Mód 1 - Comportamento do fogo - 2009

Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal Manual bsico de combate a incndio

Mdulo 1 - Comportamento do fogo -

2 edio 2009

Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal

Manual bsico de combate a incndio do Corpo de Bombeiros Militar do Distrito FederalAprovado pela portaria n 30, de 10 de novembro de 2006 e publicado no Boletim Geral n 216, de 16 de novembro de 2006.TEN-CEL QOBM/Comb. RICARDO V. TVORA G. DE CARVALHO, mat. 00188-0

Comisso de Elaborao

CAP QOBM/Comb. LUCIANO MAXIMIANO DA ROSA, mat. 00322-0; CAP QOBM/Comb. MARCELO GOMES DA SILVA, mat. 00341-7; CAP QOBM/Compl. FBIO CAMPOS DE BARROS, mat. 00469-3; CAP QOBM/Compl. GEORGE CAJATY BARBOSA BRAGA, mat. 00477-4; CAP QOBM/Comb. ALAN ALEXANDRE ARAJO, mat. 00354-9; CAP QOBM/Comb. HELEN RAMALHO DE O. LANDIM, mat. 00414-6; CAP QOBM/Comb. DEUSDETE VIEIRA DE SOUZA JNIOR, mat. 00404-9; 1o TEN QOBM/Comb. VANESSA SIGNALE L. MALAQUIAS, mat. 09526-6; 1o TEN QOBM/Comb. ANDR TELLES CAMPOS, mat. 00532-0; 1o TEN QOBM/Comb. SINFRNIO LOPES PEREIRA, mat. 00570-3; 1o TEN QOBM/Comb. MARCOS QUINCOSES SPOTORNO, mat. 00565-7; 2o TEN QOBM/Comb. KARLA MARINA GOMES PEREIRA, mat. 00583-5; 2o TEN QOBM/Comb. RISSEL F. C. CARDOCH VALDEZ, mat. 00589-4; 2o TEN QOBM/Comb. MARCELO DANTAS RAMALHO, mat. 00619-X; 2o TEN KARLA REGINA BARCELLOS ALVES, mat. 00673-4; 1o SGT BM GILVAN BARBOSA RIBEIRO, mat. 04103-3; 2o SGT BM EURPEDES JOS SILVA, mat. 04098-3; 3o SGT BM JOAQUIM PEREIRA LISBOA NETO, mat. 06162-X; 3o SGT BM HELDER DE FARIAS SALAZAR, mat. 07265-6. Comisso de Reviso TEN-CEL QOBM/Comb. WATERLOO C. MEIRELES FILHO, mat.00186-4; MAJ QOBM/Comb. MRCIO BORGES PEREIRA, mat. 00249-6; CAP QOBM/Comb. ALEXANDRE PINHO DE ANDRADE, mat. 00383-2; 1o TEN QOBM/Compl. FTIMA VALRIA F. FERREIRA, mat. 00597-5; 2o TEN QOBM/Comb. LCIO KLEBER B. DE ANDRADE, mat. 00584-3. Reviso Ortogrfica SBM QBMG-1 SOLANGE DE CARVALHO LUSTOSA, mat. 06509-9. Braslia-DF, 10 de novembro de 2006. SOSSGENES DE OLIVEIRA FILHO Coronel QOBM/Comb. Comandante-Geral do Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal


2009 Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal Qualquer parte desta publicao pode ser reproduzida, desde que citada a fonte. Disponvel tambm em CD-ROM.


Apresentao da 2 edio. Apresentao 2Quando o Manual bsico de combate a incndio foi criado, em 2006, tinha por objetivo nortear a conduta do bombeiro do Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal nas aes de combate a incndio urbano, atentando para os princpios basilares da segurana e da efetividade do socorro prestado. Vrias obras subsidiaram o processo de construo do contedo apresentado, com o intuito de fornecer o maior nmero possvel de informaes sobre as aes tcnicas e tticas de combate a incndio e sobre a experincia de outros corpos de bombeiros frente a um inimigo comum. Nesta segunda edio, a comisso teve a oportunidade de rever os conceitos aplicados, por meio da consulta a novas literaturas, bem como aprimorar o contedo j existente, com base na experincia da instruo diria e nas adaptaes que toda profisso requer para evoluir. Neste contexto, no se poderia deixar de agradecer aos profissionais que, direta ou indiretamente, contriburam para que a presente obra fosse atualizada. Com a dedicao que lhes peculiar, alguns militares contriburam para esta reviso, tendo sido designados ou no para tal. Movidos pelo amor profisso, estes militares engrandecem o nome da instituio e inspiram seus colegas. A comisso agradece especialmente ao Coronel QOBM/Comb RRm Ivan Feregueti Ges que, mesmo em seu merecido descanso, no poupou esforos para contribuir, com sua experincia profissional e de ensino, a toda a obra aqui apresentada e de modo especial parte ttica do manual. O presente manual ser revisado sempre que necessrio ao bom desempenho do bombeiro em sua misso vidas alheias e riquezas salvar.



Sumrio ................................................................ ............................................... Introduo ............................................................................... 1 ............................................................. 1. Conceituao bsica ............................................................. 5 2. Combusto........................................................................... 9 Combusto........................................................................... ................................2.1. Elementos do fogo ....................................................................... 11 2.2. Classificao da combusto ....................................................... 292.2.1 Quanto liberao de produtos ................................................. 30 2.2.2 Quanto velocidade da combusto ............................................ 32 2.2.3 Combusto espontnea ............................................................... 37

2.3. 2.4.

O estudo da vela ............................................................................ 38 Exploso ........................................................................................ 47

........................................................ 3. Transferncia de calor ........................................................ 593.1. 3.2. 3.3. Conduo ....................................................................................... 65 Conveco...................................................................................... 73 Radiao trmica ........................................................................... 81

............................................ 4. Processos de extino do fogo ............................................ 854.1. Processos de extino do fogo ...................................................... 854.1.1 Retirada de material ................................................................... 85 4.1.2 Resfriamento................................................................................ 87 4.1.3 Abafamento.................................................................................. 89 4.1.4 Quebra da reao em cadeia ...................................................... 90

4.2.

Principais agentes extintores ........................................................ 904.2.1 gua ............................................................................................ 91 4.2.2 P para extino de incndio ...................................................... 96 4.2.3 Espuma ........................................................................................ 97 4.2.4 Gs carbnico ............................................................................. 99


4.3.

Classes de incndio...................................................................... 1004.3.1 Classe A..................................................................................... 101 4.3.2 Classe B..................................................................................... 102 4.3.3 Classe C .................................................................................... 103 4.3.4 Classe D .................................................................................... 106 4.3.5 Observaes .............................................................................. 109

....................................................... 5. Dinmica do incndio ....................................................... 1115.1. 5.2. 5.3. 5.4. Fases do incndio ........................................................................ 111 Carga de incndio........................................................................ 118 Fumaa ........................................................................................ 119 A influncia dos elementos construtivos na dinmica dos incndios. ..................................................................................... 1235.4.1 Piso falso ................................................................................... 124 5.4.2 Teto falso ................................................................................... 124 5.4.3 Fachadas de vidro ..................................................................... 128 5.4.4 Gesso acartonado ..................................................................... 133 5.4.5 Dutos ......................................................................................... 133

.................................. 6. Comportamentos extremos do fogo .................................. 1376.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. Generalizao do incndio (Flashover) ...................................... 140 Exploso da fumaa - Backdraft ou backdraught ....................... 144 Ignio da fumaa ....................................................................... 150 Sntese dos fenmenos de exploso da fumaa e generalizao do incndio ........................................................................................ 152 Diferenas entre os comportamentos extremos do fogo.............. 153

................................................................ .......................................... Bibliografia .......................................................................... 155


1

IntroduoEsta primeira parte do manual, denominada Mdulo 1, se destina a apresentar o comportamento do incndio, mediante a compreenso do seu principal elemento, o fogo, com seus componentes, e o processo desencadeante da combusto. Primeiramente, so evidenciados os conceitos de fogo e incndio, no intuito de que os bombeiros os diferenciem na misso-fim. No estudo da combusto, so abordados os conceitos de matria, pirlise e energia de ativao, que tm fundamental importncia para que a reao venha a ocorrer, influenciando diretamente os incndios. Conforme a quantidade de energia liberada, a combusto ser classificada como viva (que o caso das chamas propriamente ditas) ou lenta (que o caso das incandescncias ou brasas). A combusto ser classificada como completa ou incompleta quanto combinao dos seus elementos qumicos. Ser apresentada, tambm, a combusto espontnea, de ocorrncia rara, porm muito importante. O estudo da vela, experincia sugerida pelo cientista Faraday no sculo dezenove, apresentado como meio facilitador para se compreender o estudo do fogo, no qual as chamas so classificadas como difusas ou pr-misturadas e uma forma de calcular a altura e a intensidade das chamas conforme o material combustvel em queima. No mesmo estudo, a fumaa caracterizada segundo sua cor branca ou escura conforme os efeitos que produz em um incndio. Mais adiante so explicitados os tipos de exploso ligados ocorrncia de incndios, incluindo-se a exploso de gases presentes na fumaa (fenmeno conhecido como backdraft) e o B.L.E.V.E. (Boiling

Liquid Expanding Vapor Explosion), que uma exploso de recipientedecorrente da expanso do vapor causada pela ebulio do lquido

2


armazenado internamente, como o caso de caminho tanque. Nesse assunto, enfatizado que pode haver exploses tanto pela mistura ar/gs quanto pela mistura ar/poeira, exigindo-se dos bombeiros cuidados essenciais na abordagem de silos e similares. Para compreenso da propagao dos incndios, so abordados os conceitos de energia, calor e temperatura, bem como das formas de transferncia de calor, conduo, conveco e radiao trmica. A dinmica do incndio mostra como os incndios se comportam conforme suas fases inicial, crescente, totalmente desenvolvida e final e a influncia de elementos como a carga de incndio, a fumaa e os aspectos construtivos da edificao nesse processo, com o objetivo de que os bombeiros saibam reconhecer e utilizar essas informaes a favor das aes de preveno e combate aos incndios. Por fim, so apresentados os comportamentos extremos do fogo, tambm conhecidos como incndios de propagao rpida, distribudos em trs grandes fenmenos: flashover, que a generalizao do incndio; fumaa, o backdraft, que a exploso da fumaa; e a ignio da fumaa que ocorre quando a fumaa encontra uma fonte de calor suficiente para deflagr-la. A abordagem desses assuntos visa ao aprendizado por parte dos bombeiros dos conceitos, caractersticas e riscos que decorrem desses fenmenos, a fim de que no venham a ser surpreendidos com a ocorrncia de um comportamento extremo capaz de ferir e at matar quem estiver envolvido nas aes de salvamento e de combate aos incndios estruturais. A informao uma das maiores aliadas do bombeiro no momento de atuar num sinistro, por isso, desde a dcada de 80, alguns corpos de bombeiros europeus vm desenvolvendo estudos para minimizar os riscos e os danos causados por esses fenmenos conhecidos como


3

incndios de propagao rpida. Tal preocupao decorre de diversas leses e perdas humanas, de bombeiros em combate ou de civis, causadas por este tipo de incndio. Segundo relatos, muitos danos aconteceram como conseqncia da abordagem incorreta por parte dos combatentes que, por desconhecimento, negligenciaram a prpria segurana, no utilizando as tcnicas adequadas a cada tipo de fenmeno. Em conseqncia, foram surpreendidos por situaes que fugiram ao controle, sofrendo, por vezes, danos irreversveis. Com este manual bsico, o Corpo de Bombeiros Militar do Distrito Federal tem por objetivo ensinar aos bombeiros como lidar com os comportamentos extremos do fogo de forma eficiente na preservao do patrimnio e, principalmente, da vida e da integridade das guarnies e das vtimas na ocorrncia de um incndio.

4



5

1. Conceituao bsicaPara se compreender como um incndio se processa, necessrio entender, em primeiro lugar, como o fogo ocorre, uma vez que todo incndio est relacionado presena de fogo. Muitas vezes, na linguagem tpica de bombeiros, h referncias a incndio, sinistro, fogo, combusto, queima e chamas de uma forma generalizada, como se todos esses elementos tivessem uma conceituao parecida ou igual. verdade que todos eles fazem parte da rotina da misso dos corpos de bombeiros e alguns deles so at sinnimos, mas no so a mesma coisa e isso precisa estar claro. Primeiramente, h que se lembrar que incndio e fogo so conceitos bem distintos. O fogo utilizado pelo ser humano h milhares de anos que, ao longo do tempo, o incorporou sua vida como algo necessrio para o diaa-dia, em aes como aquecimento de alimentos e do ambiente, industrializao de equipamentos, objetos e metais e outras utilizaes no menos importantes, no sendo possvel humanidade disponibilizar todas as facilidades atualmente existentes se o fogo deixasse de existir.

Figura 1 Fogo

6


J incndio o fogo que foge ao controle do homem, queimando tudo aquilo que a ele no destinado queimar; capaz de produzir danos ao patrimnio e vida por ao das chamas, do calor e da fumaa.O retratado incndio ao lado

causou a perda total do estabelecimento e de dois veculos estacionados em seu interior e quase a perda de uma vida humana.Figura 2 - Incndio em uma capotaria em Taguatinga-DF, em 2005. Taguatinga-

Com a necessidade de estabelecer e aprimorar, ao longo dos anos, mecanismos de pronta resposta para evitar, minimizar e extinguir os incndios, surgiram os corpos de bombeiros, organizaes cuja misso primeira combater os incndios, tambm conhecidos como sinistros, de forma eficiente, diminuindo ou impedindo os danos por eles causados. Por isso mesmo os bombeiros precisam conhecer bem como se processa o fogo, para aprimorarem cada vez mais os recursos de combate aos incndios (equipamentos, tcnicas e tticas) de forma que sejam utilizados de maneira otimizada, visando sempre preservao da vida e do patrimnio.

Os incndios sempre causam prejuzos, sendo funo dos bombeiros prevenir, erradicar ou diminuir seus danos, realizando suas aes de forma eficiente.


7

Todo incndio considerado estrutural neste manual refere-se ao sinistro ocorrido em edificao, tais como prdios, casas, comrcios, hospitais, galpes, independente do material construtivo que a compe. Apesar de focar esse tipo de incndio, os estudos abordados neste mdulo possuem conceitos comuns aos incndios em vegetao e em veculos, os quais facilitaro o aprendizado quando forem abordados esses tipos de ocorrncia. A combusto (fogo) uma reao qumica que se processa entre uma substncia combustvel (como um pedao de madeira, papel, tecido, borracha, etc.), ao sofrer um aquecimento, e o ar, produzindo luz e calor em uma forma de reao sustentvel. importante frisar que fogo e combusto so sinnimos. Enquanto aquele mais conhecido usualmente, este bastante utilizado nos estudos cientficos e ambos significam queima. Portanto, toda e qualquer abordagem, neste manual, sobre fogo, combusto ou queima refere-se ao mesmo processo. Para compreender bem todo o processo da combusto, so imprescindveis estudos especficos, ensaios laboratoriais, treinamentos e simulaes (ver Figura 3), a fim de reproduzir as condies dos incndios e a aplicao prtica dos estudos. Essas atividades visam capacitar os bombeiros nas mais eficientes formas de combate a incndios, em busca de um aprimoramento tcnico-cientfico constante.

8


Simulao CTO/CBMDF, Figura 3 - Simulao de combate a incndio realizado no CTO/CBMDF, em 2005.

A luz que produzida pela combusto conhecida como chama, que consiste na parte visvel do fogo. Os conceitos de combusto e chama merecem especial ateno e sero abordados de maneira aprofundada a seguir.


9

2. CombustoAntes de se tratar da combusto propriamente dita, preciso lembrar o que ocorre antes que uma substncia queime, ou seja, entre em combusto. Tudo o que existe no universo formado de matria, a qual pode ser definida, de uma forma simplificada, como algo que ocupa espao e composta por molculas que, por sua vez, so constitudas por tomos de um ou mais elementos em uma combinao qumica. Como a matria interage entre si, substncias so criadas, transformadas e destrudas. A matria, porm, no pode ser destruda, apenas transformada. A maior parte do que existe no universo composta por molculas que so normalmente estveis, mantendo sua forma, a menos que algo as faa mudar de condio. Se uma fonte de calor que pode ser um fsforo aceso, uma fagulha ou um corpo aquecido aproxima-se de uma substncia qualquer (matria), inicia-se a uma reao qumica entre esta e o oxignio presente no ar, com um aumento gradual de temperatura e de liberao de calor, fazendo com que as molculas, antes estveis, sejam quebradas. A pirlise, tambm conhecida como decomposio trmica, o processo de quebra das molculas que compem uma substncia em outras molculas ou tomos, em conseqncia da ao do calor. A maioria dos combustveis slidos e lquidos passa primeiramente para o estado gasoso antes de sua ignio, o que vale dizer que todos estaro na fase gasosa para sofrer combusto. Os gases combustveis desprendidos durante a pirlise influenciam sobremaneira o comportamento da queima, por causa das

10


molculas e tomos que os compem e que reagem com o oxignio durante toda a queima, permanecendo prximo substncia decomposta.

Pirlise a decomposio qumica de uma substncia mediante a ao do calor.

A Figura 4 mostra uma cena tpica deA figura 4 mostra uma cena tpica de incndio, no qual os mveis ainda no atingidos pelas chamas comeam a

incndio, no qual os mveis ainda no atingidos pelas chamas comeam a desprender gases gases combustveis combustveis pelo pelo desprender aquecimento do ambiente. Isso significa aquecimento do ambiente. Isso significa queestoesto sofrendo pirlise. que sofrendo pirlise. Se no houver interferncia, em pouco Se no houver interferncia, em pouco tempo, os mveis se inflamam, fazendo comFonte: Explosion de Fumes Embrasement Gnralis clair

tempo, os mveis se inflamam, fazendo com que todo o ambiente fique tomado pelas chamas.

Figura 4 - Desenho esquemtico de uma situao antes da generalizao do incndio

A energia de ativao a energia necessria para iniciar uma reao qumica. No caso deste estudo, a energia mnima para fazer com que o material combustvel entre em pirlise. Essa quantidade de energia varia conforme o material combustvel. Em via de regra, quanto melhor a mistura (combinao) entre o combustvel e o ar, menor ser a energia necessria para iniciar a combusto, ou seja, mais facilmente ocorrer a queima.


11

Antes de ocorrer a combusto, as substncias (slidas e lquidas) sofrem pirlise, por causa da energia de ativao no material combustvel.

medida que os gases desprendidos pela pirlise se inflamam, gerando luz (chama) e calor, obtm-se o fogo (combusto).

Combusto pode ser definida, ento, como a reao qumica envolvendo uma substncia combustvel e um agente oxidante, normalmente o oxignio do ar, produzindo luz e energia.

2.1. Elementos do fogo Durante muito tempo acreditou-se que, para haver fogo, eram necessrios trs elementos: o oxignio, tambm chamado de comburente; o calor, responsvel por fornecer energia mistura; e o combustvel, constituindo-se assim o tringulo do fogo (Figura 5).

nte

Ca

mb u re

lo r

CoFigura 5 - Tringulo do fogo

12


Nos ltimos anos, estudos cientficos mostraram que existe uma reao qumica contnua entre o combustvel e o comburente, a qual libera mais calor para a reao e mantm a combusto em um processo sustentvel, que a reao em cadeia. Como ser abordado mais adiante, essa reao responsvel por fornecer continuamente o calor necessrio e os gases combustveis que permitem o desenvolvimento da combusto. Alguns autores passaram, ento, a admitir a incluso desse quarto elemento e, consequentemente, a figura de um tetraedro (Figura 6) como a forma mais precisa para o estudo do processo de combusto.

possvel

observar

a

existncia de quatro tringulos. As faces da pirmide representam o calor. oxignio, o combustvel e o calor O tringulo da base representa a cadeia, reao em cadeia sendo a interface entre os outros trs elementos.

Figura 6 - Tetraedro do fogo

Tetraedro do fogo a combinao do combustvel com o oxignio, na presena de uma fonte de calor, em uma reao qumica em cadeia, liberando energia em forma de luz e mais calor, alm de outros produtos qumicos.

Na anlise de ambas as figuras, possvel observar que, quando se trata de elemento propriamente dito, existem no tringulo ou no


13

tetraedro do fogo: o comburente, o combustvel e o calor. A reao em cadeia um processo que une estes elementos, dando sustentabilidade reao e no um elemento em si. A Figura 7 capaz de representar este processo.

nte

Ca

mb u re

ea o e

m cad

lo r

eia

Co

Representao Figura 7 Representao do fogo

importante lembrar que, independente da figura que o representa, o fogo extinto quando um dos seus elementos retirado ou quando a reao que os envolve interrompida. Saber control-los fundamental para o xito dos bombeiros no combate ao incndio. O calor, antigamente conhecido como agente gneo, o componente energtico do fogo e ser o elemento responsvel pelo incio da combusto. o elemento que causa a vaporizao do combustvel (slido ou lquido), sendo responsvel por manter a temperatura da reao, que, durante a combusto, continuar havendo a liberao de mais calor. Como dito anteriormente, na maior parte dos combustveis h uma mudana de estado para o gasoso antes de inflamar-se. Nos combustveis

R

14


gasosos, isso no ocorre, pois j esto em condies de alcanarem a ignio. Uma fonte de calor pode ser qualquer elemento que faa com que o combustvel slido ou lquido desprenda gases combustveis e venha a se inflamar. Na prtica, pode ser uma chama, uma fagulha (fasca ou centelha) ou ainda uma superfcie aquecida. A superfcie aquecida, a qual pode ser obtida por meio de um forno de fogo que acabou de ser utilizado, de equipamento eletroeletrnico com defeito ou, ainda, de maquinrio industrial que dissipe grande quantidade de calor, costuma ser menosprezada pelos bombeiros em ocorrncias envolvendo vazamento de gs ou ainda durante o combate a incndio, contudo, tal esquecimento pode causar acidentes.

A existncia de superfcies aquecidas em um ambiente com vazamento de gs pode deflagrar uma exploso no ambiente, mesmo sem a presena de chamas.

Portanto, importante lembrar que o risco de uma fonte de calor no se resume chama. A temperatura atingida por uma superfcie aquecida suficientemente capaz de iniciar um incndio ou deflagrar uma exploso em muitos materiais combustveis. Da mesma forma, se um combustvel lquido armazenado em tanque for aquecido, o calor distribuir-se- por todo o volume de combustvel. Quando estiver totalmente aquecido e houver a impossibilidade de dissipao do calor para o ambiente, ocorrer um aumento de temperatura tal capaz de fazer com que o lquido entre em ebulio e atinja o ponto de auto-ignio. A Tabela 1 apresenta as temperaturas estimadas das principais fontes de calor iniciadoras de incndio.


15

Tabela 1 - Estimativa da temperatura de algumas fontes de calorFonte de calor Vela A 15 cm da chama da vela Arco eltrico Chama de lcool Chama de fsforo Chama de gs Cigarro Fsforo Lmpada Madeira queimando Oxi-acetileno Temperatura oC 700 1400 200 4000 1200 1700 1500 1000 1500 300 400 800 170 200 1000 1400 2000 3000

Fonte: Tactical Firefighting, Paul Grimwood

Em outras palavras, pode-se dizer que, no tetraedro do fogo, o calor responsvel por: produzir os vapores combustveis em materiais slidos e lquidos (pirlise); causar a ignio do material combustvel (slido, lquido ou gasoso); e promover o crescimento e propagao das chamas, pela manuteno de um ciclo contnuo de produo de vapor de combustvel e de energia para ignio desse material.

Uma fonte de calor pode ser obtida por uma fagulha, pelo contato direto da chama ou pelo aumento da temperatura ambiente. No processo de combusto, os materiais combustveis atingem pontos diferentes de temperatura medida que se vo aquecendo, ou seja, medida que sofrem pirlise. Esses so conhecidos como pontos de temperatura. temperatura

16


O ponto de fulgor, tambm chamado de flashpoint, atingido quando os vapores liberados pelo material combustvel slido ou lquido entram em ignio em contato com uma fonte externa de calor, porm ao retir-la, as chamas no se mantm. Isso ocorre, porque a quantidade de vapores combustveis liberada muito pequena.No ponto de fulgor, a chama acende e se apaga quando a fonte de calor se aproxima e se afasta, respectivamente.

O ponto de ignio, tambm chamado de firepoint, atingido quando os vapores liberados pelo material combustvel entram em ignio em contato com uma fonte externa de calor, mantendo a chama mesmo com a retirada da fonte. Reaes sustentveis de combusto ocorrem quando calor suficiente, proveniente de uma reao exotrmica (reao que libera calor), gerado nas imediaes do combustvel, produzindo vapores em concentrao suficiente que permita o desenvolvimento autosustentvel da combusto.No ponto de ignio, a chama se mantm quando a fonte de calor inicial se afasta.

A auto-ignio de um determinado material combustvel ocorre autoquando, em condies atmosfricas normais, este material inflama-se espontaneamente, sem a presena de uma fonte externa de calor, tais como, chama ou fagulha. Sua temperatura pode coincidir ou no com a temperatura do ponto de ignio do mesmo material.


17

No ponto de auto-ignio, o combustvel sofre um aquecimento gradual at se inflamar sem a presena de uma fonte direta de calor.

Um material combustvel considerado inflamvel quando seu ponto de fulgor menor que 80 C, sendo slido, lquido ou gasoso. A Tabela 2 apresenta a temperatura de ignio de materiais comumente presentes em incndio como madeira, carpete, gesso e borracha.

18


Tabela 2 - Temperatura de ignio de alguns materiaisMaterial Madeirite (0,635cm) Madeirite (1,27cm) Madeirite resistente ao fogo (1,27cm) Compensado (6,35mm) Compensado (3,175mm) Compensado envernizado (3,4mm) Compensado laqueado Placa de fibra isolante trmico Espuma rgida (2,54cm) Espuma flexvel (2,54cm) Poliestireno (5,08cm) Policarbonato (1,52mm) Polmero PMMA tipo C (1,27cm) Polmero PMMA polycast (1,59mm) Carpete n. 1 de algodo padro Carpete n. 2 de algodo no tratado Carpete n. 2 de algodo tratado Carpete mistura de nylon/algodo Carpete acrlico Placa de gesso comum (1,27mm) Placa de gesso resistente ao fogo (1,27cm) Placa de gesso com papel prensado Cobertura asfltica Cobertura de fibra de vidro Vidro reforado com polister (2,24mm) Vidro reforado com polister (1,14mm) Temp. de Fluxo de liberao ignio (C) de energia (kW/m2) 390 390 620 298 365 400 400 355 435 390 630 528 378 278 465 435 455 412 300 565 510 412 378 445 390 400 16 16 44 10 14 17 17 14 20 16 46 30 15 9 23 20 22 18 10 35 28 18 15 21 16 17

Fonte: J.G. Quintiere, Principles of Fire Behavior

O comburente a substncia que reage com os gases combustveis liberados na pirlise, tambm conhecida como agente oxidante. Na maioria das vezes, o comburente ser o oxignio, elemento presente na atmosfera terrestre.


19

O oxignio intensifica a combusto.

Na concentrao normalmente presente no ar, em torno de 21%, o oxignio permite que ocorra a livre queima das substncias, com a presena de chamas. Se a concentrao de oxignio na reao diminuir, as chamas sofrero diminuio ou total extino. Na medida em que a combusto se processa, a quantidade do comburente em um ambiente determinante para a propagao ou para a extino do fogo. Se houver uma diminuio do oxignio, ainda que por ao do incndio, a combusto ser mais lenta. Se, ao contrrio, houver abundncia de oxignio, a reao qumica ser acelerada, intensificando as chamas. Na concentrao de 15% de oxignio no ambiente, ocorre a extino das chamas. Entretanto, o ambiente continua bastante aquecido, bastando apenas a insero de ar para que se inflamem novamente. Isso pode ocorrer com a entrada dos bombeiros no local para o combate. Em um incndio estrutural, a condio do ambiente pouco ventilado devido delimitao das paredes e do teto exigir maior cuidado e ateno por parte dos bombeiros, pois a quantidade de ar disponvel para a queima limitada. Existem substncias que tambm atuam como comburentes, tais como: o cloro (Cl2), o cloreto de sdio (NaCl), o clorito de sdio (NaClO2) e o clorato de sdio (NaClO3), o que exige muito cuidado em ambientes onde eles se encontram.

20


Tambm pode haver ocorrncia de fogo em atmosferas com ausncia de oxignio, quando os combustveis comuns so misturados com oxidantes qumicos, os quais conseguem liberar oxignio com facilidade, como o fertilizante nitrato de amnio (NH4NO3), nitrato de potssio (KNO3) e perxido de hidrognio (H2O2). Atmosferas enriquecidas com oxignio, como o caso de indstrias, hospitais e locais com utilizao de oxi-acetileno (maaricos) ou de aparelhos de oxigenoterapia podem apresentar, no caso de incndio, velocidade e intensidade de queima superior ao que comumente ocorre, o que exigir dos bombeiros tambm maior cuidado e ateno. Os leos, na presena de altos nveis de oxignio, sofrem ignio espontnea, ou seja, entram em ignio sem a presena de uma fonte de calor. Por esse motivo, canos, dutos, instrumentos de medio e engates que transportam oxignio devem possuir aviso de advertncia de no usar leo. O Nomex(R), material utilizado nos equipamentos de proteo individual de roupas de aproximao, tambm se inflama em contato com altos nveis de concentrao de oxignio independente de uma fonte de calor. Por isso, os bombeiros devem ter mais cautela na abordagem de ocorrncias com atmosferas enriquecidas de oxignio, como o caso de indstrias ou de hospitais, independente da presena de fonte de calor. O combustvel o elemento definido como o campo de propagao do fogo. todo material capaz de queimar quando aquecido e mantm a combusto. Os combustveis podem ser classificados conforme o seu estado fsico em slido, lquido ou gasoso. So exemplos: slido: madeira, papel, tecido, borracha, etc; lquido: diesel, gasolina, lcool, querosene, etc; e


21

gasoso: G.L.P. (gs liquefeito de petrleo), acetileno, gs natural, etc. A maior parte dos combustveis slidos passa para o estado gasoso antes de alcanar a ignio, mediante a liberao dos gases pela pirlise. Exemplos de exceo dessa regra so: o enxofre, os metais alcalinos potssio, clcio a cnfora e a naftalina, que queimam diretamente em sua forma slida. Os combustveis lquidos necessitam sofrer vaporizao ou dissoluo em pequenas gotas (atomizao) para que se inflamem. possvel observar que, na queima de lquido, a chama ocorre a certa distncia da superfcie. Essa regra vlida para os lquidos combustveis ou inflamveis, quando aproximados de uma fonte de calor externa.

O estado gasoso o estado ideal para as queimas, essencialmente necessrio para a combusto. Portanto, a maioria dos combustveis slidos e lquidos passa para o estado gasoso antes de se inflamar.

Tal fenmeno pode ser observado ao atear fogo em um pedao de madeira, que um combustvel slido. possvel notar que as chamas se desenvolvem a partir de uma determinada altura, no tocando sua superfcie, o que significa que esto sendo queimados os gases liberados por ele (ver Figura 8).

22


Na foto ao lado, possvel observar que a chama envolve a madeira, a certa distncia, queimando os gases combustveis liberados por esta e no diretamente sua superfcie.

Figura 8 Chama envolvendo um pedao de madeira

Chama-se de estado normal dos combustveis aquele no qual o material existe sob condies normais de temperatura e presso, ou seja, 21 C e 1 atmosfera. Condies acima desses valores so comuns em incndios e fazem com que os combustveis entrem em pirlise e, continuando a reao, atinjam o seu ponto de ignio, propagando o incndio. A presso e a temperatura tambm influem diretamente no estado fsico do combustvel, bem como no desenvolvimento da combusto. Exemplo prtico para se evitar tal ocorrncia consiste nos bombeiros manterem um lquido armazenado ou derramado resfriado o suficiente para evitar sua evaporao, prevenindo a pirlise e a combusto desse material. A mudana do estado fsico de um material combustvel pode assumir uma das formas mostradas na Figura 9:


23

Sublimao

Fuso

Evaporao

LQUIDO

SLIDO

Fuso

Decomposio + Evaporao Decomposio + Evaporao

Decomposio + Fuso

Decomposio + evaporao

Fonte: An Introduction to Fire Dynamics, D. DrysdaleFigura 9 - Principais processos de mudana de estado fsico

Quanto

sua

composio,

os

combustveis

podem

VAPOR

ser

classificados como orgnicos ou inorgnicos. So chamadas de combustveis orgnicos todas as substncias que so ou j foram organismos vivos, como a madeira e o papel. Vale ressaltar que esse conceito se aplica tambm aos organismos que no necessariamente tenham sido vivos, mas que sejam compostos de elementos que j foram vivos, como os derivados de petrleo. Os combustveis orgnicos compostos de carbono e hidrognio so denominados hidrocarbonetos. Outros, como o plstico e a borracha, podem conter, alm de carbono e hidrognio, outros elementos como nitrognio, cloro, flor e enxofre. Os combustveis inorgnicos, comumente denominados de minerais, no possuem carbono em sua estrutura molecular, sendo que geralmente no contribuem significativamente no processo de combusto,

24


por serem pouco combustveis. So exemplos: o ferro, magnsio e sdio, bem como granito, quartzo e silcio. A velocidade da queima depender de dois fatores: da capacidade do combustvel de combinar-se com o oxignio sob a ao do calor, o que caracteriza sua combustibilidade; exemplo: a madeira mais combustvel que o ao; e da rea disponvel para a queima - quanto maior for a rea superficial do combustvel exposta ao calor, o que representa sua relao superfcie versus massa, mais fcil ser de se alcanar a ignio da substncia e, conseqentemente, menor ser a energia de ativao necessria para faz-la entrar em pirlise. Exemplo: se uma chama de fsforo for aproximada de um tronco de rvore, o fogo, muito provavelmente, no se sustentar; se, entretanto, for aproximado o mesmo fsforo da madeira, em igual quantidade, s que em forma de serragem, o resultado ser bem diferente. Outro exemplo o de alguns lquidos inflamveis, como diesel, caracterizado pela dificuldade de alcanar a ignio quando se encontra em forma de poa, mas queima rapidamente se estiver na forma de spray (partculas suspensas), necessitando de uma energia bem menor para inflamar-se.

A combustibilidade de um material a sua capacidade de reagir com o oxignio ao ser aquecido, dependendo de sua forma e composio. Por isso alguns materiais so mais combustveis que outros. Um mesmo material ter nveis diferentes de combustibilidade dependendo da forma em que se encontra.


25

A rea de queima do material combustvel representada pelo coeficiente superfcie-massa do objeto. A combusto da madeira pode ser tomada novamente como exemplo. Um tronco de madeira ir queimar mais lentamente que uma fogueira feita com a lenha do mesmo tronco em pedaos. A massa de madeira nas duas situaes rigorosamente a mesma, porm a superfcie de madeira exposta s chamas bem maior no caso da fogueira. Portanto, a combusto se d com maior facilidade nesse caso, ou seja, quanto maior for esse coeficiente, mais completa ser a queima do material combustvel, em razo da forma em que se apresenta no ambiente em que ocorre o incndio. A reao em cadeia, parte integrante do tetraedro do fogo, o processo que envolve os trs elementos: combustvel, comburente e fonte de calor. a reao qumica ocorrida na combusto que se processa pela combinao do oxignio com os tomos e molculas, resultantes da quebra molecular do material combustvel pela ao do calor. Cada material combustvel possui uma estrutura molecular prpria, o que faz com que sua combinao com o oxignio seja tambm varivel e resulte em diferentes produtos.

O calor inicial quebra as molculas do combustvel, as quais reagem com o oxignio, gerando mais luz e calor que, por sua vez, vo decompor outras molculas, continuando o processo de forma sustentvel.

Na maioria das vezes, as reaes qumicas da combusto resultaro em tomos e molculas capazes de continuar reagindo com o oxignio, gerando assim um processo sustentvel de queima, por isso o nome reao em cadeia.

26


Para uma maior compreenso, ser demonstrada a reao qumica ocorrida durante a combusto do hidrognio. Em uma situao hipottica, um determinado ambiente est cheio de molculas estveis de hidrognio (H2), que ser o combustvel; e oxignio (O2), que um comburente. Para fins didticos, sero consideradas somente quatro molculas de H2 e uma de O2.

H

H O O

H H H

H H H

Figura 10 - Situao inicial com 4 molculas de hidrognio e uma de oxignio

A formao acima estvel. Entretanto, ao sofrer aquecimento pela ao de uma fonte de calor, a molcula de hidrognio esquerda da figura se quebrar formando dois tomos instveis de hidrognio, como na figura abaixo.

H

H

HO O

H H H

H H

Figura 11 - Quebra do hidrognio

Para alcanar o equilbrio, os tomos de hidrognio iro reagir com os tomos de oxignio, fazendo a quebra dessa molcula. Novamente, por fins didticos, s ser considerada a reao com um tomo de


27

hidrognio. O outro tomo, o da esquerda na figura acima, sofrer o mesmo processo que este, mas ser desconsiderado no exemplo.

H

O

HO

H H H

hidroxila

H H

Figura 12 Formao da hidroxila

Ao reagir com o oxignio, o tomo de hidrognio formou uma molcula (hidroxila) e deixou um tomo de oxignio sozinho. Tanto a hidroxila quanto o tomo de oxignio so instveis e iro decompor outras molculas de hidrognio at alcanarem o equilbrio. A hidroxila ir reagir rapidamente com uma molcula de hidrognio (H2), produzindo uma molcula de gua (H2O) e deixando outro tomo de hidrognio sozinho. O tomo de oxignio liberado no passo anterior (ver Figura 12) reage com outra molcula de hidrognio (H2), produzindo uma nova hidroxila (OH) e deixando sozinho outro tomo de hidrognio.

H

O

HO

H H H H H

Figura 13 - Quebra de outras duas molculas de hidrognio

28


Na continuao do processo, foram deixados dois tomos de hidrognio sozinhos, aumentando a instabilidade das molculas da reao (ver Figura 13). A nova hidroxila ir ento quebrar outra molcula de hidrognio para formar uma outra molcula de gua, deixando sozinho outro tomo de hidrognio, conforme a disposio abaixo (ver Figura 14).

H

O

H HO

H H H H

Figura 14 Resultado da quebra: trs outros tomos instveis de hidrognio

Como a molcula de gua estvel, de sua parte no haver mais quebras. Se os produtos dessa queima fossem somente a gua, a reao seria estvel. Entretanto, formaram-se tambm tomos instveis de hidrognio. Desse modo, possvel observar que a reao inicial de um nico tomo de hidrognio resultou em outros trs tomos. Estes, por serem instveis, so capazes de continuar reagindo e quebrando outras molculas. Continuando a reao, esses 3 tomos resultaro em mais 9. Os 9 iro liberar mais 27, os quais formaro mais 81 e assim por diante. Isso um exemplo de reao em cadeia. Essas molculas e tomos instveis, tambm denominados ons, esto presentes no ambiente e tendem a se concentrar nas chamas e na fumaa. Durante todo esse processo de quebra, h liberao de energia em forma de calor, que faz com que a reao se sustente. Por isso, a combusto considerada uma reao sustentvel, mantendo as chamas e


29

o calor at que haja alguma interferncia no sentido de interromper esse processo. A continuidade da reao em cadeia ser diretamente influenciada pela capacidade de o material combustvel absorver e reter o calor aplicado. Se ele dissipar mais calor do que absorve, a quebra molecular ser interrompida e o processo de queima se extinguir. Diante de tudo o que foi exposto, correto afirmar que o incndio produzir fumaa, contendo em seu interior tomos e molculas em condies de continuar reagindo com o oxignio e muito calor. Em um ambiente fechado (como um cmodo), a fumaa necessitar apenas de oxignio para alcanar a ignio de forma rpida e violenta, o que pode ser obtido pela insero de ar no ambiente por uma ao incorreta dos bombeiros. 2.2. Classificao da combusto O fogo, ou combusto, geralmente envolve a liberao de luz e energia em quantidades suficientes para ser perceptvel. Mas nem sempre existir luz em uma chama. Um exemplo dessa exceo a queima do hidrognio, que produz apenas vapor dgua por meio da sua reao qumica com o oxignio. Embora no exista chama visvel, muita energia produzida, o que faz com que seja nomeada como combusto. A combusto pode ser classificada, quanto sua velocidade de reao, em viva ou lenta. Quanto formao de produtos da combusto, pode ser classificada como completa ou incompleta. Existe, ainda, a combusto espontnea, que ser abordada em separado, em funo de suas particularidades.

30


2.2.1 Quanto liberao de produtosQuanto aos produtos liberados, a combusto pode ser completa ou incompleta. Combusto incompleta Todos os produtos instveis (ons) provenientes da reao em cadeia caracterizam uma combusto incompleta, que a forma mais comum de combusto.

A combusto incompleta a combusto que libera resduos que no foram totalmente consumidos durante o processo de queima, provenientes da reao em cadeia e capazes de continuar reagindo com o ar.

Esses tomos e molculas instveis resultantes da quebra molecular dos combustveis continuaro reagindo com as molculas de oxignio, decompondo-as e formando outras substncias. Durante todo esse processo, haver produo de mais chamas e calor, o que exigir uma interferncia externa para que a reao pare e as chamas sejam extintas. Em incndios estruturais, devido s caractersticas construtivas do ambiente (delimitado por teto e paredes), normalmente, a quantidade de oxignio disponvel para o fogo limitada e tende a decrescer. Essa condio far com que as chamas sofram uma diminuio e at se apaguem. Entretanto, mesmo com a diminuio destas, a camada gasosa presente na fumaa permanece aquecida e carregada de ons capazes de reagir com o oxignio, o que a torna uma massa combustvel, necessitando apenas de ar para reiniciar a combusto.


31

Se a ao dos bombeiros no for cuidadosa e dentro das tcnicas de combate a incndio apropriadas, pode haver uma exploso da fumaa, conhecida como backdraft, que ser abordada mais adiante, expondo os bombeiros e as vtimas morte ou a danos graves.

Se qualquer um dos elementos do fogo for retirado, o fogo ser extinto. Saber controlar esse processo muito importante para o trabalho dos bombeiros na preveno e no combate aos incndios.

A combusto incompleta gera resduos que compem a fumaa. Combusto completa Em algumas reaes qumicas pode ocorrer uma combusto

completa, o que significa dizer que todas as molculas do combustvelreagiram completamente com as molculas de oxignio, tornando seus produtos estveis. Tambm chamada de combusto ideal, seus produtos so apenas dixido de carbono e gua. Como exemplo, analise-se a combusto do metano: uma molcula de metano (CH4), ao reagir com duas molculas de oxignio (O2), forma duas molculas de gua (H2O) e uma de dixido de carbono (CO2) em uma combusto completa, conforme a equao:

CH4 + 2 O2

2 H2O + CO2

O problema que essa equao descreve uma situao ideal. Nos incndios, geralmente, a mistura muito rica em metano (ou

32


qualquer outro combustvel), havendo a formao de monxido de carbono (CO) e no somente de dixido (CO2). O monxido, por sua vez, instvel e vai continuar reagindo com o oxignio, quebrando outra molcula e formando outras substncias instveis. Isso gera uma reao em cadeia semelhante ao que ocorre com o gs hidrognio e com a maioria dos combustveis presentes na natureza. Exemplos prticos de combusto completa, tambm conhecida como queima limpa, so as chamas obtidas pelo fogo e pelo maarico.

Combusto completa aquela em que o combustvel reage perfeitamente com o comburente, produzindo somente gua e dixido de carbono.

importante lembrar que combusto completa no o mesmo que queima total. A queima total de uma substncia a situao na qual todo o material combustvel presente no ambiente j foi atingido pela combusto, enquanto que a combusto completa a combinao estequiomtrica entre o combustvel e o oxignio.

2.2.2 Quanto velocidade da combustoQuanto sua velocidade de reao, a combusto pode ser viva ou lenta. Combusto viva A combusto viva o fogo caracterizado pela presena de chama. Pela sua influncia na intensidade do incndio, considerada como sendo o tipo mais importante de combusto e, por causa disso, costuma receber quase todas as atenes durante o combate.


33

Figura 15 - Exemplo de combusto viva

importante lembrar que s pode existir uma combusto viva quando houver um gs ou vapor queimando, ainda que proveniente de combustveis slidos ou lquidos, uma vez que a combusto se processa em ambiente gasoso. O tamanho da chama no um fator relevante para classificar a reao como combusto viva. Para que isso ocorra necessrio que uma quantidade suficientemente perceptvel de energia seja liberada, ou seja, a relao entre a energia de ativao e a unidade de volume de uma reao qumica que determina se a reao fogo ou no. No comeo da combusto, esse nvel de energia inicial pode ser em torno de 1.000 (103) kW/m3, que suficiente para aquecer 1 grama de gua em 1 C por segundo. Reaes sustentveis de incndio podem atingir densidades muito maiores algo em torno de 1010 kW/m3. A temperatura nessa zona de reao pode atingir 2000 C em combustveis lquidos e 1000 C em combustveis slidos (incandescncia). A taxa de liberao de calor em uma combusto caracteriza a potncia, ou seja, a quantidade de energia liberada em um determinado intervalo de tempo (normalmente dado em kJ/s ou kW) e uma medida quantitativa do tamanho do incndio. Ela descreve como ser liberada a energia disponvel dos materiais existentes no local. Alguns exemplos de pico de taxas de liberao de calor podem ser vistos na tabela Tabela 3.

34


Tabela 3 - Taxa de liberao de calor de alguns materiaisMaterial Cesta de lixo pequena Saco de lixo com 5 kg de plstico e papel Colcho de algodo Mvel para TV (estante) Cadeira de PVC com armao de metal Poltrona de algodo Gasolina (recipiente - dimetro 0,61 m) rvore de natal natural seca Colcho de poliuretano Poltrona de poliuretano Sof de poliuretano Massa (kg) 0,7 6,1 1,1 3,4 11,8 13,2 31,3 32,7 15,4 17,7 31,8 19 5,4 7,3 3,2 14,1 12,2 27,2 51,3Fonte: National Fire Protection Association (NFPA) 921

Pico da taxa de liberao de calor (kW) 4 18 140 350 40 970 120 290 270 290 370 400 500 650 810 2.630 1.350 1.990 3.120

Combusto lenta A incandescncia smoldering um processo de combusto relativamente lento que ocorre entre o oxignio e um slido combustvel, comumente chamado de brasa. Incandescncias podem ser o incio ou o fim de uma chama, ou seja, de uma combusto viva. Em todos os casos h produo de luz, calor e fumaa.

Figura 16 - Incandescncia em um incndio


35

A reao se desenvolve na superfcie do slido e o oxignio se difunde para a superfcie deste, a qual comea a luzir e a queimar. A luminescncia indicativa de temperaturas acima de 1000 C. Geralmente, h presena de incandescncia na fase final dos incndios. Ela pode tornar-se uma combusto viva se houver um aumento do fluxo de ar sobre o combustvel, semelhantemente ao efeito que se deseja obter ao acender uma churrasqueira. Por isso, uma ao de ventilao mal realizada por parte dos bombeiros, durante o combate ao incndio ou no rescaldo, poder agravar as condies do sinistro, reignindo os materiais combustveis.

Incandescncias atingem altas temperaturas e esto presentes na tanto na fase inicial quanto na final de incndios e nessa fase, oferecem risco de re-ignio dos materiais.

Um cigarro sobre uma poltrona ou colcho inicia uma combusto lenta que pode resultar em uma combusto viva e, conseqentemente, em um incndio. A velocidade da reao da combusto lenta depende de muitos fatores, mas geralmente da ordem de 10-2 a 10-3 cm/s ou aproximadamente 1 a 5 mm/minuto. Altos nveis de monxido de carbono (CO) esto associados a esses tipos de combusto. Mais de 10% da massa combustvel convertida em CO, o qual necessita de ar para continuar reagindo, embora a quantidade requerida seja pouca. Em um incndio, essa combusto, apesar de ser muito lenta, potencialmente mortal devido produo de monxido de carbono.

36


A combusto lenta est presente no final dos incndios e potencialmente letal devido produo de monxido de carbono. Em todos os casos h produo de luz, calor e fumaa.

A incandescncia geralmente ocorre em: 1. combustveis slidos porosos, como fumos, carvo, ou, ainda, a espuma ou algodo de colches; 2. em combinao de combustveis, como a mistura de tecidos com algodo ou polmeros como o caso de sofs; e 3. em locais de descarga de combustveis slidos j queimados como o caso de lixes ou carvoaria. importante no confundir combusto lenta com reao lenta. Em uma reao lenta, ocorrer uma deteriorao gradual e quase imperceptvel do material, como o caso da oxidao, no havendo liberao significativa de calor. Um exemplo clssico de oxidao o ferro em processo de ferrugem (Figura 17). O oxignio da atmosfera combina com as propriedades do ferro e gradualmente, retira as ligaes que mantm os tomos de ferro juntos. Entretanto, no h liberao de calor suficiente para classific-lo como combusto.

ferrugem, Figura 17 - Material sob ao da ferrugem, que caracteriza uma reao lenta


37

2.2.3 Combusto espontneaEm todas as formas de combusto apresentadas at agora, fez-se referncia presena de uma fonte externa de calor para dar incio a um processo de queima. Entretanto, importante abordar um tipo de combusto que foge a essa regra, de rara ocorrncia, que no necessita de uma fonte externa de calor. o caso da combusto espontnea. A combusto espontnea um processo de combusto que comea, geralmente, com uma lenta oxidao do combustvel exposto ao ar. Pode ocorrer com materiais como o fsforo branco, amontoados de algodo ou em curtumes (tratamentos de peles de animais). Nesses dois ltimos, h uma decomposio orgnica do material e a reao qumica relativamente lenta, o que torna difcil sua observao. Pode, em alguns casos, assemelhar-se incandescncia, o que faz com que uma combusto dessa natureza seja percebida apenas quando a situao j grave. A taxa de liberao de energia pela reao qumica compete com a habilidade do combustvel de dissipar calor para o ar ambiente. Isso quer dizer que, se a reao no libera calor suficientemente para o ambiente, sua temperatura ir aumentar e, conseqentemente, a velocidade da reao qumica tambm aumentar. Esse processo tanto pode resultar em uma combusto viva (uma chama), quanto em uma combusto lenta (incandescncia). Todo o processo pode levar horas ou dias e necessita de um conjunto crtico de condies ambientais ou de aquecimento para ser vivel. At a atualidade no h estudos conclusivos sobre como se processa esse tipo de combusto.

38


2.3. O estudo da vela No sculo XIX, o cientista Michael Faraday j sugeria o estudo da histria qumica da vela, afirmando que no existia melhor exemplo para se compreender o fogo, seno pelo comportamento de uma simples vela e que praticamente todas as leis do universo passam por esse processo.

Figura 18 - A combusto de uma vela

At hoje, o estudo da vela um dos meios mais didticos para a compreenso do comportamento do fogo. Em uma vela, o calor inicial da chama no pavio faz com que a cera, em sua superfcie, derreta, encharcando o pavio, o qual, por sua vez, conduz a cera derretida por ao capilar (semelhantemente ao que ocorre com as razes de uma rvore ao puxar gua do solo) zona de reao, onde o calor da chama far com que a cera derretida evapore e se misture ao ar, produzindo luz e mais calor. importante ento que se compreenda que o principal elemento em queima na vela no o pavio, mas os gases combustveis provenientes


39

da cera em reao com o ar, pois o pavio s queima quando atinge a zona ar, de reao. Se uma tela metlica (desde que no seja de alumnio, por causa da sua temperatura de fuso) atravessa a chama de uma vela, nota-se que a chama permanece em volta do pavio, provando que a se chama se processa ao redor dele e que h uma zona de reao onde os gases combustveis provenientes da cera estaro se misturando ao oxignio. A funo da tela nes exerccio ser de dissipar energia sem nesse r apagar a chama.

metlica. Figura 19 Esquema da chama de uma vela quando atravessada por uma tela metlica.

A figura mostra a combusto ao redor do pavio, provando que a combusto uma reao gasosa.Figura 20 - Chama de uma vela sob uma tela metlica

40


A zona de reao a rea em que o combustvel (na forma gasosa) ir se misturar difundir ao oxignio.

A chama uma reao totalmente gasosa.

A figura ao lado mostra a zona de reao, que a rea onde os gases combustvel e oxignio so misturados, produzindo a queima.

Figura 21 - Zona de reao da chama de uma vela

possvel observar que quando a ponta do pavio torna torna-se luminescente sinal de que ele est sendo consumid consumido, e que, conseqentemente, est servindo de combustvel, como possvel combustvel, observar na Figura 22.


41

A ponta do pavio, ao ser dobrada, entra na zona de reao, apresentando luminescncia. Isso significa que est queimando.

Figura 22 - Chama de uma vela com pavio dobrado

Considerando que a cera derretida conduzida pelo pavio, correto tambm afirmar que o tamanho da chama ser influenciado por seu tamanho e espessura. Quanto mais longo e espesso for o pavio, mais cera derretida e, portanto, mais combustvel ser capaz de conduzir zona de reao. Na parte mais alta da chama, nota-se uma rea amarela, onde a luz mais intensa. Nela encontra-se a chama difusa, que o tipo de chama no qual o combustvel e o oxignio so transportados (difundidos) de lados opostos da zona de reao (ver Figura 21), em decorrncia da diferena de concentrao entre os gases (combustvel e comburente). Pela Lei de Fick, difuso o processo de movimentao de componentes qumicos e outras estruturas moleculares em uma mistura normalmente de gases que se d de uma zona alta para uma de baixa concentrao na mistura. Um exemplo disso o que ocorre com uma gota de tinta dissolvendo-se em um copo com gua. A tinta ir se difundir com a gua at que todo o volume do copo esteja colorido. O mesmo processo ocorre entre o oxignio e os gases combustveis na chama. O oxignio no ar ir se mover at a zona de reao, a uma gravidade zero. O combustvel

42


transportado para dentro da zona de reao, do lado oposto, pelo mesmo processo e ambos se misturam pela difuso.

Chama difusa um processo de combusto, no qual o gs combustvel e o oxignio so transportados para uma zona de reao, devido a uma diferena de concentrao.

Chamas difusas representam a categoria predominante de chamas, principalmente nos incndios. o caso das chamas de incndio florestal, da chama em um palito de fsforo ou, ainda, da ignio da fumaa em um incndio estrutural.

urb Figura 23 - Exemplos de chama difusa (incndio florestal, chama de um fsforo e incndio urbano)

Na base da chama, h uma parte de colorao azulada. Nesta rea, os gases produzidos pela cera esto reagindo com o oxignio em uma melhor mistura, o que produz uma queima sem resduo, denominada de chama do tipo pr-misturada, na qual o combustvel e o comburente so misturados antes de atingirem a zona de reao, como possvel notar na Figura 18. A cor emitida pela chama determinada, em parte, pelos elementos contidos na reao. a cor emitida pelos hidrocarbonetos.


43

Exemplo: quando misturada com o ar, uma solda de oxi-acetileno bem ajustada gera uma chama de um tom azul claro. A chama mais visvel quando carbonos e outros slidos ou lquidos, resultantes da combusto incompleta, so levados s reas de altas temperaturas e incandescem indo desde o tom vermelho, at o laranja, amarelo ou branco, dependendo de sua temperatura (ver Tabela4).

Tabela 4 - Cor associada a algumas temperaturas em incndiosTemperatura 550oC 700oC 900oC 1100oC Cor aparente primeira chama visvel (vermelha) vermelho fosco vermelho vivo laranja

branca 1400oC Fonte: An Introduction to Fire Dynamics, D. Drysdale

A chama pr-misturada um tipo de chama no qual o gs prcombustvel e o ar (oxignio) so misturados antes que a ignio ocorra, facilitando a queima. Equipamentos como fogo ou aparelho de oxiacetileno so projetados para trabalharem com chama pr-misturada, produzindo uma queima limpa. Sua combusto caracterizada por chamas de cor azul. No caso dos foges, h uma entrada de ar em seu gabinete que permite a mistura entre o gs liquefeito de petrleo (GLP) e o ar antes de queimar na boca. No caso do maarico, h a mistura entre o oxignio e o acetileno no punho do aparelho, fornecendo ao bico a mistura j pronta e proporcionando uma queima de altssima temperatura. Uma mquina de combusto interna gasolina (com ignio por centelha) ou uma mquina a diesel (com ignio por compresso) tambm trabalham com chamas pr-misturadas.

44


A

chama

pr-

misturada produz uma queima limpa, ou seja, sem resduos.

Figura 24 - Chama de um fogo

Chama pr-misturada o processo de queima do combustvel j misturado ao ar antes de atingir a fonte de calor e alcanar a ignio. Geralmente, possui chama de cor azul.

A chama pr-misturada aparece na ignio de slidos e lquidos, no princpio das chamas difusas, como possvel observar na Figura 25.

Na foto ao lado, possvel base observar da a colorao azulada na chama, caracterizando a parte que pr-misturada.

prqueima Figura 25 Presena da chama pr-misturada na queima da madeira

As chamas pr-misturadas tm maior poder calorfico que as chamas difusas (ver Tabela 1). Voltando experincia da tela metlica atravessando a chama, possvel notar que, se a tela aproximar-se da base da chama, h liberao de uma fumaa branca. Se for aproximada uma chama de


45

fsforo dessa fumaa, possvel observar que ela entra em ignio por causa dos ons liberados durante a reao em cadeia. Por isso, a fumaa branca combustvel.

Com a tela prxima base da chama, a fumaa branca entra em ignio quando se aproxima de um fsforo aceso.

Figura 26 - Queima da fumaa branca em uma vela

O mesmo fenmeno pode ser observado ao se extinguir a chama de uma vela. Ao aproximar a fumaa que ainda est sendo liberada de uma nova chama, ocorrer o acendimento do pavio ainda que a chama no o tenha tocado, demonstrando que a fumaa combustvel. medida que se aproxima a tela da parte superior da chama, nota-se que a fumaa torna-se escura. O mesmo fsforo aceso aproximado dessa fumaa se apagar. Isso porque, nessa rea, os gases j foram mais queimados que na rea mais baixa (onde a fumaa branca). Sua colorao escura decorrente da presena de mais resduos fuligem e dixido de carbono, que dificultam a queima do palito de fsforo, apagando-o por abafamento.

46


A chama do palito de fsforo extinta ao se aproximar da fumaa escura.

Fumaa Figura 27 - Fumaa escura em uma vela

Nos incndios, ocorre liberao tanto de fumaa branca quanto de fumaa escura. natural que ambas se misturem, formando uma fumaa de tom cinzento. Clculo da altura de chama Um bom modo de se estimar a altura da chama pode ser obtido por meio da expresso (G. Heskestad, Luminous Heights of Turbulent

Diffusion Flames, Fire Safety Journal 5 (1983), 103-108):&2 L f = 0, 23 Q 5 1,02 D

Na qual:Lf a estimativa de altura da chama, dada em metros& Q a taxa de liberao de energia, dada em kW D o dimetro do material combustvel, dada em metros

De forma prtica, possvel estimar a altura da chama para alguns materiais, quando da ocorrncia de um incndio, como mostrado na Tabela 5:


47

Tabela 5 - Estimativa da altura de chama a partir da frmula de HeskestadTaxa de Material liberao de calor (kW) Madeira Heptano Gasolina 130 2661 1887 Dimetro (m) 1 1 1 Altura de chama (m) 0,59 4,37 3,68

Em casos reais, pode-se estimar a taxa de liberao da combusto avaliando-se a altura da chama, dados que podem ser obtidos tanto pela equao anterior, quanto pela Tabela 5. 2.4. Exploso Existe combusto que ocorre em uma velocidade de queima muito alta, geralmente com a presena de chamas no sustentveis (de efeito passageiro), porm muito perigosas. Uma exploso o resultado de uma expanso repentina e violenta de um combustvel gasoso, em decorrncia da ignio da mistura entre um gs (ou vapor de gs) e o oxignio presente no ar. Essa ignio se d em alta velocidade, gerando uma onda de choque que se desloca em todas as direes, de forma radial.

48


Fonte: http://fireforceone.com/rl/filelist.asp?parentid=611 - Explosion_fire BallFigura 28 Exemplo de uma exploso

Uma exploso por combusto uma exploso qumica. o caso da maioria das exploses ocorridas em incndios, como as decorrentes do vazamento de GLP ou da fumaa. Como visto anteriormente, a fumaa possui, em seu interior, gases combustveis (provenientes dos ons resultantes da reao em cadeia) que, ao se acumularem em um ambiente pouco ventilado, como no caso dos incndios estruturais, podem sofrer uma ignio de forma sbita com a entrada de oxignio. Essa exploso de fumaa conhecida como backdraft ou backdraught e ser abordada mais adiante. Uma exploso pode ser classificada como uma detonao ou deflagrao. Uma detonao ocorre quando o deslocamento do ar tem uma velocidade superior a 340 metros/segundo. Abaixo disso, h uma

deflagrao. Exploses de fumaa ou do GLP no ambiente sodeflagraes e no detonaes, posto que a velocidade do ar menor que 340 m/s, ao contrrio do que ocorre com a maioria dos artefatos explosivos (bombas).


49

importante lembrar que, mesmo estando abaixo de 340 m/s, exploses por deflagrao possuem uma onda de choque capaz de afetar a estrutura da edificao, levando morte quem estiver no ambiente. Sempre que houver uma mistura de gs combustvel com o ar haver o perigo de uma exploso. Por meio de anlises qumicas e testes cientficos, determinou-se que os gases s podem alcanar a ignio quando atingem determinadas concentraes, variveis de substncia para substncia. Se no houver quantidade suficiente de gs combustvel, a mistura ser pobre e no haver queima. Da mesma forma, se a concentrao do gs for muito alta a mistura denominada muito rica e tambm no ir deflagrar. Quando a mistura gs-ar cai em uma faixa na qual pode alcanar a ignio, diz-se que est dentro dos limites de explosividade ou limites inflamveis. Conforme se nota na Tabela 6 e na Figura 29, os nveis de um gs em um ambiente so medidos em porcentagem do volume. Conseqentemente, haver exploso quando houver uma proporcionalidade na mistura entre os dois elementos. Quanto mais alta for a presena de um s deles, menor o perigo de exploso.

A ocorrncia de uma exploso em um ambiente depende da faixa de inflamabilidade da mistura do ar com o gs, que varia de substncia para substncia.

50


algumas Tabela 6 - Limites de inflamabilidade de algumas substnciasLimite inferior de inflamabilidade %Vol Hidrognio Monxido de carbon Metano Etano Propano n-Butano n-Pentano n-Hexano n-Heptano K-Octano n-Nonano n-Decano Eteno Propeno Buteno-1 Acetileno Metanol Etanol n-Propanol Acetona Benzeno 4.0 12.5 5.0 3.0 2.1 1.8 1.4 1.2 1.05 0.95 0.85 0.75 2.7 2.4 1.7 2.5 6.7 3.3 2.2 2.6 1.3 g/m3 3.6 157 36 41 42 48 46 47 47 49 49 48 35 46 44 29 103 70 60 70 47 5.6 36 11 9.7 (100) 36 19 14 13 7.9 380 700 210 270 810 480 420 390 300 Limite superior de inflamabilidade %Vol 75 74 15 12.4 9.5 8.4 7.8 7.4 6.7 g/m3 67 932 126 190 210 240 270 310 320

Fonte: An Introduction to Fire Dynamics, Douglas Drysdale

Os limites da faixa de inflamabilidade (ou explosividade) so geralmente registrados a uma presso de 1 atmosfera ao nvel do mar e a uma temperatura de 21 C. Se houver aumento de temperatura e de presso, ocorrer a reduo do limite inferior e aumento do limite superior em torno de 1%, aumentando a faixa de inflamabilidade e, conseqentemente, o risco de exploso. Em algumas misturas, o limite superior pode atingir 100% em


51

altas temperaturas. A diminuio da temperatura e da presso far o efeito inverso. Essa variao da faixa de inflamabilidade sob condies anormais denota a importncia de os bombeiros adotarem cuidados adicionais ao se depararem com emergncias envolvendo gases inflamveis armazenados em cilindros, com ou sem vazamento. Uma medida emergencial resfriar os recipientes, a fim de manter a sua temperatura baixa.

Ac etile no Hid rog nio Mo nxido d e Ca rb ono Me ta nol Ac etona Me ta no Pro pa no N-Butano Be nzeno 0 10 20 30 40 50 60 % Vo lum e 70 80 90 100

faixa Figura 29 - Quadro comparativo da faixa de inflamabilidade de gases comuns

Como se pode notar na Figura 29, bastam somente 13% de monxido de carbono no ambiente e calor para ocorrer uma exploso de fumaa. Isso mostra o quanto a fumaa, composta principalmente por CO, pode ser explosiva em um ambiente com uma faixa de inflamabilidade muito maior que a do GLP e quase to alta quanto a do acetileno e do hidrognio, considerados gases muito explosivos. Da a importncia do cuidado dos bombeiros na abordagem de incndios estruturais, principalmente enclausurados.

52


A faixa de inflamabilidade do monxido de carbono presente na fumaa muito maior que a do GLP e quase to grande quanto a do acetileno e do hidrognio.

As condies do ambiente que comporta o material combustvel influenciaro diretamente o risco de exploso. Um exemplo o tanque subterrneo de combustvel de um posto de gasolina. Se estiver cheio, no haver risco de exploso, pois a quantidade de vapor do gs causar uma mistura muito rica. Entretanto, se o tanque estiver com pouco combustvel (quase vazio), este ir secar gradualmente, liberando gs no ambiente e atingindo uma mistura ideal com o ar dentro do recipiente, atingindo sua faixa de inflamabilidade. Basta que uma fonte de calor entre em contato com essa mistura para que ocorra uma exploso. Como o abastecimento dos tanques se d quando estes esto vazios ou quase vazios, o perigo de uma exploso maior quando o caminho tanque est abastecendo os reservatrios do posto de gasolina. A energia liberada por um cigarro aceso, uma lanterna, uma campainha ou, ainda, a eletricidade esttica suficiente para deflagrar uma exploso em tais condies. A eletricidade esttica obtida pela frico (ainda que rpida) ou choque entre corpos de diferentes materiais, gerando uma diferena de potencial nas cargas eltricas devido separao das superfcies em nvel molecular. Eltrons de uma substncia so tomados por outra e, quando quantidade suficiente coletada, tentam eqalizar o nmero de eltrons entre os corpos, pulando o espao na forma de descarga eltrica. Essa pequena, porm poderosa forma de energia pode atingir temperatura superior a 1000 C. Apesar da alta gerao de calor, a dissipao muito rpida, no oferecendo maioria dos combustveis


53

comuns (madeira, papel, tecido) condies de inflamao, ao contrrio do que ocorre com os gases provenientes dos lquidos inflamveis armazenados, como o caso dos reservatrios de postos de gasolina e distribuidoras. Por esse motivo, sistemas eficientes de aterramento e medidas rgidas de segurana devem ser adotados por ocasio dos abastecimentos de combustvel nos tanques.

A ignio de uma mistura de gs-ar explosiva por causa de sua grande rea superficial exposta ao calor, ou seja, seu coeficiente superfcie-massa muito alto.

As medidas de ao especficas para o combate a incndio em ocorrncias dessa natureza, bem como em outras que apresentem riscos especiais, devem ser adotadas conforme os Procedimentos Operacionais Padro (POP) do CBMDF, especficos para os diversos tipos de ocorrncia, os quais devem ser de conhecimento das guarnies de bombeiros. Existem deflagraes que no so produzidas por gases inflamveis, mas, sim, por poeiras inflamveis, que tambm podem causar exploses, como o que ocorre com o alumnio ou com componentes orgnicos, tais como acar, leite em p, gros, plsticos, pesticidas, produtos farmacuticos, serragem, etc. Uma exploso dessa natureza o produto da combusto explosiva entre a mistura de poeira combustvel com o ar, a qual, ao encontrar alguma fonte de calor, vem a inflamar-se de forma rpida, atingindo todo o ambiente. A faixa de explosividade, nesse caso, difcil de estabelecer e depende de diversos fatores, tais como:

54


tamanho das partculas em suspenso quanto menor o tamanho das partculas, maior a explosividade por causa da sua relao superfcie versus massa; umidade quanto menos mida a mistura, maior o risco de exploso; misturas hbridas diferentes materiais juntos tendem a aumentar a explosividade da mistura, requerendo menos energia para deflagr-la; tempo em suspenso quanto mais tempo a poeira permanecer em suspenso no ambiente, maior ser o risco de exploso; concentrao de oxignio quanto maior a concentrao de oxignio na mistura, mais facilmente se dar a reao de combusto. Em um aspecto prtico, uma boa medio do risco de um ambiente cheio de poeira inflamvel em suspenso estender o prprio brao. Se no for possvel enxergar sua mo, sinal de que a situao deve ser considerada como explosiva. Deve-se checar tambm se h deposio de p nas superfcies at 1 mm de poeira sobre a superfcie tolerado. Acima disso, deve-se dispensar ateno e cuidados maiores.

Se em um ambiente com alta concentrao de poeira combustvel no for possvel enxergar as mos quando os braos esto estendidos, o risco de exploso muito grande.


55

De forma geral, a temperatura para deflagrar exploso em mistura de ar e poeira gira em torno de 330 a 400 C, sendo bem maior que em mistura de ar e gs. Essa temperatura pode ser facilmente encontrada em superfcies quentes de maquinrio industrial ou de fornos, que o caso de silos.Tabela 7 - Dados de explosividade de ps agrcolasProdutos Arroz Milho Trigo Acar P de gros misturados Farinha de soja Farinha de trigo Amido de milho Carvo em p Temperatura de ignio (oC) 440 400 480 350 430 520 380 380 610 Energia mnima de ignio (J) 0,04 0,04 0,06 0,03 0,03 0,05 0,05 0,02 0,06 Concentrao mnima explosiva (kg/m3) 0,045 0,45 0,055 0,035 0,055 0,035 0,050 0,040 0,055

Fonte: Explosion Investigation and Analysis, Kennedy, Patrick M. e John Kennedy

Os cuidados dos bombeiros em ambientes com mistura de ar e gs, ou de ar e poeira combustvel, so geralmente de preveno exploso. Uma vez ocorrida, pouco se pode fazer. Na situao em que a guarnio chega ao local depois da exploso, devem ser considerados os riscos de um colapso da estrutura. As aes a serem adotadas pelos bombeiros devem seguir o POP especfico para ocorrncias em ambientes com poeiras combustveis em suspenso. Em linhas gerais, a guarnio de socorro deve: evacuar e isolar a rea; umedecer o ambiente com pulsos curtos de jato atomizado, com cuidado para no mover a poeira; e

56


desligar maquinrios e equipamentos eltricos energizados.

BLEVE Boiling liquid expanding vapor explosion o tipo de exploso que ocorre em recipientes que comportam lquidos, em decorrncia da presso exercida em seus lados, quando aquecido, e ferve, excedendo a capacidade do recipiente de suportar a presso resultante. Ainda no h um termo em portugus para descrever esse fenmeno, que, geralmente, ocorre quando o calor aplicado ao recipiente, levando o lquido fervura. A presso do vapor ir aumentar at atingir um ponto em que o recipiente no suportar mais, causando uma fissura em sua estrutura, com a liberao do vapor de forma violenta. A Figura 30 mostra o desenvolvimento tpico de um BLEVE.

(a)

(b )

(c)

Figura 30 - Desenvolvimento de um BLEVE


57

As paredes do tanque so resfriadas inicialmente pelo lquido que est dentro dele (Figura 30a). Este efeito de resfriamento desaparece medida que o lquido diminui em decorrncia da sua evaporao (Figura 30b). Quando o nvel do lquido est abaixo da fonte de calor (Figura 30c), a parede do recipiente torna-se enfraquecida pela ao do calor e do aumento da presso interna, forando a estrutura e levando ruptura (Figura 30c). O BLEVE pode ocorrer tambm quando existe um dano na estrutura do cilindro (ponto fraco), submetido a um aumento da presso interna, ainda que o lquido no tenha ficado abaixo do ponto de contato com a fonte de calor. O resultado de um BLEVE pode ser desde um escape mnimo do vapor pela ruptura (at a equalizao da presso interna do cilindro), at uma exploso (que libera um grande onde de impacto e calor). Para se compreender melhor esse fenmeno, basta lembrar a pipoca: o lquido dentro da casca dura do milho aquecido, ferve e exerce uma presso contra esta at que se rompa, resultando em um ncleo cozido que escapou da sua casca enquanto a presso interna se igualava do ambiente. Esse fenmeno pode ocorrer em recipientes que armazenam ou transportam lquidos ou gs, como os caminhes tanque (ver Figura 31) ou reservatrios quando so aquecidos. As aes a serem adotadas pelos bombeiros devem seguir o Procedimento Operacional Padro (POP) especfico para ocorrncias envolvendo tanque. Em linhas gerais, a guarnio de socorro deve: resfriar o tanque ( distncia); isolar a rea; e controlar o vazamento.

58


Figura 31 Tipo de recipiente sujeito a BLEVE

Ocorrncias envolvendo caminhes tanque ou tanques de armazenagem devem ser consideradas como risco de exploso, tanto em relao ao isolamento da rea quanto necessidade de resfriar o recipiente, por causa da possibilidade da ocorrncia de um BLEVE.

Mesmo que o lquido no recipiente no seja inflamvel, a sua ruptura pode ser violenta, resultando em uma fora tal que lance fragmentos a grandes distncias, acompanhado de uma forte onda de choque. Se o lquido for inflamvel, a fissura no recipiente ir exibir uma bola de fogo que piora as condies da ocorrncia. Se o lquido for um tipo de produto perigoso, outras tantas variveis adicionais devem ser observadas, como o cuidado com rede pluvial, contaminao pelo ar, etc. Nesse caso, devem ser adotados os procedimentos relativos a produtos perigosos.

O BLEVE pode ocorrer tanto em recipientes que contenham lquidos inflamveis, quanto com lquidos no inflamveis.


59

3. Transferncia de calorComo a combusto uma reao qumica que produz luz e calor, importante que os bombeiros saibam o que e como o calor se propaga em um ambiente, uma vez que ele possui um potencial de dano to grande ou maior do que o da ao direta das chamas em um incndio.

Termodinmica a cincia que define a relao entre energia,calor e propriedades fsicas mensurveis, como a temperatura, o que torna o seu estudo de relevante importncia para se compreender o comportamento do fogo. Para uma melhor compreenso a respeito, preciso observar os seguintes conceitos:

Energia

a

expresso

mais

produtiva

do

equilbrio

termodinmico de um sistema (ou material), apresentando-se sempre como trabalho (movimento da massa ao longo de uma distncia) ou calor. Existem vrios tipos de energia e suas aplicaes mais comuns envolvem a transformao de um tipo para outra. Exemplos: em um veculo, energia qumica convertida em trabalho para impulsionar as rodas (energia cintica) e o calor residual do bloco do motor dissipado para o ar. Em uma reao em cadeia, energia trmica convertida em energia qumica (novos produtos de combusto), que proporcionar a transferncia de calor de um corpo para outro em um incndio.

Calor a transferncia de energia devido a uma diferena detemperatura. a energia trmica em movimento que se transporta de uma regio mais quente para uma regio mais fria, obedecendo 1a Lei da Termodinmica (princpio da conservao da energia), na qual os materiais tendem a alcanar o equilbrio trmico.

60


Pelo equilbrio trmico, a transferncia de calor de uma regio mais quente para uma regio mais fria ocorrer at que ambas estejam com a mesma temperatura.

No equilbrio, tambm conhecido como regime estacionrio ou permanente, todo o corpo estar em uma mesma temperatura. A transferncia de calor pode ocorrer tanto entre corpos diferentes como em reas distintas de um mesmo corpo. O calor presente em um incndio pode ser gerado pela transformao de outras formas de energia, como, por exemplo: - da energia qumica - calor gerado pela combusto; - da energia eltrica - calor gerado pela passagem de eletricidade por meio de um condutor, ou do prprio ar: arco voltaico, fasca, eletricidade esttica e raio. - da energia mecnica - calor gerado pelo atrito entre dois corpos; ocorre com freqncia com motores em suas peas internas: rolamentos, mancais, ventoinhas, ventiladores e afins. Existe tambm a energia trmica decorrente da energia nuclear, que o calor gerado pela fisso ou fuso dos tomos, porm de rarssima ocorrncia no caso de incndios urbanos. O calor (energia trmica) est diretamente associado com a diferena de temperatura entre dois corpos. J a temperatura a expresso do grau de agitao das molculas. As molculas esto em constante movimento e, quando aquecidas, sua velocidade aumenta, elevando tambm a temperatura. Algo que quente tem relativamente maior temperatura comparado a outro que frio.

Temperatura a medida direta da atividade molecular, ou seja, a medida da energia trmica. Todas as escalas utilizadas para definir


61

temperatura so arbitrrias e foram estabelecidas levando-se em conta a convenincia. A Tabela 8 apresenta a relao entre quatro escalas baseadas no ponto de ebulio e congelamento da gua. Duas delas Rankine e Kelvin estabelecem zero grau como zero absoluto. Zero absoluto a temperatura na qual a atividade molecular cessa, ou seja, no h movimentao das molculas.Tabela 8 - Pontos principais em relao gua nas escalas de temperatura mais utilizadasEscala Farenheit Rankine Celsius Kelvin Smbolo F R C K Ponto de ebulio 212 672 100 373 Ponto de congelamento 32 492 0 273 Zero absoluto -460 0 -273 0

Fonte: Fundamentals of Physics, Halliday, Resnick e Walker

Trans Figura 32 - Transferncia de calor

A Figura 32 esquematiza o fluxo de calor do corpo mais quente para o mais frio, com a unidade representada em kilowatts. Da mesma

62


forma, em um incndio, o material aquecido inicialmente (foco do incndio) ir transferir calor para o ambiente e outros materiais prximos. Se essa ao for continuada, estes iro sofrer pirlise, podendo atingir seu ponto de ignio. O calor , ento, o responsvel pela mudana de temperatura nos campos e proporcional ao calor especfico do corpo (c), que a quantidade de calor por unidade de massa necessria para elevar a sua temperatura em 1 C. O calor especfico uma caracterstica prpria de cada material, com valor constante na Tabela 9. O calor (q) pode ser calculado pela equao:

q = m c TNa qual:

m a massa. c o calor especfico do material.T a diferena de temperatura entre os corpos (ou entre as partes). Usualmente, o calor expresso em joules (J). So necessrios 4,182 J para elevar 1 (um) grama de gua a 1 C. A taxa de fluxo de& calor representado por q e mensurada por quilojoules por segundo

(kJ/s) ou kilowatts (kW).


63

Tabela 9 - Propriedades trmicas de alguns materiaisMaterial Condutividade Trmica (K) (W/m-K) 387 45,8 0,69 0,8 1,4 0,76 0,48 0,19 0,17 0,14 0,15 0,041 0,034 0,026 Calor Especfico (c) (kJ/kg-K) 0,380 0,460 0,840 0,880 0,840 0,840 1,420 2,380 2,850 1,050 2,090 1,400 1,040 Densidade () (kg/m3) 8940 7850 1600 1900 - 2300 2700 1440 1190 800 640 577 229 20 1,1 Difusividade Trmica () (m2/s) 1,14 x 10-4 1,26 x 10-5 5,2 x 10-7 5,7 x 10-7 3,3 x 10-7 4,1 x 10-7 1,1 x 10-7 8,9 x 10-8 8,3 x 10-8 2,5 x 10-7 8,6 x 10-8 1,2 x 10-6 2,2 x 10-5

Cobre Ao doce Tijolo comum Concreto Vidro Gesso Polmero (PMMA) Carvalho Pinho amarelo Asbesto Papelo isolante Espuma (poliuretano) Ar

Fonte: Principles of Fire Behavior, D. Drysdale

Um corpo no possui calor, mas, sim, temperatura.

Em uma reao, o calor pode ser liberado ou absorvido. Quando o calor liberado, a reao denominada exotrmica. Exemplo: quando se aplica presso em um gs, este libera calor para o ambiente e se transforma em lquido, como o caso do GLP envasado e do CO2 em um aparelho extintor. Se for aplicada mais presso, continuar havendo liberao de calor e ele solidificar-se-, como o caso do CO2 que se transforma em gelo seco. Quando o calor absorvido, a reao denominada

endotrmica. Exemplo: a aplicao de calor em um corpo slido, como ogelo, far com que ele absorva o calor aplicado e se transforme em gua.

64


Continuando o aquecimento, a gua continuar absorvendo calor e se transformar em vapor, mudando seu estado para gasoso. Formas de transferncia de calor Como o calor a energia que pode causar, propagar e intensificar incndios, conhecer como transmitido de um corpo ou de uma rea para outra essencial para saber como controlar um incndio. O controle o primeiro passo para extingui-lo.

Figura 33 - Um incndio se propaga e se intensifica pela transferncia de calor

A transferncia de calor de um corpo para outro ou entre reas diferentes de um mesmo corpo ser influenciada: 1. pelo tipo de material combustvel que est sendo aquecido; 2. pela capacidade do material combustvel de reter calor; e 3. pela distncia da fonte de calor at o material combustvel. Existem trs formas bsicas de transferncia de calor: conduo, conveco e radiao.


65

Fonte: http://www.physics.brocku.ca/courses/1p93/Heat/Figura 34 - Formas de transferncia de calor

Apesar de, em um incndio, ocorrerem muito frequentemente as trs formas, geralmente, uma delas predomina sobre as outras em um determinado estgio ou regio do incndio.

3.1. Conduo a transferncia de calor por meio do contato direto entre as molculas do material, em corpos slidos. Nesse processo, o calor passa de molcula a molcula, mas nenhuma delas transportada com o calor.

66


Neste exemplo, o calor absorvido fluir Conduo para pela a face face interna da parede ir externa, por conduo.

Figura 35 Transferncia de calor por conduo atravs da parede

Um corpo slido (como uma barra de metal, por exemplo), sendo aquecido em uma de suas extremidades sofrer conduo. O calor ser transportado da extremidade mais quente em direo extremidade mais fria. Suas molculas, ao serem aquecidas, agitam-se e chocam-se com as vizinhas, transmitindo calor como uma onda de energia. E assim o movimento continua sucessivamente, at que o corpo atinja o equilbrio. importante frisar que as molculas do corpo se agitam, porm no saem do lugar em que se encontram, ou seja, no se deslocam. Nesse processo, ocorre a transferncia de calor, tanto pela agitao das molculas quanto pelo movimento dos eltrons livres no metal.

Figura 36 - Transferncia de calor por conduo


67

A quantidade de calor se movendo atravs da barra metlica ser diretamente proporcional ao tempo de exposio ao calor sua calor, seo transversal e diferena de temperaturas entre as suas extremidades e inversamente proporcional ao seu comprimento ou seja, comprimento, quanto maior a diferena de temperatura entre as extremidades, maior ser a transferncia de calor calor. Em um incndio, quanto mais intensa forem as chamas, mais intensas calor tende a ser dissipado para os materiais prximos, agravando o sinistro, o que implica afirmar que, quanto mais tempo exposto, mais calor fluir pela barra Dessa forma, o tempo resposta em um incndio barra. a fundamental para um socorro eficiente.

Figura 37 - Conduo de calor em um slido

No incio de 1800, Joseph Fourier formulou a lei da conduo de calor, que estabelece que o calor fluindo atravs da matria pode ser calculado pela expresso:& q = kA (T2 T1 ) l

Na qual:

k a condutividade trmica (pode ser observada na Tabela 9).

68

Corpo de Bo

Documents

Mód 1 - Comportamento do fogo - 2009