Princípios de combustão
O aprendizado de métodos de prevenção, proteção e combate a
incêndios deve se iniciar justamente onde o incêndio se inicia: na combustão.
Qualquer incêndio, independentemente do tamanho que atinge, principia da mesma
forma. Conhecendo-se essa forma de principio tem-se condições de melhor
prevenir o surgimento, através de uma conduta correta; tem‑se, também,
oportunidade de melhor dimensionar edifícios, suas ocupações e seus conteúdos;
finalmente, tem-se noções seguras para se exercer um eficiente combate quando o
fogo se instala, a despeito das medidas de proteção tomadas. Ao publicarmos
este trabalho, de origem alemã, reconhecemos que é uma leitura cansativa e
pesada, porém, os princípios básicos para quem quer saber algo mais que o triângulo do fogo
está todo contido neste artigo.
Este trabalho é tradução literal do livreto no 1
"Verbrennen und Loschen", (Combustão e Extinção) de autoria do Dr.
Friedrich Kaufhold.
Nesta publicação nada alteramos do original, de modo que
encontramos outra classificação de incêndio e algumas outras divergências. Deixamos a validade das diferenças ao julgamento
de cada leitor. Revista
Incêndio – Marco Zero Editorial
INTRODUÇÃO
O conhecimento dos fenômenos físico-químicos que determinam
o surgimento e o decorrer de uma combustão ou explosão dão as bases teóricas da
prevenção e do combate a incêndio.
Prevenção nada mais é do que evitar que ocorram
simultaneamente as condições prévias para o surgimento de um incêndio ou
explosão.
No combate a incêndio, a extinção trata de interromper o
processo da combustão, eliminando, pelo menos, uma destas condições. Estas
condições são em parte físicas e em parte químicas. Deste modo, os principais
conceitos para o conhecimento da combustão são aqui apresentados distintamente.
PRINCÍPIOS DE COMBUSTÃO
Princípios físico-químicos do processo de combustão
OXIDAÇÃO
A combinação química do oxigênio com o combustível é
conhecida como oxidação. O produto resultante é o óxido. Na oxidação uma parte
da energia química é transformada em energia térmica. Nas grandes velocidades
de oxidação o calor desprendido é tal que há o surgimento de luz na forma de
fogo.
COMBUSTÃO
A uma oxidação que ocorre com o surgimento de fogo chamamos
de combustão. A combustão é um processo químico no qual um material combustível
se combina com o oxigênio, com surgimento de fogo (desprendimento de luz e
calor).
Toda combustão é portanto, uma oxidação, porém nem toda
oxidação é uma combustão.
Conforme a velocidade de oxidação diferenciamos entre:
■Oxidação sem o surgimento de fogo ou Oxidação lenta
(oxidação do ferro, fermentação, apodrecimento)
■Oxidação com surgimento de fogo ou Oxidação rápida
(combustão, explosão).
FOGO - CHAMAS - BRASAS
O fogo é a parte externa, visível, de uma combustão; Fogo =
processo físico e Combustão = processo químico. O fogo se apresenta em duas formas
diferentes a saber:
■ na forma de chamas e
■ na forma de brasas.
Ambas as formas podem se apresentar isolada ou
conjuntamente. Isto vai depender da natureza do material combustível.
Queimam-se:
a) Combustível gasoso (vapores e gases): somente com chamas.
b) Combustível líquido: primeiro transforma-se em vapor e
depois queima somente com chamas.
c) Combustível sólido: ou com chamas e brasas (é o caso do
combustível que fortemente aquecido se decompõe em carvão sólido e uma parte
gasosa. A parte gasosa produz chamas e a parte sólida brasas. Ex.: madeira,
carvão, papel, tecidos, etc.) ou somente com chamas (é o caso de materiais que
com aquecimento se tornam líquidos ou se decompõem e formam vapores ou gases
inflamáveis. Ex.: cera, parafina, gordura) ou somente com brasa (é o caso de
metais ou combustíveis obtidos artificialmente. Ex.: coque, carvão vegetal).
Só podem queimar com chamas os materiais líquidos ou gasosos
e com brasas os materiais sólidos. O surgimento de chamas em materiais sólidos
ou líquidos é sinal de que está havendo uma gaseificação ou vaporização.
A chama é um fluxo de gás (ou vapor) que queima emitindo
luz.
O fenômeno da chama pode observar-se bem numa chama de vela.
Distinguem-se três zonas distintas:
a) Zona de gás aqui
inicia a vaporização do combustível líquido existente no material.
b) Zona de incandescência - aqui, devido à influência da
temperatura de combustão (zona C), os vapores combustíveis se decompõem em
carbono e hidrogênio. A incandescência se deve às partículas de carbono
finamente divididas.
c) Zona de combustão - somente aqui, onde o O2
pode ter acesso, inicia-se a combustão e o desprendimento de calor. Esta zona
é, portanto, a mais quente. Ela é facilmente reconhecida como uma fina camada
azul clara.
Compreendemos como brasa (incandescência) à radiação
luminosa que se inicia num combustível sólido a altas temperaturas. A cor da
brasa está relacionada à sua temperatura:
400º C - primeiros sinais, vermelho escuro
700º C - vermelho escuro
900º C - vermelho claro
1100º C - amarelo
1300º C - início de azul claro 1500º - azul claro
CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA COMBUSTÃO
O fenômeno da combustão está ligado a quatro condições que
devem ocorrer simultaneamente:
1. Deve existir um material combustível
2. O oxigênio deve ter acesso ao material combustível
3. Deve haver a proporção correta (concentração de material
combustível e oxigênio)
4. Deve ser alcançada a temperatura de ignição do material
Cada uma destas condições, portanto deve ser estudada mais
detalhadamente.
MATERIAIS COMBUSTÍVEIS E SUAS PROPRIEDADES
Para o julgamento dos materiais combustíveis é importante o
conhecimento das seguintes propriedades:
1. Combustibilidade
2. Inflamabilidade
3. Calor de combustão (poder calorífico)
4. Temperatura de combustão
COMBUSTIBILIDADE
Os materiais combustíveis apresentam suas combustibilidades
bem variadas. Ao lado de materiais de combustão muito lenta (Ex.: lã, penas,
etc.) existem também materiais de combustão muito rápida e intensa (Ex.
celulose, magnésio).
Para efeitos práticos podemos diferenciar somente entre
materiais, dificilmente combustíveis, facilmente combustíveis e de combustão
normal.
■Materiais dificilmente combustíveis (correspondem aos da
norma alemã DIN 4102 classe B1), continuam a queimar após seu início somente
com o fornecimento de uma fonte externa de calor e se apagam quando esta é
retirada. Ex.: filmes cinematográficos de segurança, lã pura, materiais
tratados com retardantes de incêndio.
■Materiais normalmente combustíveis (correspondem aos da
norma DIN 4102 classe B2) continuam a queimar sozinhos com velocidade normal
após seu início e retirada da fonte externa de calor. Ex.: madeiras com mais de
2 mm de espessura, carvão, papelão.
■Materiais facilmente combustíveis (correspondem aos da
norma DIN 4102 classe B3), queimam com grande velocidade de alastramento de
chamas e rápida liberação de seu calor de combustão. Ex.: celulose, algodão,
papel solto, palha, bem como a maioria dos líquidos e gases inflamáveis.
INFLAMABILIDADE
O perigo de incêndio de um material depende em primeiro
lugar de sua inflamabilidade. Distinguem-se:
■Materiais auto-inflamáveis: aqueles que se aquecem e se
inflamam sem fornecimento de calor ou energia de fonte externa. Ex.: fósforo
branco.
■Materiais facilmente inflamáveis: aqueles que se inflamam
através de uma fraca fonte de energia. como uma faísca, a brasa de um cigarro
ou qualquer fonte semelhante. Ex. acetileno, sulfureto de carbono, celulose.
■Materiais normalmente inflamáveis: aqueles que necessitam pelo
menos da chama de fósforo. Ex.: a maioria dos materiais combustíveis.
■Materiais dificilmente inflamáveis: aqueles que não podem
ser acendidos com a chama de um fósforo e que precisam de uma fonte de calor
mais intensa. Ex.: coque.
A inflamabilidade de um material depende principalmente de
sua temperatura de combustão.
CALOR DE COMBUSTÃO (PODER CALORÍFICO)
Na combustão completa de um material, independendo se ela é
lenta ou rápida é liberada uma determinada quantidade de calor que é chamada
calor de combustão (tecnicarnente – poder calorífico).
O calor de combustão de um material mostra quantas unidades
de calor (calorias) são desprendidas na combustão completa (oxidação) de uma
determinada quantidade de material em 1 kg ou 1 m3.
Com materiais que contêm hidrogênio se deve distinguir um valor
superior e inferior do poder calorífico. O poder calorífico inferior (utilizado
na prática como poder calorífico do material) é menor que o superior em virtude
da vaporização da água (539 Kcal/kg a 100° C) formada durante a combustão. Os
valores a seguir apresentados referem-se sempre ao poder calorífico inferior.
Exemplos de poder calorífico:
a) Combustíveis sólidos (Kcal/kg)
Gasolina
|
9.800 - 10.500 Kcal/kg
|
Diesel
|
10.100 - 10.300 Kcal/kg
|
Óleo combustível
|
9.600 - 9.900 Kcal/kg
|
Álcool
|
6.440 Kcal/kg
|
c) Combustíveis gasosos (Kcal Nm3)
Acetileno
|
13.600
Kcal/Nm3 (11.620 Kcal/kg)
|
Butano
|
29.510 Kcal/Nm3 (10.920 Kcal/kg)
|
Propano
|
22.350 Kcal/Nm3 (11.070 Kcal/kg)
|
Gás de rua
|
4.000
Kcal/Nm3 (7.500 Kcal/kg)
|
Hidrogênio
|
2.570
Kcal/Nm3 (28.570 Kcal/kg)
|
TEMPERATURA DE COMBUSTÃO
Cada material combustível produz calor na sua combustão.
Conforme a velocidade com que o calor de combustão é liberado corresponde uma
temperatura mais alta ou mais baixa. A temperatura de combustão depende
portanto:
a) poder calorífico
b) velocidade de combustão material
Exemplos: fósforo e magnésio têm o mesmo poder calorífico (6.000 Kcal/kg), porém queimam com velocidades
diferentes. O magnésio queima bem mais depressa do que o fósforo. Daí a sua
temperatura de combustão ser bem mais elevada que a do fósforo. Em virtude das
perdas de calor para o meio ambiente o valor prático nunca pode alcançar o
teórico.
Exemplos de temperatura de combustão (práticos):
Fósforo
|
800° C
|
Magnésio
|
2.000° C - 3.000° C
|
Elektron (liga ultra leve de magnésio)
|
2.000° C - 3.000° C
|
Madeira, carvão
|
1.100° C - 3.000° C
|
Coque
|
l.400º C - l.600º C (aproximado)
|
Hidrogênio/Oxigênio (maçarico)
|
2.500° C (aproximado)
|
Acetileno/Oxigênio (maçarico)
|
3.100° C (aproximado)
|
Nos grandes incêndios as temperaturas alcançadas situam-se
em torno de 800° C a 1.100° C.
Com oxigênio puro todos os fenômenos de combustão são
sensivelmente mais rápidos e as temperaturas de combustão são 700 a 800° C mais
alta do que quando da utilização do oxigênio do ar, pois neste existem 79% gases que não alimentam a combustão mas, sim,
a inibem.
Máximas temperaturas de combustão observadas em graus
centígrados
Com ar
|
Com O2
|
|
Acetileno
|
2.325º C
|
3.135º C
|
Monóxido de Carbono
|
2.100º C
|
2.925º C
|
Propano
|
1.925º C
|
2.850º C
|
Gás de rua
|
1.920º C
|
2.730º C
|
Hidrogênio
|
2.045º C
|
2.660º C
|
As maiores temperaturas de combustão mais recentemente
obtidas são aquelas que empregam um sistema de combustível de grande energia.
Assim, por exemplo. a combustão de Dicyan com Ozona atinge temperatura de
4.500° C.
Importante de se guardar, particularmente com vistas à
extinção devido ao efeito de resfriamento, é o fato de que existe não somente
uma temperatura máxima de combustão, mas também uma temperatura mínima de
combustão de diversos materiais, que está sensivelmente acima da temperatura de
ignição. Na combustão de combustíveis gasosos a temperatura na zona de
combustão deve alcançar geralmente um mínimo de l.000o C, de modo
que a combustão continue a se processar. Para que a combustão de uma chama
continue a se processar independente é necessária uma temperatura superior em
mais de cem graus à temperatura de ignição.
Para se conseguir um efeito de extinção através de
resfriamento (por exemplo, através de neblina d'água) não é necessário
resfriá-la até sua temperatura de ignição; é suficiente, tão somente, atingir
uma temperatura inferior à temperatura mínima de combustão.
A temperatura mínima de combustão da maioria dos
hidrocarbonetos (gasolina, benzol, diesel, propano etc.) está em torno de
1.200° C. Ela é relativamente alta. Valores inferiores de temperatura mínima de
combustão somente tem alguns materiais gasosos com alta velocidade de
combustão, como o acetileno com 950° C e o hidrogênio com 630° C. A menor
temperatura mínima de combustão tem o sulfureto de carbono com somente 345° C.
Daí, pode proceder-se a uma extinção através de um resfriamento
relativo abaixo da temperatura mínima de combustão, o que pode ser observado
praticamente nas lâmpadas de Savy, para minas, à prova de explosão.
Através de uma experiência simples pode-se demonstrar a
extinção pelo resfriamento abaixo da temperatura mínima de combustão: com um
arame de cobre de 4 mm de espessura aproximadamente é feita uma espiral com 7
ou 8 voltas de modo que a distância
entre duas espirais consecutivas seja de 4 mm. Abaixamos este espiral
sobre a chama de uma vela e ela se apaga - não devido à falta de oxigênio, pois
o mesmo pode passar através da espiral em quantidade suficiente, mas, sim,
devido ao resfriamento abaixo da temperatura mínima de combustão, efetuado pelo
cobre, que é um bom condutor de calor. Se aquecermos a espiral, o efeito da
extinção foi devido ao resfriamento é não através de abafamento.
OXIGÊNIO
O oxigênio é o elemento mais importante à vida. O ar contém
aproximadamente 21% do volume, 23% em peso e água 89% em peso. A crosta tem
aproximadamente 50% em peso de oxigênio em ligações químicas. O oxigênio é um
dos elementos que mais facilmente se liga a outros elementos. Uma pequena
alteração na concentração do oxigênio no ar teria profundas conseqüências na
vida orgânica e técnica do ser humano.
O oxigênio em si mesmo não é combustível, porém sem ele
nenhuma combustão é possível. É um gás inodoro, incolor e insípido, que pode
ser obtido do ar (liquefação do ar) ou da água (decomposição elétrica da água).
O oxigênio é utilizado em cilindros de pressão (150 atmosferas).
Como todos os fenômenos da combustão com oxigênio puro são
grandemente acelerados, o emprego de oxigênio puro para as seguintes
finalidades é perigoso:
a) Para melhoria do ar em recintos pequenos (tanque, poços,
etc.)
b) Para a partida de motores de combustão
c) Em substituição ao ar comprimido. Ex.: para a pintura a
revólver, para o esvaziamento por pressão de vasos contendo líquidos
inflamáveis, para "soprar" pó, poeiras etc.
Devido à extraordinária capacidade de reação do oxigênio
puro, o emprego de lubrificantes combustíveis (graxa, óleo) para a lubrificação
de equipamentos de oxigênio apresenta grandes riscos e deve ser sempre evitado.
A PROPORÇÃO (CONCENTRAÇÃO) ENTRE MATERIAL COMBUSTÍVEL E
OXIGÊNIO
Todos os fenômenos químicos seguem o "princípio das
proporções constantes". Isto significa que a combinação de 2 ou mais
produtos se faz somente segundo uma determinada proporção. Isto vale também para
o fenômeno da combustão. Ex.: 2 litros na combustão total se combinam somente
com 1 litro de oxigênio; portanto, na proporção de 2 por 1. Um excesso muito
grande de um dos materiais impediria definitivamente a ignição e assim também a
combustão.
FAIXA DE IGNIÇÃO E LIMITES DE IGNIÇÃO
Quanto mais próximo da proporção correta tanto mais rápida
ocorre a combustão. De modo contrário, quanto mais nos afastamos da proporção
correta tanto mais lenta se torna a combustão, até que se chega a um limite
além do qual não se tem combustão. Esta faixa dentro da qual é possível a
ignição e a combustão chamamos faixa de ignição e seus limites são chamados
limites de ignição (limite inferior e superior, dados em relação à mínima
concentração de combustível ainda inflamável).
Os limites de inflamabilidade são também chamados
(incorretamente) de limites de explosividade.
Exemplos de faixa de inflamabilidade ( volume):
a) GASES
Acetileno
|
1,5 – 81%
|
Butano
|
1,5 - 8,5%
|
Propano
|
2,1 - 9,5%
|
Metano
|
5,0 - 15,0%
|
Hidrogênio
|
4,0 -75,6%
|
Gás de rua
|
5,0 - 35,0%
|
b) VAPORES DE LÍQUIDOS INFLAMÁVEIS
Acetona
|
2,5-13,0 %
|
Álcool (etílico)
|
3,5-15,0 %
|
Éter (etílico)
|
1,7-36,0 %
|
Gasolina
|
0,6-8,0 %
|
Benzol
|
1,2-8,0 %
|
Metanol (álcool metílico)
|
5,5-26,5%
|
Sulfureto de carbono
|
1,0-60,0%
|
Toluol
|
1,2-7,0%
|
Nos exemplos foi tratada a quantidade (concentração) de
material combustível em relação ao ar. A mudança da concentração de oxigênio
sempre produz um sensível aumento da velocidade de combustão e acarreta uma
ampliação da faixa de inflamabilidade.
Praticamente interessa mais o valor inferior de concentração
do oxigênio, que ainda permite uma combustão. Ela ainda ocorre, por exemplo,
com:
Hidrogênio
|
a 5,0%
|
Benzol
|
a 11,2%
|
Propano
|
a 11,8%
|
Butano
|
a 12,1%
|
Metano
|
a 12,1 %
|
Muitos materiais se apagam quando a concentração de oxigênio
atinge 17. Ex.: cera.
PONTO DE FULGOR - PONTO DE COMBUSTÃO DE LÍQUIDOS INFLAMÁVEIS
A necessidade da proporção correta entre materiais
combustíveis e oxigênio como condição necessária para a combustão é vista
claramente no caso dos líquidos inflamáveis. Todo motorista,: sabe, por
exemplo, que o motor não pega se a mistura ar-combustível não estiver correta.
Não são propriamente
os líquidos inflamáveis que queimam e sim seus vapores. A ignição e combustão
não são possíveis antes de haver uma concentração suficiente de vapores sobre a
superfície do líquido. Se tentarmos por exemplo, queimar petróleo à temperatura
ambiente com um palito de fósforo não conseguiremos, pois a esta temperatura o
petróleo não emana quantidade suficiente de vapores. Somente quando o mesmo é
aquecido a 40°C é que os vapores são suficientes ou seja, quando atingido o
ponto chamado "Ponto de Fulgor".
O ponto de fulgor de um líquido inflamável é a temperatura
na qual há emanação suficiente de vapores que se inflamam submetidos a uma
apropriada fonte de ignição
Com o ponto de fulgor é atingida uma concentração suficiente
de vapores inflamáveis.
Esta concentração corresponde ao limite inferior de
inflamabilidade.
Abaixo do ponto de fulgor não é possível a ignição e
combustão. Portanto, somente existem riscos de incêndio e explosão quando o
ponto de fulgor é alcançado. Segundo a norma para líquidos inflamáveis (norma
alemã), os líquidos inflamáveis são divididos em 2 grupos a saber:
GRUPO A - líquidos que a 15° C não são solúveis ou muito
pouco solúveis em água. Por exemplo: gasolina, benzol, sulfureto de carbono.
GRUPO B - líquidos que a 15° C são solúveis em água. Por
exemplo, álcool, acetona. .
O grupo A é subdividido em três classes:
Classe de risco
|
Líquidos com ponto de fulgor
|
A-I
|
Abaixo de 21°C
|
A-II
|
Acima de 21° C até 55°C
|
A-III
|
Acima de 55° C até 100°C
|
Líquidos inflamáveis com ponto de fulgor acima de 100"
C não são enquadrados nas prescrições de segurança desta norma. Exemplos de
pontos de fulgor:
Material
|
Ponto de Fulgor em oC
|
Acetaldeído
|
- 27
|
Acetona
|
- 19
|
Álcool (etílico)
|
12
|
Éter (dietílico)
|
-40
|
Asfalto
|
205
|
Gasolina
|
-40
|
Gasolina teste superior
|
21
|
Benzol puro
|
-11
|
Diesel superior
|
55
|
Glicerina
|
160
|
Glicol (etileno-)
|
111
|
Cânfora
|
66
|
Óleo de linhaça
|
224
|
Querosene
|
40 aprox.
|
Álcool metílico (metanol)
|
11
|
Naftalina
|
79
|
Óleo de oliva
|
225
|
Parafina
|
160
|
Piche
|
207
|
Óleo de rícino
|
229
|
Óleo lubrificante
|
165 aprox
|
Sulfureto de carbono
|
- 30
|
Solvente nafta
|
30 aprox.
|
Álcool desnaturado
|
16
|
Estearina
|
196
|
Alcatrão
|
90
|
Terebentina
|
35
|
Toluol
|
4
|
Xilol
|
25
|
Óleo hidráulico
|
260
|
A determinação do ponto de fulgor é feita através de aparelhos
normalizados conforme prescrições das normas DIN 51 755, 51 758, 51584, 51 213
e 53 169.
No ponto de fulgor queima a pequena quantidade de vapor
existente acima da superfície do líquido. A chama se apaga, pois a esta
temperatura a emanação de vapores não é rápida suficientemente para permitir a
combustão contínua. Para que tal aconteça é necessário que o líquido seja
aquecido mais alguns graus até o ponto de combustão.
O ponto de combustão de um líquido inflamável é a
temperatura no qual o líquido inicia a desprender tal quantidade de vapores
inflamáveis que mesmo afastada a fonte de ignição eles continuam a queimar. (O
ponto de combustão tem pouco interesse prático).
COMBUSTÕES RÁPIDAS: EXPLOSÃO BRANDA - EXPLOSÃO - DETONAÇÃO
Uma combustão é particularmente rápida quando existe a
proporção correta entre material combustível e o oxigênio e não existem
elementos inibidores (como nitrogênio) presentes.
A maior velocidade de combustão é obtida quando o material
combustível finamente dividido está bem misturado com o oxigênio, como é, por
exemplo, o caso de uma mistura de gás - oxigênio (emprego prático no maçarico
de oxigênio - acetileno para alcançar altas temperaturas). Conforme a
velocidade de combustão diferenciamos os seguintes processos:
1. Explosão branda - é uma explosão que ocorre com moderado
desenvolvimento de pressão e pouco ruído. Ex.: mistura de gás ou vapor-ar nas
proximidades do limite da ignição.
2. Explosão - no ponto de vista da prevenção de incêndios
compreendemos como explosão uma oxidação extraordinariamente rápida de um único
material ou uma mistura de vários materiais com o desenvolvimento rápido e
intenso de calor e pressão (explosão-combustão). Ela é, na maioria das vezes,
acompanhada de um clarão amarelo e de um forte estouro. Exemplos: gases,
vapores, neblina ou pó em proporção correta com o ar.
3. Detonação - a detonação é uma explosão violentíssima. A
ignição não é mais feita através da transferência de calor de uma pequena
porção de materiais para a porção vizinha, mas sim já antecipada através do
calor de compressão liberado na frente da onda de pressão da detonação. O
processo ocorre com velocidade supersônica. Exemplos: gases ou vapores
inflamáveis na proporção correta de mistura com o oxigênio puro, explosivos.
Estes três fenômenos podem também ser diferenciados pela
ordem de grandeza da velocidade de ignição:
Explosão branda: a velocidade é da ordem de cm/s
Explosão: a velocidade é
da ordem de m/s
Detonação: a velocidade é da ordem de km/s
Exemplos: explosão de mistura ar-vapor de gasolina um motor
de combustão. 10 a 25 m/segundos.
Explosão de pólvora: aproximadamente 300 m/s.
Detonação de uma mistura acetileno-oxigênio, 24 km/s.
Detonação de explosivos (Trotil, T.N.T.), 6,7 km/s.
Na explosão de uma mistura de gás, vapor, neblina ou pó com
ar, as pressões alcançam uma pressão máxima de 7 a 10 atmosferas. Estes valores
são baixos se comparados com a pressão gerada pela detonação de explosivos onde
os valores chegam 150.000 atm. São, porém, suficientes para destruir totalmente
uma edificação. Uma pressão de 1,7 atm já é suficiente para tal e até mesmo uma
pressão de 0,35 atm danifica a edificação de tal modo que dificilmente ela
poderá ser reconstruída. A 0,1 atm já são arrancadas vidraças e portas.
A par da explosão química, existe o que chamamos de explosão
física, como por exemplo: o rompimento de um vaso sob pressão.
TEMPERATURA DE IGNIÇÃO
A combustão é iniciada pelo fenômeno da ignição. O começo da
ignição se faz notar com o surgimento de sinais de fogo.
Os primeiros sinais de fogo podem apresentar-se, dependendo
do tipo e propriedades da combustão, como um queimar sem chamas (brasas) ou
como uma inflamação (chamas). A ignição ocorre quando um material combustível,
preenchidas as condições necessárias (mistura com oxigênio na proporção
correta, ausência de material inibidor) é aquecido a uma determinada
temperatura mínima.
A temperatura mínima em que o material se inflama nas
condições normais é conhecida como temperatura de ignição. E CONSIDERADA COMO
TEMPERATURA DE IGNIÇÃO de um material combustível a mínima temperatura na qual
uma mistura de oxigênio e na proporção correta, após curto espaço de tempo,
ocorrem sinais de fogo. Segundo a norma alemã DIN 51.794, no máximo 5 minutos.
(Obs. Segundo a norma brasileira, Temperatura de Ignição é a temperatura mínima, a
partir da qual a mistura inflamável prossegue em combustão independente de
adição de calor externo).
A temperatura de ignição pode praticamente ser determinada
somente indiretamente, através de uma superfície aquecida em contato com o
material. Não é uma constante do material, mas somente um valor aproximado que
conforme as circunstâncias do teste (pressão, tempo de duração, tipo de pressão
etc.) pode variar sensivelmente. Por isso mesmo não há sentido em se ter
temperatura de ignição com precisão maior de 5° C.
O conceito de
"ponto de ignição" ainda empregado em lugar de temperatura de
ignição, devido às possibilidades de inexatidão de tais fatores e valores
errados, deve ser evitado, além do que não é conveniente se utilizar dois
conceitos para uma mesma coisa.
Apesar da natural imperfeição na exatidão dos valores das
temperaturas de ignição, elas têm valor prático como base para julgamento do
comportamento de diversos materiais combustíveis a altas temperaturas e para
determinar as correspondentes medidas de proteção.
Exemplos de temperatura de ignição (no ar):
Gases
|
Temperatura de Ignição em ° C
|
Materiais sólidos
|
Temperatura de Ignição em ° C
|
Acetileno
|
305
|
Pinheiro
|
280
|
Amoníaco
|
630
|
Faia
|
295
|
Butano
|
400
|
Carvalho
|
340
|
Monóxido de carbono
|
605
|
Jornal
|
185
|
Metano
|
650
|
Seda
|
260
|
Propano
|
460
|
Sulfite
|
360
|
Gás de rua
|
560
|
Carvão de madeira
|
140-200
|
Hidrogênio
|
560
|
Linhita
|
230-240
|
Vapores
|
000
|
Hulha
|
350
|
Acetaldeído
|
140
|
Antracito
|
480
|
Acetona
|
540
|
Coque de gás
|
450-600
|
Éter
|
170
|
Coque metalúrgico
|
600-750
|
Álcool (etílico)
|
425
|
Grafite
|
700-850
|
Benzol puro
|
555
|
Algodão
|
320
|
Oleo diesel
|
230/350
|
Algodão em rama
|
450
|
Glicerina
|
400
|
Tabaco
|
175
|
Álcool metílico
|
455
|
Fósforo vermelho
|
260
|
Gasolina comum
|
220
|
Fósforo branco (amarelo) auto-inflamável
|
30
|
Gasolina teste
|
240
|
Enxofre
|
215
|
Benzol puro
|
555
|
Algodão pólvora
|
185
|
Oleo combustível
|
250
|
Dinamite
|
180
|
Cânfora
|
460
|
Nitroglicerina
|
160
|
Óleo de linhaça
|
440
|
||
Metanol
|
455
|
||
Naftalina
|
540
|
||
Óleo de oliva
|
440
|
||
Parafina
|
250
|
||
Óleo colza
|
445
|
||
Óleo de rícino
|
450
|
||
Sulfureto de carbureto
|
102
|
||
Solvente de nafta
|
500
|
||
Estearina
|
395
|
||
Alcatrão
|
600
|
||
Toluol
|
535
|
||
Xilol
|
420
|
||
O FENÔMENO DA IGNIÇÃO
Ao se aumentar a temperatura de um material combustível há
um aumento correspondente na sua velocidade de oxidação (Regra de Van't Hoffs).
A oxidação à temperatura normal, com um aumento de temperatura, tem sempre um
correspondente aumento de velocidade até alcançar a temperatura de ignição,
onde ela continua com sinais de fogo subitamente surgidos, na forma de
combustão. Esta transição é chamada de ignição.
A ignição pode ser causada por:
a) Fornecimento externo de energia - ignição externa (a
maioria dos casos de combustão).
b) Fornecimento de energia na forma de calor da própria
oxidação de material combustível – auto-ignição.
ANDAMENTO NORMAL DE UMA AUTO-IGNIÇÃO
A auto-ignição só pode ocorrer se, além das exigências
normais para a combustão, forem preenchidas ainda duas condições:
1. O material combustível já deve se oxidar sensivelmente à
temperatura ambiente.
2. O calor resultante da oxidação do material não deve ser
bem dissipado.
Com estes pressupostos, a auto‑ignição tem o seguinte
decurso:
O material combustível já à temperatura ambiente se combina
em grandes proporções com o oxigênio. Daí se libera calor. A geração de calor
vai produzir um aumento de temperatura. O aumento de temperatura conduz a um
forte aumento de velocidade de oxidação. Para cada 10° C, a velocidade de
oxidação aumenta do dobro até o triplo (Regra de Van't Hoffs), de modo que para
100° C há um aumento de 1.000 vezes e para 200° C um aumento de 1 milhão. Com o
aumento da oxidação há um correspondente aumento na geração de calor, que, por
sua vez, conduz a um aumento de temperatura mais rápido. Daí a velocidade de
oxidação é mais acelerada até que a produção de calor aumenta a temperatura até
a temperatura de ignição. Aí ocorre a ignição, nesse caso a auto‑ignição.
Todos os fatores que aumentam a velocidade de oxidação
favorecem a autoignição (por exemplo: alta temperatura e alta pressão, alta
concentração de oxigênio, influências catalizadoras, umidades, etc.).
Para auto‑ignição se prestam, particularmente, os seguintes
materiais: fósforo branco ou amarelo, depósitos de linhita (acúmulo de calor),
tecidos embebidos com óleo vegetal ou animal, feno fresco em grandes montes.
Por último, a auto‑ignição pode ser iniciada pela atividade
de bactérias e sua correspondente produção de calor. Bactérias conhecidas como
"termófilas" (amigas de calor) podem produzir temperaturas de até 70°
C, quando então elas mesmo morrem. A partir desta temperatura ocorre já uma
sensível oxidação da matéria vegetal, de modo que um correspondente acúmulo
forçado de calor conduz a uma autoignição.
O óleo embebido em tecidos tem uma grande superfície devido
à sua divisão nos fios. Esta grande superfície de contato com o oxigênio
permite grande oxidação em pequeno espaço. Ao mesmo tempo, os tecidos
amontoados permitem grande acúmulo de calor.
A auto‑ignição pode ser evitada pela dissipação de calor
acumulado. Os materiais sujeitos ao fenômeno não devem ser armazenados em pilhas
altas e compactas onde o calor produzido dificilmente pode ser dissipado.
O CALOR
Conceitos de calor e temperatura têm significados diferentes
e não podem ser confundidos.
O calor é uma forma de energia.
Com a temperatura assinalamos o estado de energia de um
material.
A medida de calor é a caloria (cal.) e o quilocaloria (Kcal.), sendo que 1 Kcal é
igual a 1.000 Cal.
Uma quilocaloria é a quantidade de energia necessária para
elevar a temperatura de 1 kg de água de 1 ° C (precisamente de 14,5 a 15,5º C).
A medida de temperatura é o grau Celsius (centésima parte da
escala termométrica da distância entre ponto de congelamento e de evaporação de
água a 760 Tor).
OS EFEITOS FÍSICOS DO CALOR
Dilatação
Todos os materiais sólidos, líquidos ou gasosos se dilatam
com o aquecimento e se contraem com o resfriamento. Uma exceção ocorre com a
água e somente entre 0o C a 40º
C a água se contrai, de modo que a 40º
C ela tem uma densidade maior.
Exemplos de dilatação:
Materiais sólidos: uma barra de aço de 1 em de comprimento
se alonga a 700ºC aproximadamente 10 cm (riscos de desabamentos).
Materiais líquidos: 1 litro de água se dilata 43 cm ' ao
passar de 40º C a 100º C (4,3%).
Materiais gasosos: cada gás duplica de volume com o aumento
de temperatura de 0 a 273ºC e triplica a 546ºC e assim por diante.
O aumento de volume dos gases é a causa nas explosões
físicas. Se um gás for aquecido num recinto fechado, de modo que não possa se
expandir, a pressão aumentará correspondentemente. Em um cilindro de oxigênio
com 150 atm a pressão aumentará até 300 atm com um aquecimento até 300ºC e a
600º C a pressão aumentará até 450 atm (grande risco de explosão).
Num aquecimento por desigual os locais aquecidos se dilatam
mais que os outros, O material ficará, em conseqüência, com tensões internas.
Daí, rompem-se alguns materiais (por exemplo: vidro, granito) devido a um
aquecimento desigual ou um rápido resfriamento desigual (risco de desabamento
de escada de granito).
Mudança de estado
Com aquecimento, a maioria dos materiais sólidos se
transforma no estado líquido (ponto de fusão) e posteriormente no estado gasoso
(ponto de ebulição). Para cada mudança de estado é necessária uma determinada
quantidade de calor.
Para 1 kg de gelo a 0o C se transformar em água a 0o
C são necessários 80 Kcal. Para transformar 1 kg de água a 100º C são
necessárias 539 Kcal.
Modificação da resistência
Com aquecimento altera-se a resistência dos corpos sólidos
(resistência a tração, compressão, elasticidade). Esta alteração é de grande
significado no julgamento do comportamento dos materiais expostos ao fogo.
A capacidade de carga de uma estrutura de aço é de difícil
análise num caso de incêndio, pois, não pode se dizer que temperatura ela já
atingiu. Deve-se pois contar com o risco de que ela possa desabar.
Transmissão de calor
Na pesquisa de uma causa de incêndio é importante saber de
que forma o calor se transmite para o material combustível a fim de se
reconstruir o fenômeno da ignição. Existem três formas diferentes de transmissão
de calor.
a) Condução: ela ocorre num material ou de um material para
outro através do contato direto (por exemplo: ferro elétrico, ferro de soldar).
b) Radiação: ela passa até através de um recinto sem ar
(sol). O calor irradiante pode cobrir grandes distâncias. Nos grandes incêndios
já foram observadas ignições devido ao calor irradiante - mesmo contra a
direção do vento - à distância de 40 m. O calor irradiado aumenta muito com o
aumento de temperatura do corpo (com a 4ª
potência da temperatura absoluta, segundo a regra de Stepan‑Boltz Man),
a intensidade de irradiação diminui com o aumento da distância. Assim, se a
distância aumenta para o dobro o calor irradiante cai para 1/4, se a distância
aumenta o triplo, cai para 1/9 e assim por diante.
c) Convecção: ela está ligada com o fluxo de um material
líquido ou gasoso. Líquido e gases aumentam de volume com o aquecimento e desse
modo tornam-se mais leves que nos locais frios. Daí, por exemplo, num aquecedor
o ar quente sobe e o ar frio flui para este local. Assim, surge no interior de
um recinto uma corrente de ar que transmite calor. Não é a energia que se
desloca, mas sim o próprio meio que a conduz consigo.
Acúmulo de calor
Para iniciar uma combustão, isto é, para aquecer um material
à sua temperatura de ignição, deve ser fornecida determinada quantidade de
calor (ignição externa) ou através de uma oxidação do material (auto-ignição).
Com isto, o fornecimento ou a produção de calor devem ultrapassar em muito as
perdas de calor para o meio ambiente; caso contrário não haverá um aumento de
temperatura para uma ignição. O material combustível deve, pois estar sujeito a um acúmulo de calor.
DIZEMOS QUE HÁ ACÚMULO DE CALOR QUANDO NUM LOCAL EXISTE
FORNECIMENTO OU PRODUÇÃO DE CALOR MAIOR QUE A UTILIZAÇÃO OU DISSIPAÇÃO.
Um acúmulo de calor tem como consequência um aumento de temperatura.
Com um aumento de temperatura, segundo a regra de Van't
Hoffs, aumenta sensivelmente a velocidade de reação; deve a velocidade do
fenômeno da combustão aumentar enquanto existir um acúmulo de calor.
A interrupção do fenômeno da combustão através da eliminação
do acúmulo de calor é feita na técnica de extinção através do resfriamento. Se
for possível retirar calor na zona de combustão mais rapidamente do que ocorre
seu fornecimento então a combustão deve cessar.
Como o acúmulo de calor tem um papel importante no
surgimento ou alastramento de incêndios, ele pode ser prevenido na execução de
instalações ou equipamentos de calor, bem como também deve ser dada atenção
especial às suas vizinhanças, de modo que nenhum material combustível aí
existente possa vir a sofrer acúmulo de calor.
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