As lesões causadas por uma explosão em uma pessoa ou grupo de pessoas são decorrentes da onda de choque oriunda da liberação instantânea desta energia e ou pela propagação de mísseis ou mesmo pelos os efeitos térmicos e ou efeitos tóxicos da explosão
Este Post faz uma análise relacionada com explosões físicas decorrentes explosão de vasos de pressão; portanto, efeitos térmicos (fogo) e os efeitos tóxicos não serão discutidos neste documento porque este estudo restringe a explosão de vasos de pressão.
O dano causado pela explosão de um vaso de pressão é decorrente da propagação da onda de choque. À medida que a onda da explosão se afasta do ponto de libertação, a amplitude do choque diminui porque é atenuada pela resistência atmosférica. Então muitas vezes podemos utilizar a distância como um elemento de mitigação ou proteção ao homem.
Estudos de Impactos de explosão sobre seres humanos foram obtidas de estudos como “The Effects of Nuclear Weapons- Glasstone do ano de 1962 e Glasstone and dolan do ano de 1980, “Explosion Harzards and Evaluation – W.E.Bajer
A Tabela abaixo por exemplo (ver Lees pag 17/224- Explosion) refere probabilidade de dano do tímpano em função da pressão decorrente da onda de choque decorrente de uma explosão, os valores abaixo são adequados para uso em ambientes abertos, servem como referência para mitigação de risco ocupacional.
Hemorragia pulmonar é outro efeito sobre o ser humano causado por exposição a sobrepressões decorrentes de uma explosão, estes efeitos foram estudados por número grande de pesquisadores, Como Zuckerman em 1940 e 1941, Krohn, Whitteridge 1942, Glasstone 1962 e outros. O quadro abaixo referente ao Handbook Lee pagina 17/225 correlaciona a probabilidade de fatalidade por hemorragia pulmonar devido ao efeito da sobrepressão causada por uma explosão.
Outra lesão que pode ser provocada por uma explosão é a de ser atingido por fragmentos oriundas da mesma. O Grau de dano provocado por uma explosão é assunto de interesse militar. Existe muita informação disponível sobre danos causados por explosão gerada por estudos militares. Para o militar interessa o poder de incapacitação ocorrido por armas e mísseis. (ref. SIPRI 1978).
Estudos feitos pelos Estados Unidos durante a segunda Guerra Mundial mostraram que a incapacitação é imediatamente obtida somente quando danos severos em partes da coluna vertebral ou celebro, ou quando atingem órgãos maiores ou vasos sanguíneos principais.
Em explosão ocorrendo em ambientes abertos ou fechados os fragmentos decorrentes são detritos ou mísseis, cujos estudos e referencias são, “Their Anatomy and Destructiveness”- C.S.Robinson, 1944, “Structural Defense” – Christopherson 1946, Textbook of air Armaments (Ministry of Supply 1972, Explosion Hazards e Evaluation – W.E.Baker 1993.
Mísseis são geralmente classificados como primários e secundários, sendo os primários resultantes de fragmentos diretos da explosão, os secundários ocorrem pelo arrasto decorrente da onda de choque da explosão.
Avaliação dos impactos de uma explosão
O termo “onda de choque” é utilizado para descrever um dos efeitos resultantes da detonação de uma carga explosiva ou mesmo explosão de um vaso de pressão. Este nome é proveniente do “vento forte” que acompanha a onda e é sentida por um observador estacionário quando a onda passa. Além disso, o termo “onda de choque” é utilizado geralmente para descrever um gradiente de pressão acentuada.
Ondas de choque resultantes da detonação de explosivos fortes (por exemplo, TNT) exibem perto de comportamento ideal onda devido à relativamente pequena quantidade de explosivos e a liberação rápida de energia associada a uma reação química rápida. O perfil de pressão ao longo do tempo de uma onda de choque ideal pode ser caracterizado pelo seu tempo de elevação, o pico de sobrepressão, a duração da fase positiva e a duração total (Friedlander onda). No caso mais comum, considerando-se as explosões de ar esféricas em explosivos químicos, estas quantidades podem ser medidas com precisão em termos de energia libertada, que é normalmente em relação à massa do explosivo e é mais frequentemente relacionado com TNT. Assim, a mudança de pressão criada por uma detonação a uma distância fixa de R a partir do centro de uma explosão é mostrado na Figura 1.
Neste esquema, Ta é o tempo de chegada da frente de onda, ΔP é a pressão positiva, tᶧ é a duração da fase positiva, que é o impulso positivo, ΔP‐ é a depressão negativo, t‐ é a duração da fase negativa e I‐ é o impulso negativo. O impulso da fase de compressão é calculado usando a seguinte fórmula:
Pressão de propagação de distância a partir de uma explosão é geralmente referido como uma onda de choque. À medida que a onda da explosão se afasta do ponto de libertação, a amplitude do choque diminui devido à resistência atmosférica, e o tempo de duração das perturbações da pressão aumenta.
A onda de choque de uma explosão, viaja para fora do centro da explosão com altas pressões viajando em alta velocidade, a Fig .abaixo representa o desenvolvimento das ondas de choque decorrentes de uma detonação.
Um número significativo de modelos tem sido proposto para calcular sobrepressão e impulso de explosões industriais acidentais. Quando a explosão é produzida por explosivos, pirotecnia ou substâncias instáveis, o modelo equivalente TNT é amplamente utilizado. A partir das curvas apresentadas por este modelo, os dados são adaptados para obter equações que mostram a relação entre a sobrepressão, impulso e distância. Essas equações, referidas aqui como curvas características, pode ser montada por meio de equações de energia, que dependem da massa equivalente TNT. Curvas características permitir a determinação da pressão e impulso a cada distância.
Então chegou a hora de fazer a Pergunta mais importante para um engenheiro de segurança que deve ser; “Qual a distância segura?”
Nos testes de bomba atômica durante a segunda guerra mundial os americanos fizeram várias experiências explodindo de tudo e calculando seus efeitos de destruição.
Eles criaram uma referência dos efeitos destrutivos a uma determinada massa de TNT, incluindo efeitos de bomba atômica também.
Este método chama-se TNT Equivalente.
Em geral, o equivalente TNT representa a massa de TNT que iria provocar uma explosão do mesmo nível de energia, como a unidade de peso do explosivo sob consideração. Especificamente, o equivalente TNT é definida como a razão entre a massa de TNT à massa do explosivo que resulta na mesma ordem de grandeza da onda de choque (ou impulso de pressão) na mesma distância para cada carga radial, que assume as leis de escala de Sachs e Hopkinson. Todos os explosivos gerar ondas de choque que apresentam características semelhantes. A principal razão para a escolha de TNT como uma referência explosiva é que existe uma grande quantidade de dados experimentais em relação às características de ondas de choque associados a esse explosivo. Existem vários métodos para a determinação das características explosivas de explosivos diferentes, mas que não produzem os mesmos valores para o equivalente TNT e eu não vou abordar aqui.
Na tabela a abaixo temos vários tipos de explosivos cujos efeitos destrutivos estão correlacionados ao TNT
O Método consiste em transformar a energia de explosão em TNT equivalente e utilizar ábacos existentes e dados de testes para determinar a pressão da onda de destruição de objeto colocado à distância.
Na tabela abaixo, que é talvez a mais importante informação deste Post, podemos ver as sobrepressões em psig e KPa causadas pela explosão correlacionado com o tipo de dano que tal evento pode causar.
Existem ábacos também que estimam probabilidade de fatalidade em área aberta a uma explosão conhecendo a massa equivalente de TNT.
O ábaco abaixo correlaciona a massa de TNT a distância do evento e a probabilidade de fatalidade devido e hemorragia pulmonar devido a sobrepressão.
Todas estas informações e valores devem ser uteis em avaliação de acidentes e projetos de proteções etc., mas a pergunta que queremos responder neste post do ponto de vista da Segurança Ocupacional é:
Qual a distância segura num ambiente aberto sem proteção?
Resposta – É a distância suficiente para amortecer a onda de choque que ao chegar num individuo esteja abaixo de 0,3 psig ou 2,0 KPa
Nosso Objetivo é Salvar Vidas