para conseguir o atingimento de resultados que não enxerga um “by-pass” no sistema?
3. Você acredita que só desta vez…
Vamos iniciar falando um pouco da característica do equipamento os fabricantes de fornos já têm como norma o fornecimento dos dispositivos de segurança com intertravamentos com a concepção aplicada advinda em seus países de origem.
Iniciando com os mais conhecidos, temos:
Cortina de Chama
A finalidade deste dispositivo é a de evitar que oxigênio presente no ambiente vá para dentro do forno, em sua atuação ocorre também a “queima” da atmosfera interna do forno evitando contaminação do ambiente externo ao forno.
Este dispositivo atua evitando:
Explosões – Combustão do Gás – Intoxicação/Asfixia
Composição básica:
• Chama piloto;• Tubo de queima;• Sensor de presença de chama.
A ativação da cortina de chama se dá quando há um transporte que seja necessário durante o processo, quer seja para uma entrada, saída, manuseio para têmpera conformada e/ou intervenção nas portas do forno. O funcionamento dela está intertravado. Quando a porta recebe o comando de abertura, há o início de chama no queimador piloto, enquanto o sensor (do lado oposto) não “sentir” a chama, a porta (Inter travada) não é aberta.
Em caso de falha do sensor, não há emissão de sinal e a porta permanece fechada, evitando a saída da atmosfera do forno para o ambiente de trabalho externo e a entrada da atmosfera deste ambiente (oxigênio) para dentro do forno.
Pirômetro de Segurança
Para a admissão de gases dentro do forno, dispomos de um controlador de temperatura (pirômetro) com ajuste mínimo que permite a entrada de gases acima de 750°C. Obs. Abaixo de 750°C, o Nitrogênio entra no forno automaticamente (veremos no item inserção de gás não reativo – Nitrogênio).
Na linha de admissão de gases há válvula solenóide (NF) que está interligada ao pirômetro, ou seja, somente há a admissão de gás se a temperatura for igual ou superior a 750°C.Em temperaturas inferiores a válvula permanece fechada.
Nota: A temperatura de 750ºC indicada advém da referência [4] EN 746 e muito comumente utilizada.
Pressão Interna do Forno
A pressão interna do forno advém do processo e também é mantida como mais um auxiliar na segurança. Por quê?
Com a pressão levemente superior à atmosférica, evitamos que haja a entrada de Oxigênio para dentro do forno e/ou tanque de óleo.
Evitando: Explosões — Combustão do Gás e/ou do Óleo.
O ajuste usualmente é feito pela restrição à saída da atmosfera para o ambiente com regulagem por profissional habilitado e sistemas automatizados quando disponível.
A evidência é feita pelo indicador de pressão e cerca de 20mmca, mesmo baixa pressão, cumpre bem seu papel.
Admissão de Nitrogênio
O Nitrogênio sendo um gás não reativo é utilizado em termos de segurança basicamente :
• Quando há queda de temperaturas ou no aquecimento/resfriamento abaixo de 750ºC.
Além de termos a admissão de gases fechada sendo controlada pelo pirômetro de segurança, a válvula solenóide (NF) na linha emergência de N2, abre automaticamente permitindo a entrada de N2 expulsando a atmosfera presente no forno.
• Também compensa a queda de pressão, quando do primeiro instante da têmpera.
Quando a carga submerge no óleo, em seu estágio inicialmente, há a “contração” da atmosfera no recinto de têmpera e logo após expansão.
O Nitrogênio, portanto, evita a entrada de oxigênio, que tende a ser “puxado” quando desta contração, mesmo com a vedação das portas em perfeito estado, este dispositivo de verificação de pressão e sua interação com o processo exerce um fundamental papel na segurança do processo.
Isto é facilmente notado em fornos tipo câmara, mas nem sempre percebido em fornos contínuos tipo empurrador.
A Fig. 3 é um exemplo de uma instalação com detalhe na linha N2 (Stickstoff).
Existem itens diversos que podem gerar risco e que fazem parte do acompanhamento normal do forno em sua operação e devem sempre ser mantidos em muito boas condições.
• Vedação das portas e vestíbulos: havendo uma vedação deficiente, podem ocorrer combustão da atmosfera e/ou óleo de resfriamento, pois o oxigênio pode estar sendo puxado do exterior por exemplo quando do primeiro momento da têmpera, conforme colocado anteriormente. É fato que para haver um acidente neste caso, outros sistemas devem falhar (compensação de pressão pelo Nitrogênio). No entanto, a condição primeira imposta em sistemas de segurança é de que mesmo redundantes todos têm que estar em pleno funcionamento.
• Trocador de calor não atuante ou deficiente: pode ocorrer a elevação da temperatura do óleo, acima do máximo permitido, iniciando a combustão.
Outro problema que deve ser evitado é o de haver mistura de água em trocadores de calor água/óleo.
Ação Contínua: Manutenção Adequada
• Baixo nível de óleo: neste caso pode ocorrer a não submersão total da carga, gerando aquecimento excessivo na parte superior, podendo gerar a combustão no óleo em havendo oxigênio presente.
• Água no óleo: por exemplo, você já tentou fritar algo em sua casa numa frigideira com óleo que não estava seca? A ideia é a mesma, a água fica no fundo do tanque e quando uma carga é temperada (dependendo do volume da água) a eventual água presente passa a vapor que, a sair pode gerar além da mistura uma expansão que chega a sair do tanque (em muitos casos pegando fogo), tal como uma espuma e os efeitos são catastróficos.
Ação Contínua: Operação Adequada com Verificação Contínua
Em qualquer atividade do gênero, jamais modifique os sistemas de segurança e/ou intertravamentos. Mesmo com os mais recentes desenvolvimentos e automações, o forno não deve ficar sem supervisão nos itens de segurança.
Temos uma vasta área de exploração neste tema, mas de maneira geral gostaria ainda de salientar que há de se levar em conta:
• Sistemas de combate a incêndio;• Instalações adequadas para o equipamento;• Planos de operação e manutenção claros, disponíveis e de conhecimento da equipe presente nestas operações;• Tipo de óleo de têmpera utilizado e detalhamento de periféricos (por exemplo, trocadores de calor, temperatura de trabalho);• Equipamentos de monitoração da atmosfera do ambiente onde os fornos estão operando.
Tivemos oportunidade de ver alguns aspectos básicos do tema, para cada um há uma série de detalhes e exemplos ou estórias que escutamos no dia a dia. Espero ter suscitado a discussão, a vontade de ler mais sobre o assunto conforme indicado e com certeza agradeço de antemão qualquer sugestão ou comentário.
Aguardo, ainda, em futuro próximo, a oportunidade de entrarmos em detalhes destes e outros sitemas, bem como em seus subprocessos em diferentes fornos.
Também participam desse artigo: Carlos Humberto Sartori – sartori@itarai.com.br e João Carlos Sartori – joao.sartori@metaltrend.com.br
Referências
1. Safety Recommendations for the Operation of Industrial Furnaces with Protective-Gas Atmospheres. Aichelin Industrial Furnaces – W 33 A GB – Austria, 2000;
2. ASM International. Metals Handbook Vol.4 Heat Treatment. Furnace Safety in Heat Treating Furnaces, 1991;
3. Gomes, A.C. Controle de Atmosfera em Fornos de Tratamento Termoquímico, 2000;
4. European Standard EN 746-3:1997;
5.NFPA 86 – Standard for Ovens and Furnaces -2011 Edition;
6. Sicherheitstechnische Grundlagen für Aufkohlungsöfen mit Ölbädern. Aichelin After Sales Service, Germany 2012.
