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Segurança Fornos Aspectos Ambientais
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Pag. 1 FACENS
Desenvolvimento: Antonio Carlos Gomes
Controle de Atmosfera em fornos de tratamento termoquímico
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Segurança nos fornos de Atmosfera
Objetivo:Explanação sobre o tipo de atmosfera com a qual trabalhamos e os dispositivos de segurança.
Atmosfera:
Redutora endotérmica (Cementação)
Há ainda os casos de nitretação e nitrocarbonetação com atmosfera formada a partir de Nitrogênio + Amônea e N2 + NH3+CO2 respectivamente, que também será abordado.
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Atmosfera
Composição
Classificação: Atmosfera Endotérmica Rica - 302.
Gás (% Vol) Função:
CO = 20.7 Fonte de Carbono Nascente
N2 = 39.8 Dá volume e expulsa O2 (inerte)
H2 = 38.7 No geral indesejável ( explosão/descarbonetação)
CO2 = 0.40 Inerente ( se maior do que 0.40 não cementa)
CH4 = 0.80 Inerente ( em desenvolvimento se < 0.80 difusão )
H20 = 0.05 Inerente
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Riscos
Conhecimento Por motivos técnicos de processo a maioria dos gases utilizados na operação dos fornos contém componentes combustíveis e tóxicos com risco de:
• 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.
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Riscos
Acidentes em Potencial
Podem ocorrer acidentes quando:
• Houver falha técnica
• Comportamento incorreto do operador e/ou equipe de manutenção
Exemplo de falhas:
• Haver queda de energia
• Falha de aquecimento
• Falha nos controladores de temperatura
• Falha de alimentação de Nitrogênio
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Riscos
Acidentes em Potencial
• Falha nas chamas piloto e/ou ignitores elétricos
• Baixa pressão interna nos fornos (escape da atmosfera de maneira não controlada)
• Vedação deficiente das portas
• Temperatura do óleo elevada (falha em trocador de calor)
• Baixo nível de óleo no tanque de resfriamento
• Presença de água no óleo de tempera
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Como se Evita ?
Acidentes em Potencial
Evitamos e reagimos contra o risco através de técnicas adequadas e ações da operação e manutenção.
Técnicas básicas:
• Construção e tamanho do forno
• Dispositivos de segurança do equipamento
• Temperatura do forno
• Organização da operação e da manutençãoImportante: A segurança não depende exclusivamente da utilização dos dispositivos de segurança do equipamento, depende também de sua presença com conhecimento para interação se necessário.
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Como se Evita ?
Acidentes em Potencial
Como condição segura de operação do forno são portanto:
• 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 (ao menos uma vez por ano)
• Indicações tais como pressão do forno e temperatura sempre claras e seguras, de maneira a identificar qualquer problema em tempo e solucioná-lo
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Riscos e Consequências
Acidentes em Potencial
RISCO =============== Explosões Combustão Gás Combustão Óleo Intoxicação/AsfixiaQueda de energiaFalha de aquecimentoFalha pirômetroFalta de NitrogênioFalha de chama/ignitor pilotoBaixa pressão internaVedação deficienteProblema no trocador de calordo óleo e/ou baixo nível de óleoÁgua no óleo
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Construção e Tamanho do Forno
Técnicas
Para cada tipo de processo e escala de produção é desenvolvido um tipo de equipamento.
Via de regra esta etapa já está suprimida e nos dedicaremos ao dispositivos dos quais dispomos e que são comuns aos equipamentos
Ressaltamos também que os fabricantes de fornos já tem como norma o fornecimento dos dispositivos de segurança e via de regra com intertravamentos. A concepção é normalmente a mesma.
Na América Latina há ainda que ser desenvolvido uma norma regulamentadora neste sentido.
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Cortina de Chama
Técnicas
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.
Evitando: Explosões -- Combustão do Gás -- Intoxicação/Asfixia
Composição básica:
• Chama piloto
• Tubo de queima
• Sensor de presença de chama
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Chama Piloto
Cortina de Chama
Chama Piloto
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Tubo de Queima
Cortina de Chama
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Sensor de Presença de Chama
Cortina de Chama
Sensor
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Conjunto em Funcionamento
Cortina de Chama
Sensor
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Descrição de Funcionamento
Cortina de Chama
Como pudemos verificar a ativação da cortina de chama e a checagem desta atuação, estão intertravados ao acionamento de abertura das portas do(s) forno(s).
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 (intertravada) não é aberta.
Em caso de falha do sensor, não há emissão de sinal e a porta permanece fechada.
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Pirômetro de Segurança
Técnicas Para a admissão de gases dentro do forno, dispomos de um controlador de temperatura (pirômetro) com ajuste mínimo à 750°C.
Abaixo de 750°C, o Nitrogenio entra no forno automaticamente (veremos no item inserção de gás inerte)
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Descrição de Funcionamento
Pirômetro de Segurança
POR QUÊ 750°C ???
A atmosfera por nós utilizada torna-se não explosiva acima desta temperatura.
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.
Obs.: Há processos levados a temperaturas mais baixas, mas com Atmosferas diferentes ( Nitrocarbonetação e Nitretação no caso de nossa empresa) que serão abordados oportunamente.
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Pressão interna do Forno
Técnicas
A pressão interna do forno ( de 20 a 50 mmca), 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 controle em nosso caso é feito pela restrição à saída da atmosfera para o ambiente e sua regulagem por pessoa habilitada.
A indicação é feita pelo indicador de pressão.
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Exemplos
Pressão Interna do Forno
Exaustão controlada
(queima sempre incorporada)Indicador de Pressão
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Admissão de Gás Inerte ( Nitrogênio )
Técnicas
O Nitrogênio sendo uma gás inerte é utilizado em termos de segurança basicamente :
• Quando há queda de energia.
Além de termos a admissão de gases fechada, a válvula solenóide (NF) de N2, abre automaticamente permitindo a entrada de N2 expulsando a atmosfera presente no forno.
• Quando a temperatura cai abaixo de 750 graus Celsius, ocorre o mesmo processo.
Obs.: No caso de falha do pirômetro de segurança idem acima.
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Admissão de Gás Inerte ( Nitrogênio )
Técnicas
• Também compensa a queda de pressão, quando do primeiro instante da têmpera
Quando a carga submerge no óleo, em seu estágio inicial há a “contração” da atmosfera no recinto de tempera e logo após expansão.
O nitrogênio portanto evita a entrada de oxigênio, que tende a ser “puxado” quando desta contração.
Isto é facilmente notado em fornos tipo câmara.
A seguir exemplo de quadro de rotâmetros e detalhe do de N2.
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Exemplo
Admissão de Nitrogênio Quadro de Rotâmetros Detalhe rotâmetro de N2
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DiversosCuidados Apresentamos a seguir itens diversos que podem gerar risco e que
fazem parte do acompanhamento normal do forno.
• Vedação deficiente :
Podem ocorrer combustão da atmosfera e/ou óleo de resfriamento, pois o oxigênio pode estar presente quando do primeiro momento da tempera, conforme visto anteriormente.
• Trocador de calor não atuante:
Pode ocorrer a elevação da temperatura do óleo, acima do máximo permitido, iniciando a combustão.
AÇÃO CONTÍNUA: MANUTENÇÃO ADEQUADA.
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DiversosCuidados • Baixo nível de óleo:
Neste caso pode ocorrer o não “cobrimento” total da carga, gerando super aquecimento na parte de cima da mesma, podendo gerar a combustão no óleo.
• Água no óleo:
Da mesma maneira que o caso anterior pois a água não mistura no óleo, gerando o risco da combustão. Por exemplo, você já tentou fritar algo em sua casa numa frigideira com óleo que não estava seca?
AÇÃO CONTÍNUA: OPERAÇÃO ADEQUADA.
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Nitretação/NitrocarbonetaçãoAtmosfera - Riscos
“PERA AI” , E os processos abaixo de 750°C.
Os processos levados abaixo da temperatura de segurança não tem a mesma composição e portanto podem ser levados a temperaturas inferiores.
Nitretação: Amônea + Nitrogênio
Nitrocarbonetação: Amônea + Nitrogênio + CO2
A seguir exemplo de rotâmetros destes processos
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Nitretação/NitrocarbonetaçãoAtmosfera - Riscos
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FinalizaçãoSegurança em Fornos -Atmosfera
Tivemos oportunidade de ver alguns aspectos básicos do tema.
ATENÇÃO
Em qualquer atividade do gênero, JAMAIS, NUNCA, NEM PENSE, em modificar sistemas de segurança e/ou intertravamento.
Mesmo com os mais recentes desenvolvimentos e automações, o forno não deve ficar sem supervisão nos itens de segurança.