Explosão de vapor - Steam explosion
Uma explosão de vapor é uma explosão causada por fervura violenta ou flashing de água ou gelo em vapor , ocorrendo quando a água ou gelo é superaquecido , rapidamente aquecido por fragmentos quentes finos produzidos dentro dele, ou aquecido pela interação de metais fundidos (como em um interação combustível-refrigerante, ou FCI, de barras de combustível de reator nuclear derretido com água em um núcleo de reator nuclear após um derretimento do núcleo ). Recipientes de pressão, como reatores de água pressurizada (nucleares) , que operam acima da pressão atmosférica também podem fornecer as condições para uma explosão de vapor. A água muda de sólida ou líquida para gasosa com extrema velocidade, aumentando dramaticamente de volume. Uma explosão de vapor pulveriza vapor e água fervente e o meio quente que os aqueceu em todas as direções (se não for confinado de outra forma, por exemplo, pelas paredes de um recipiente), criando o perigo de escaldamento e queimaduras.
As explosões de vapor não são normalmente explosões químicas , embora uma série de substâncias reajam quimicamente com o vapor (por exemplo, zircônio e grafite superaquecido reagem com vapor e ar respectivamente para liberar hidrogênio , que queima violentamente no ar) de modo que explosões químicas e incêndios podem ocorrer . Algumas explosões de vapor parecem ser tipos especiais de explosão de vapor em expansão de líquido fervente (BLEVE) e dependem da liberação de superaquecimento armazenado. Mas muitos eventos de grande escala, incluindo acidentes de fundição, mostram evidências de uma frente de liberação de energia se propagando através do material (veja a descrição de FCI abaixo), onde as forças criam fragmentos e misturam a fase quente na fase fria volátil; e a rápida transferência de calor na frente sustenta a propagação.
Se ocorrer uma explosão de vapor em um tanque confinado de água devido ao rápido aquecimento da água, a onda de pressão e o vapor em rápida expansão podem causar golpe de aríete severo . Esse foi o mecanismo que, em Idaho, nos Estados Unidos, em 1961, fez com que a embarcação do reator nuclear SL-1 saltasse mais de 2,7 m de altura ao ser destruída por um acidente de gravidade . No caso do SL-1, o combustível e os elementos do combustível vaporizaram devido ao superaquecimento instantâneo.
Eventos desse tipo geral também são possíveis se o combustível e os elementos do combustível de um reator nuclear refrigerado a líquido derreterem gradualmente. Essas explosões são conhecidas como interações combustível-refrigerante (FCI). Nesses eventos, a passagem da onda de pressão através do material pré-disperso cria forças de fluxo que fragmentam ainda mais o fundido, resultando em rápida transferência de calor e, portanto, sustentando a onda. Acredita-se que grande parte da destruição física no desastre de Chernobyl , um reator RBMK-1000 refrigerado a água leve e moderado por grafite, deve-se a essa explosão de vapor.
Em um derretimento nuclear , o resultado mais grave de uma explosão de vapor é a falha precoce do edifício de contenção . Duas possibilidades são a ejeção a alta pressão de combustível derretido para a contenção, causando rápido aquecimento; ou uma explosão de vapor dentro do navio causando a ejeção de um míssil (como a parte superior da cabeça ) para dentro e através da contenção. Menos dramático, mas ainda significativo, é que a massa derretida do combustível e do núcleo do reator derrete através do piso do prédio do reator e atinge o lençol freático ; poderia ocorrer uma explosão de vapor, mas os detritos provavelmente seriam contidos e, de fato, sendo dispersos, provavelmente seriam resfriados com mais facilidade. Consulte WASH-1400 para obter detalhes.
As explosões de vapor são freqüentemente encontradas onde a lava quente encontra a água do mar ou gelo. Tal ocorrência também é chamada de explosão litorânea . Uma perigosa explosão de vapor também pode ser criada quando água líquida ou gelo encontram metal quente e fundido. Conforme a água explode em vapor, ela espirra o metal líquido quente em chamas junto com ela, causando um risco extremo de queimaduras graves em qualquer pessoa nas proximidades e criando um risco de incêndio.
Usos práticos
Refinamento de biomassa
O biorrefinamento explosivo a vapor é uma aplicação industrial para valorizar a biomassa. Envolve a pressurização da biomassa com vapor de até 3 MPa (10 atmosferas) e a liberação instantânea da pressão para produzir a transformação desejada na biomassa. [1]
Turbinas a vapor
Uma explosão de vapor d'água cria um grande volume de gás sem produzir sobras prejudiciais ao meio ambiente. A explosão controlada de água tem sido usada para gerar vapor em centrais elétricas e em tipos modernos de turbinas a vapor . Os motores a vapor mais novos usam óleo aquecido para forçar as gotas de água a explodir e criar alta pressão em uma câmara controlada. A pressão é então usada para operar uma turbina ou um motor de combustão convertido. Explosões de óleo quente e água estão se tornando particularmente populares em geradores solares concentrados, porque a água pode ser separada do óleo em um circuito fechado sem qualquer energia externa. A explosão de água é considerada amiga do ambiente se o calor for gerado por um recurso renovável.
Flash fervendo na cozinha
Uma técnica de cozimento chamada fervura rápida usa uma pequena quantidade de água para acelerar o processo de fervura. Por exemplo, esta técnica pode ser usada para derreter uma fatia de queijo em um hambúrguer. A fatia de queijo é colocada em cima da carne, em uma superfície quente, como uma frigideira, e uma pequena quantidade de água fria é jogada na superfície perto do hambúrguer. Um recipiente (como uma panela ou tampa de frigideira) é então usado para selar rapidamente a reação de vaporização instantânea, dispersando grande parte da água vaporizada no queijo e no hambúrguer. Isso resulta em uma grande liberação de calor, transferido por condensação de água vaporizada de volta em um líquido (um princípio também usado na produção de refrigeradores e freezers ).
Outros usos
Os motores de combustão interna podem usar fervura rápida para aerossolizar o combustível.
Outros fenômenos de ebulição rápida
Podem ocorrer altas taxas de geração de vapor em outras circunstâncias, como falha do tambor da caldeira ou em uma frente de resfriamento (por exemplo, quando a água entra novamente em uma caldeira quente e seca). Embora potencialmente prejudiciais, eles geralmente são menos energéticos do que eventos em que a fase quente ("combustível") é fundida e, portanto, podem ser fragmentados finamente dentro da fase volátil ("refrigerante"). Seguem alguns exemplos:
As explosões de vapor são produzidas naturalmente por certos vulcões , especialmente estratovulcões , e são uma das principais causas de fatalidades humanas em erupções vulcânicas.
1986 desastre nuclear de Chernobyl , na União Soviética era temido por causar grande explosão de vapor (e resultando Europa -wide precipitação nuclear ) em cima derretendo o lava -como combustível nuclear através do reator de cave em direção contacto com a água de combate a incêndios de resíduos e águas subterrâneas . A ameaça foi evitada pela construção de um túnel frenético sob o reator para bombear água e reforçar o solo subjacente com concreto .
Quando um recipiente pressurizado, como o lado da água de uma caldeira a vapor , rompe, é sempre seguido por algum grau de explosão de vapor. Uma temperatura e pressão de operação comuns para uma caldeira marítima é de cerca de 950 psi (6.600 kPa) e 850 ° F (454 ° C) na saída do superaquecedor. Uma caldeira a vapor tem uma interface de vapor e água no tambor de vapor, que é onde a água finalmente evapora devido à entrada de calor, geralmente queimadores a óleo. Quando um tubo de água falha devido a uma variedade de razões, isso faz com que a água na caldeira se expanda para fora da abertura na área do forno que está apenas alguns psi acima da pressão atmosférica. Isso provavelmente apagará todos os incêndios e se expandirá sobre a grande área de superfície nas laterais da caldeira. Para diminuir a probabilidade de uma explosão devastadora, as caldeiras passaram de designs de " tubo de fogo ", onde o calor era adicionado passando gases quentes por tubos em um corpo de água, para caldeiras de " tubo de água " que têm a água dentro dos tubos e a área do forno é ao redor dos tubos. As velhas caldeiras de "tubo de incêndio" frequentemente falhavam devido à má qualidade de construção ou falta de manutenção (como corrosão dos tubos de incêndio ou fadiga do invólucro da caldeira devido à expansão e contração constantes). Uma falha nos tubos de incêndio força grandes volumes de vapor de alta pressão e alta temperatura de volta aos tubos de incêndio em uma fração de segundo e muitas vezes explode os queimadores da frente da caldeira, enquanto uma falha do vaso de pressão ao redor da água levaria a uma evacuação total e total do conteúdo da caldeira em uma grande explosão de vapor. Em uma caldeira marítima, isso certamente destruiria a planta de propulsão do navio e possivelmente a extremidade correspondente do navio.
Em um ambiente mais doméstico, as explosões de vapor podem ser o resultado da tentativa de extinguir o óleo em chamas com água em um processo chamado boilover . Quando o óleo em uma panela está pegando fogo, o impulso natural pode ser apagá-lo com água; no entanto, isso fará com que o óleo quente superaqueça a água. O vapor resultante se dispersará para cima e para fora rápida e violentamente em um spray que também contém o óleo inflamado. O método correto para extinguir esses incêndios é usar um pano úmido ou uma tampa bem fechada na panela; ambos os métodos privam o fogo de oxigênio , e o pano também o resfria. Alternativamente, um agente retardador de fogo projetado para fins não voláteis ou simplesmente uma manta anti-fogo pode ser usado.
Veja também
Bibliografia
- Triggered Steam Explosions por Lloyd S. Nelson, Paul W. Brooks, Riccardo Bonazza e Michael L. Corradini ... Kjetil Hildal