Manual - Comportamento Do Fogo

Objetivos:

1. Explicar o que é fogo, sua importância e utilidade para a sociedade;

2. Definir conceitos básicos de física e química do fogo;

3. Definir as formas de transferência de calor;

4. Explicar o processo de combustão conforme a teoria do tetraedro do fogo;

5. Definir as formas de combustão, os pontos de temperatura e os produtos da combustão;

6. Definir as fases do incêndio: inicial, queima livre, inflamação generalizada (flashover), incêndio desenvolvido e extinção;

7. Explicar o fenômeno do backdraft;

8. Demonstrar os métodos de extinção de incêndios.

Cap. QOBM Rogério Lima de Araújo

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MANUAL DE COMBATE A INCÊNDIO CBPR

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6. COMPORTAMENTO DO FOGO Introdução

Nas atividades de combate ao incêndio verifica-se que o fogo pode mudar rapidamente expondo os bombeiros a uma variedade enorme de situações. O fogo pode comprometer a resistência das estruturas das construções, expor os ocupantes da edificação sinistrada e os bombeiros que estão no atendimento a vários riscos, dentre eles, queimaduras pelo calor, intoxicação pela fumaça. O ambiente da edificação onde o incêndio iniciou pode estar fechado e chegar ao estágio de inflamação generalizada – flashover (ignição simultânea de todos os materiais combustíveis do ambiente). Se este ambiente não possuir ventilação, estará exposto a uma situação de explosão deste ambiente quando houver entrada de oxigênio, conhecida como backdraft. Todas estas condições são resultantes do fogo e de seu comportamento. Para combatê-lo com segurança e eficiência, bombeiros necessitam saber conhecimentos básicos do fogo e entender a ciência que está por trás dele, bem como os fatores que afetam sua ignição, seu crescimento e avanço.

Este capítulo terá maior ênfase ao estudo do fogo em estruturas urbanas. Muitos dos conceitos tratados neste capítulo se aplicam aos incêndios florestais, mas outros fatores que não serão abordados aqui se fazem necessários para o combate deste tipo de incêndio que possui algumas particularidades. O estudo de incêndios florestais consta em outro manual do CBPR.

O fogo tem sido um aliado do homem desde os primórdios da humanidade. O fogo é utilizado para aquecer casas, no cozimento de alimentos e largamente empregado no avanço tecnológico. Tecnicamente, fogo é uma reação química que requer combustível, oxigênio e calor para ocorrer. Nos últimos anos, várias pesquisas têm sido realizadas para se compreender o fogo e seu comportamento.

O fogo é um grande aliado do homem, mas este fogo pode fugir ao controle e causar grandes prejuízos, destruindo edificações, reservas florestais e vitimar pessoas, causando sérias queimaduras, podendo levar até a morte. A este fogo que foge ao controle, é denominado de incêndio.

Este capítulo trará conhecimentos básicos de física e química que afetam a ignição e o desenvolvimento dos incêndios. Os bombeiros podem utilizar as informações deste capítulo para desenvolver métodos de prevenir, combater e investigar incêndios. A compreensão do comportamento do incêndio e das fases que compõem seu desenvolvimento, também discutidas neste capítulo, ajudarão na escolha das técnicas e táticas adequadas no combate. Estes conhecimentos também podem ajudar bombeiros a reconhecer riscos potenciais aos profissionais envolvidos no combate e às vítimas.

6.1 Conceitos Básicos de Física e Química do Fogo

Para se estudar o fogo e seu comportamento é necessário saber a

ciência que esta por trás de tudo isto. O fogo é uma rápida reação química chamada de combustão, que necessita de algumas condições para ocorrer. Para entender que condições são estas, seu crescimento e seus produtos


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(produtos da combustão) serão abordados alguns conhecimentos da física e da química relacionados com a matéria e energia.

6.1.1 Sistema de Medidas

Os bombeiros usam números e medidas com muita freqüência durante a

realização de seus trabalhos, como a pressão de uma mangueira de combate a incêndios, o volume do tanque de uma viatura, o alcance de uma escada, as medidas realizadas por um vistoriador na prevenção e muitas outras medidas que acompanham seu ofício.

Grandezas físicas são as grandezas existentes no nosso mundo físico que são medidas pelos mais variados instrumentos, sendo estas medidas representadas por um número seguido de uma unidade de medida, como exemplo, citamos a pressão da bomba de incêndio lida no painel da viatura como sendo de 5 kgf/cm2 – neste exemplo pressão é a grandeza física, 5 é a magnitude desta grandeza, que não representaria nada se não viesse acompanhado da unidade de medida kgf/cm2. Por vezes, encontramos várias medidas que não estão no mesmo sistema de unidades, quando isto ocorre há a necessidade de se transformar estas unidades de medida para um mesmo sistema para se fazer operações.

No mundo há vários sistemas de unidades, sendo os mais comuns o Sistema Internacional e o Inglês. O Brasil é signatário do Sistema Internacional que utiliza para as três grandezas fundamentais comprimento, massa e tempo as unidades metro (m), quilograma (kg) e o segundo (s). Este sistema é decimal, ou seja, pode ser multiplicado por potências de 10, e por isso é bastante prático e fácil de operar. Já o Sistema Inglês não é decimal, e embora se use bastante, não é um sistema muito fácil de operar, citamos como exemplo a unidade de pressão deste sistema que é a libra por polegada ao quadrado (lb/pol2), ou do inglês psi.

Neste manual será adotado como padrão o SI, salvo para a unidade de pressão. A unidade de pressão no SI é o pascal (Pa), e por ser uma unidade de escala muito pequena será adotado o quilograma-força por centímetro quadrado (kgf/cm2), pois 1 kgf/cm2 equivale a 100.000 Pa ou 100 KPa. Outras unidades de medidas poderão ser extraídas da tabela de medidas anexa a este manual.

Uma forma simples de converter uma unidade em outra é através da cadeia de conversão, como no exemplo abaixo em que se quer converter quilocalorias (Kcal) em joules (J).

Queremos converter calorias (Cal) em joules (J). Sabendo que 1cal = 4,184 J, temos que 1Cal / 4,184J = 1. Ao multiplicar qualquer membro da equação por 1 não se altera o valor. Logo (1Cal / 4,184J) é um fator de conversão.

Ex.: sabemos que 1 Kg de madeira tem um potencial calorífico de 19 megajoules (MJ) e queremos o equivalente em quilocalorias (Kcal).

KCal 4.540 MCal 4,54 18,4

1 x MJ 19 1 ===

J

CalMadeiradeKg


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O exemplo anterior é uma conversão simples que também poderia ser feita por regra de três simples. Mas no caso de uma conversão mais complexa, basta continuar a cadeia de conversão até chegar na unidade que se queira. Neste caso ela se mostrará uma ferramenta muito útil. 6.1.2 Força

Antes de entrarmos no estudo do trabalho e energia, bom se faz

recapitularmos os conceitos de força e algumas de suas aplicações tendo em vista a utilidade que ela tem nas atividades de bombeiro.

Na 2ª Lei de Newton temos que a aceleração adquirida por um corpo é proporcional a resultante das forças a ele aplicada e inversamente proporcional a sua massa. Deste enunciado tem-se aquela famosa equação (F = m.a). Mas num conceito mais abrangente de força, também escrito por Isaac Newton, força deve ser definida como variação de momento linear (também conhecido como quantidade de movimento, definido pelo produto entre a massa e a velocidade – p = m.v) no tempo, ficando a equação F = ∆p/∆t.

Como momento linear é definido em função da massa e da velocidade, isto significa que quando tivermos variação da massa também teremos força e não só quando há variação da velocidade como estamos acostumados a tratar. Esta abordagem se faz necessária às atividades de combate a incêndios, pois, por esta nova abordagem que ao variar a massa também se tem força, conseguiremos explicar a força de propulsão das mangueiras de combate a incêndios.

A equação para se determinar esta força é um pouco complicada e necessita de alguns formalismos matemáticos e físicos e pode ser escrita como (Fprop. = ∆m/∆t x vexp. – ou seja, variação de massa no tempo multiplicada pela velocidade de escape). Mas trazendo-a para aplicação na atividade de combate a incêndios podemos extrair alguns ensinamentos:

a) A força é uma grandeza vetorial, ou seja, cada partícula de água que sai da mangueira com sua massa, direção e velocidade é que gera esta força na direção oposta, significando que quanto maior for a vazão maior será a força de propulsão. As figuras 6.1 a 6.3 ilustram esta força.

Fig. 6-1 – Cada partícula de água que sai com velocidade para frente gera uma força de propulsão para trás. Quanto maior a vazão, maior será a força de propulsão. A seta vermelha indica a intensidade e direção da força. Fonte: CBPR, 2008.

Fig 6-2 – No jato neblinado a força de propulsão estará direcionada para o centro, na proporção de abertura do ângulo do jato (setas amarelas). As setas vermelhas que representam a componente da força de propulsão estão bem menores que no jato compacto (fig.6.1). Fonte: CBPR, 2008.


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Fig 6-3 – Experimento realizado por bombeiros levantando um automóvel com a força de propulsão de 8 mangueiras de 63 mm. Fonte: site <www.youtube.com>.

b) Aplicando este conceito, um bombeiro que estiver com dificuldade de manter o controle de uma mangueira no jato compacto, em combate, poderá simplesmente abrir ao máximo o ângulo do jato (neblinar ao máximo), sem ter que fechar o esguicho para retomar o controle, pois desta forma a força de propulsão estará direcionada ao centro do jato e não mais para trás como no jato compacto. Com esta técnica o bombeiro retoma o controle e não deixa de se proteger do fogo, como ilustra a fig. 6.2.

Numa linguagem simples podemos definir força como sendo uma interação entre corpos, e se esta interação não estiver em equilíbrio, a resultante não será nula e, portanto, teremos variação de velocidade e/ou de massa, e pela mensuração de quanto a velocidade e/ou a massa variou é que conseguiremos determinar os valores das forças.

Para se aplicar uma força na realização de algum trabalho será necessário gastar energia, de forma que o trabalho pode ser conceituado como sendo a força realizada para se fazer um deslocamento e com isto transferir energia de um corpo para outro.

6.1.3 Pressão

A pressão (p) é a força perpendicular exercida por unidade de área.

Formalmente:

A unidade no SI para medir a pressão é o Pascal (Pa). A pressão exercida pela atmosfera ao nível do mar corresponde a aproximadamente 101.325 Pa (pressão normal), e esse valor é normalmente associado a uma unidade chamada atmosfera padrão (símbolo atm).

A pressão relativa define-se como a diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica. Os aparelhos destinados a medir a pressão relativa são o manômetro e também o piezômetro. A pressão atmosférica mede-se com um barômetro, inventado por Torricelli. Você poderá ver mais algumas equivalências de unidades de pressão no apêndice deste manual.

Como vimos no item anterior sobre a realização de trabalho por uma força, esta também poderá realizar trabalho quando exerce uma pressão no êmbolo de um pistão dentro de uma câmara de explosão de um motor a explosão, deslocando-o e produzindo trabalho. Este trabalho pode ser medido pela pressão exercida multiplicada pela variação de volume.

O estudo da pressão é muito importante para as atividades de combate a incêndio, principalmente as pressões geradas por colunas d`água de reservatórios elevados e pelas bombas de combate a incêndio das viaturas.


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Temos que 10 (dez) metros de coluna d`água (10 mca) equivale a 1Kgf/cm2. Desta forma, um reservatório elevado de um edifício de 20 andares

(aproximadamente 60m) dará uma pressão no hidrante do pavimento térreo de aproximadamente 6 Kgf/cm2, desprezando-se as perdas de carga (perdas de pressão pelo atrito da água nas tubulações). Neste mesmo exemplo, se o incêndio for no vigésimo andar haverá a necessidade de recalcar água com a bomba da viatura. Assim o condutor deverá colocar uma pressão de 6 Kgf/cm2

a mais que a pressão de trabalho para vencer esta pressão de coluna d`água e aproximadamente 1 Kgf/cm2 a mais para compensar as perdas de carga. As técnicas de como se fazer este recalque estarão comentadas no capítulo 20, operações de combate.

6.1.4 Energia e Trabalho

Os conceitos de trabalho e energia são importantes na ciência e também

na vida cotidiana. A energia pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho. O trabalho ocorre quando uma força é aplicada a um objeto deslocando-o e há uma componente da força na direção do deslocamento. De forma simples, trabalho nada mais é que a transformação da energia de uma forma em outra. A unidade no SI de trabalho e energia é o joule (J). Esta unidade é derivada da unidade de força Newton (também derivada de kg.m/s2) e do deslocamento (m), ficando então o joule (N.m).

A energia mecânica (energia de movimento) é encontrada de duas formas, cinética e potencial. A energia cinética está associada ao movimento de um corpo, já a energia potencial está associada a configuração de um sistema, como por exemplo um objeto no alto de um edifício, que largado daquela altura em relação ao solo terá sua energia potencial gravitacional convertida em cinética. Se não houver perdas de energia durante este processo há conservação da energia mecânica, o que no mundo real raramente ocorre.

Calor não se constitui uma energia, mas é uma forma de energia, a“energia em trânsito” de um corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que se alcance o equilíbrio térmico. Trataremos neste manual esta energia em processo de transferência como energia calorífica ou simplesmente calor. As formas desta transição serão abordadas mais adiante no item 6.1.7.

“A energia calorífica está associada ao movimento caótico das moléculas de um sistema e tem relação estreita com a temperatura do sistema”, segundo Paul Tipler em Física para Cientistas e Engenheiros.

Na natureza podemos encontrar muitos tipos de energia, como algumas a seguir:

Calor – energia transferida entre dois corpos de diferentes temperaturas. Química – energia de ligação contida na constituição das moléculas. Na

combustão há liberação de parte desta energia na forma de calor. Mecânica – energia de movimento que os objetos possuem, como um carro

em movimento. Ela se divide em potencial e cinética. Elétrica – energia dada pelo movimento dos elétrons através de um

condutor. Luz – energia na forma de radiação visível produzida em algumas reações

químicas, como a combustão. Nuclear – energia liberada pela fissão ou fusão nuclear de átomos.


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No caso do fogo, os combustíveis possuem energia potencial química. Quando o combustível queima, a energia química é convertida em calor.

Abaixo estão alguns combustíveis com seus respectivos valores de potencial calorífico.

6.1.5 Potência

É a quantidade de energia dissipada em um intervalo de tempo. Também pode ser definida como a capacidade de uma força realizar trabalho dentro de um intervalo de tempo, ou seja, quanto mais trabalho uma força realizar em menor intervalo de tempo mais potente ela é.

Um exemplo de potência é o trabalho realizado por bombeiros no salvamento de uma vítima retirando-a de um local de risco e levando-a para um local seguro. Os bombeiros neste exemplo aplicaram força para deslocarem a vítima e gastaram energia para realização deste trabalho. Se for sabido o tempo que eles levaram para fazer este salvamento será possível mensurar a potência.

No caso do fogo, alguns combustíveis são mais potentes que outros, ou seja, liberam maior quantidade de calor se comparados dentro de um mesmo intervalo de tempo e com massas iguais. Esta potência depende da constituição física e química de cada combustível.

A unidade de potência no SI é o watt (W) derivada do joule por segundo (J/s). No Sistema Inglês a unidade de potência é o horsepower (hp).

6.1.6 Calor e Temperatura

Alguém que já combateu ou tenha assistido a um combate a incêndio

sabe a quantidade enorme de calor que é gerada. Calor é a energia transferida de um corpo para outro quando as temperaturas dos corpos são diferentes. Calor é a forma mais comum de energia encontrada na Terra. Temperatura é um indicador de calor e é a medida de quão quente ou frio um corpo está. Na maioria dos casos toma-se como temperaturas de referência as temperaturas de mudanças de estado da água, 0oC do sólido para o líquido, liquefação, e 100oC do líquido para o vapor, ou seja, temperatura de ebulição. A temperatura é medida em kelvin (K) no Sistema Internacional (SI), no entanto, é comumente medida em graus Celsius ou graus Centígrados (oC), por serem escalas de mesma graduação, diferenciando-se que o 0oC está no 273K.

POTENCIAL CALORÍFICO – p/ 01 Kg de material Combustível Megacalorias (MCal) X 106 Megajoules (MJ) X 106

Madeira 4,6 19,0

Álcool 5,2 21,7

Carvão de lenha 6,0 25,1

Óleo grosso 8,9 37,2

Alcatrão 9,5 39,7

Terebentina 10,0 41,8

Cera 10,5 43,9

Petróleo 11,0 46,0


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A unidade de medida de todas as formas de energia no SI é o joule (J). Outra unidade muito usada para medir energia é a caloria (Cal). A caloria é definida como a quantidade de energia requerida para elevar a temperatura de 1 grama de água em 1 oC, mais especificamente de 14 para 15oC. A relação entre a caloria e o joule é chamada de equivalente mecânico do calor, em que 1 Cal é igual a 4,18 J.

6.1.7 Transmissão de Calor

O calor pode se propagar de três diferentes maneiras: condução, convecção e radiação. Como tudo na natureza tende ao equilíbrio, o calor é transferido de objetos com temperaturas mais altas para aqueles com temperaturas mais baixas. O mais frio de dois objetos absorverá calor até que esteja com a mesma quantidade de energia do outro.

6.1.7.1 Convecção

É a transferência de calor pelo movimento ascendente de massas de gases ou de líquidos dentro de si próprios. Quando a água é aquecida num recipiente de vidro, pode -se observar um movimento, dentro do próprio líquido, de baixo para cima. À medida que a água é aquecida, ela se expande e fica menos densa (mais leve) provocando um movimento para cima.

Da mesma forma, o ar aquecido se expande e tende a subir para as partes mais altas do ambiente, enquanto o ar frio (mais denso) toma lugar nos níveis mais baixos. A essa movimentação chamamos de corrente de convecção.

Em incêndio de edifícios, essa é a principal forma de propagação de calor para andares superiores, quando os gases aquecidos encontram caminho através de escadas, poços de elevadores, etc.

6.1.7.2 Condução

É a transferência de calor através de um corpo sólido de molécula a molécula. Colocando-se, por exemplo, a extremidade de uma barra de ferro próxima a uma fonte de calor, as moléculas desta extremidade absorverão

Fig. 6-5 – Propagação do calor – corrente de convecção.

Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, CCB.

Fig. 6-4 – Propagação do calor – corrente de convecção. Fonte: Fundamentos de Combate a Incêndio. CBPR. 1ª Ed.,2004.


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Fig. 6-6 – Condução – transferência de calor através do contato entre os corpos. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, CCB.

calor; elas vibrarão mais vigorosamente e se chocarão com as moléculas vizinhas, transferindo-lhes calor.

Essas moléculas vizinhas, por sua vez, passarão adiante a energia calorífica, de modo que o calor será conduzido ao longo da barra para a extremidade fria. Na condução, o calor passa de molécula a molécula, mas nenhuma molécula é transportada com o calor.

Quando dois ou mais corpos estão em contato, o calor é conduzido através deles como se fossem um só corpo. Alguns materiais são melhores condutores de calor que outros. Isto ocorre devido aos elétrons livres que estes materiais possuem. Os metais são bons condutores, já a borracha e a madeira, são bons isolantes.

6.1.7.3 Radiação

É a transmissão de energia por ondas eletromagnéticas que se

deslocam através do espaço (como as ondas de luz, ondas de radio, microondas, ou raios-X). Todo corpo emite radiação e quanto mais aquecido mais radiação emitirá. O corpo humano, por exemplo, emite radiação na forma de ondas de infravermelho. Um dos melhores exemplos de calor transferido por radiação é o calor do Sol. A energia viaja à velocidade da luz do Sol através do espaço e aquece a superfície da Terra.

Fig. 6-7 – Propagação do calor – Radiação – ondas de calor se propagam pelo espaço atingindo edificações e objetos vizinhos, aquecendo-os. Fonte: Fenomenologia da combustão e extintores, ENB - Portugal, 2006.


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As ondas eletromagnéticas se propagam em todas as direções, e a intensidade com que os corpos são atingidos aumenta ou diminui à medida que estão mais próximos ou mais afastados da fonte de calor. Estas ondas eletromagnéticas provenientes de corpos aquecidos são comumente chamadas de ondas caloríficas.

Um corpo mais aquecido emite ondas de energia calorífica para um outro mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura. O bombeiro deve estar atento aos materiais ao redor de uma fonte que irradie calor para protegê-los, a fim de que não ocorram novos incêndios. Para se proteger, o bombeiro deve utilizar equipamentos apropriados e água (como escudo). 6.1.8 Matéria

Como podemos observar no mundo a nossa volta, os materiais físicos

que podemos ver são chamados de matéria. Na verdade, esta foi e ainda é uma discussão bastante profunda no mundo científico do que é matéria, a dualidade das partículas, onda e matéria, sendo a matéria energia, mas vamos nos dedicar a algumas de suas muitas propriedades que são importantes no combate a incêndios. È dito que a matéria é o elemento que construiu nosso universo. Matéria também é definida como algo que ocupa lugar no espaço e possui massa. A matéria pode ser descrita pela sua aparência física ou mais tecnicamente pelas suas propriedades físicas como a massa, forma, ou volume.

Átomos e moléculas

Toda a combustão se baseia na constituição física e química da matéria

que, independentemente da sua natureza, é constituída por partículas muito pequenas, designadas por átomos. Estas partículas são tão pequenas que só podem ser visualizadas através de técnicas especialmente desenvolvidas para o efeito, já que as suas dimensões são da ordem de 0,000 000 000 1 m, ou seja, 10-10 m. A cada espécie de átomo existente na natureza foi atribuído um nome ou símbolo químico utilizando, a maior parte das vezes, uma ou várias letras das iniciais do nome, derivado do latim. Assim, por exemplo “O” para o oxigênio (oxigenium), “C” para o carbono (carboneum) e “Au” para o ouro (aurum).

Um átomo é constituído, basicamente, por um núcleo composto por dois tipos de partículas – os prótons (cargas positivas) e os nêutrons – em torno do qual se movimentam os elétrons (cargas negativas). Os nêutrons (cargas neutras) têm a função de, no núcleo, impedirem os prótons de se repelirem mutuamente destruindo a estrutura estabelecida. A matéria, tal como se conhece, nasceu das diferentes combinações deste tipo de partículas.

Em geral, os átomos existem, numa forma mais estável, em associação ligando-se entre si para constituírem as moléculas (fig. 6.8).

De uma forma muito simples, a formação das moléculas resulta da atração mútua de duas cargas elétricas com polaridade diferente, em determinadas condições (cargas de sinal diferente atraem-se, cargas com o mesmo sinal repelem-se).


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Assim, quando dois ou mais átomos chocam (normalmente as partículas são atiradas umas contra as outras pelo aumento da temperatura ou da pressão ou de ambas) podem reagir entre si. Desse modo dão origem a moléculas de átomos idênticos, como o oxigênio (O2), ou a novas substâncias com propriedades completamente distintas das originais, se os átomos associados forem diferentes. Um exemplo deste último caso é a formação de uma molécula de água no estado líquido a partir de um átomo de oxigênio mais dois átomos de hidrogênio, ambos no estado gasoso (fig. 6.9).

A matéria também possui propriedades que podem ser observadas

como seus estados físicos (sólido, líquido ou gasoso), cor ou cheiro. Um dos melhores e mais comum exemplo dos estados físicos da matéria é a água. A uma pressão atmosférica normal ( a pressão exercida pela nossa atmosfera sobre todos os corpos e objetos) e temperaturas acima de 0oC, a água é encontrada como líquido. Ao nível do mar a pressão atmosférica é definida como 760mm de mercúrio (outras equivalências da pressão atmosférica poderão ser visualizadas na tabela de equivalências de unidades no apêndice deste manual). Quando a temperatura da água cai abaixo de 0oC e a pressão se mantém a mesma, a água muda de estado e se torna um sólido, chamado de gelo. A temperaturas acima do ponto de ebulição (100oC), a água se torna vapor mudando seu estado para o gasoso.

Temperatura, no entanto, não é o único fator que determina quando haverá mudança de estado físico da matéria. O outro fator é a pressão. Ao confinarmos determinada matéria no estado gasoso em um recipiente rígido poderemos observar facilmente que se aumentarmos a pressão neste recipiente a temperatura também se elevará, sendo que o contrário também ocorre. Este é um comportamento da natureza observado e escrito na forma de

Fig. 6-8 – Formação de uma molécula de (O2) a partir de dois átomos. Fonte: Fenomenologia da combustão e extintores, ENB - Portugal, 2006.

Fig. 6-9 – Formação de uma molécula de água (H2O) a partir de um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Fonte: Fenomenologia da combustão e extintores, ENB - Portugal, 2006.


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Lei Física (Lei dos Gases Ideais). Este princípio possui muitas utilidades como a invenção da panela de

pressão que acelera o cozimento dos alimentos, as autoclaves que esterilizam materiais, mas na atividade de bombeiro devemos ficar atentos às recargas de cilindros de ar comprimido que terão suas temperaturas aumentadas por conta do súbito aumento de pressão, ou no combate a incêndios, devemos ficar atentos a elevação de temperatura de recipientes pressurizados que terão suas pressões aumentadas ainda mais. Em que pese existir regulamentações e dispositivos de segurança para recipientes pressurizados, às vezes, não é possível prever seu comportamento a uma súbita elevação de temperatura e, por conseguinte, pressão.

Matéria também pode ser descrita usando termos derivados de suas propriedades físicas como massa e volume. Densidade é a medida de quão próximas estão as ligações das moléculas de uma substância. A densidade é determinada dividindo a massa de uma substância pelo seu volume. Esta é expressa em Kg/m3 no SI, porém, é comumente expressa em g/cm3.

A densidade é uma propriedade bastante utilizada no combate a incêndios de líquidos e gases inflamáveis. A densidade da água é igual a 1g/cm3 e normalmente os líquidos derivados de petróleo possuem densidade menor que a água, e portanto, flutuam na água. Outra análise muito requisitada é quando se trata de gases. Para realizar um atendimento de ocorrência envolvendo gases torna-se necessário saber se eles são mais densos ou menos densos que o ar, pois isto determinará se eles irão descer e se acumularem nas partes mais baixas, se forem mais densos que o ar atmosférico, ou irão subir se forem menos denso. Via de regra, nos incêndios, os gases aquecidos resultantes da combustão irão subir por estarem menos densos que o ar. Isto será determinante para se realizar uma ventilação adequada ou até mesmo prever o surgimento de novos focos em locais distantes do foco principal. É esta diferença de densidade dos gases aquecidos que forma as famosas correntes de convecção.

Outra propriedade que se torna necessária saber para o combate a incêndio, principalmente nos líquidos inflamáveis, é o tipo de ligação de suas moléculas. Esta propriedade também é tratada na literatura como solubilidade, pois é o tipo de ligação que determina a solubilidade dos materiais, inclusive os combustíveis.

Existem vários tipos de ligações, chamadas ligações químicas, mas vamos nos ater às ligações polares e apolares, que para os líquidos muito nos interessam, pois são estas propriedades que determinarão se duas substâncias ao serem misturadas formarão uma mistura homogênia (há diluição de uma em outra) ou heterogênia (as substâncias continuam separadas, a menos densa por cima).

Uma substância é dita polar quando suas moléculas se organizam formando pólos permanentes. Um bom exemplo de substância polar é a água com sua molécula formada por 1 átomo de oxigênio que possui carga negativa e dois átomos de hidrogênio com carga positiva, que se dispõem formando pólos permanentes positivo e negativo (fig. 6.9).

Já as substâncias derivadas de petróleo são apolares, ou seja, não formam pólos permanentes e suas ligações, ao contrário das polares, são mais fracas, o que torna estas substâncias instáveis. Este é o motivo das substâncias apolares queimarem com tanta facilidade, pois a quebra de suas


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moléculas não requer grandes quantidades de energia. Outro fator importante a se analisar nas substâncias polares e apolares

é que não formam uma mistura homogênia (por exemplo água no combate de líquidos inflamáveis derivados de petróleo - hidrocarbonetos, que são substâncias apolares, não irão se diluir). Como exemplos de líquidos inflamáveis polares têm-se os alcoóis e as cetonas.

6.1.9 Conservação da Massa e Energia

Como o fogo consome o combustível, sua massa é reduzida. O que

ocorre com este material? Para onde ele vai? A resposta para estas questões está nos conceitos da física moderna: a Lei da Conservação da Massa-Energia (comumente chamada de Lei de Conservação da Massa). A lei estabelece que: Massa e energia podem ser convertidas de uma em outra, mas nunca há perdas do total de massa-energia. Em outras palavras, massa e energia não podem ser criadas nem destruídas. A lei é fundamental para o estudo do fogo. A redução da massa do combustível resulta em liberação de energia na forma de luz e calor. Este princípio permite aos pesquisadores calcular a taxa de calor liberado dos materiais pelo uso de instrumentos que determinem a perda de massa e aumento de temperatura quando o combustível é queimado.

Bombeiros devem utilizar este conceito para realizar o planejamento das operações de combate podendo fazer uma estimativa da quantidade de agente extintor que será necessária para extinguir o incêndio em determinada quantidade de combustível que está queimando. Esta não é uma tarefa muito fácil, pois é sabido o poder calorífico de cada material, mas quanto deste material irá queimar dependerá de muitos fatores, inclusive da técnica, da tática e da quantidade de recursos que se dispõe no combate.

Diante destas questões, pode-se fazer um cálculo com boa aproximação de todo o poder calorífico que existe no ambiente do incêndio, considerando o que já foi atingido e o que possivelmente será atingido pelo fogo. No caso de se usar a água como agente extintor, este cálculo será tratado no estudo da água no capítulo 17. 6.1.10 Reações Químicas

Vimos até agora que a matéria pode sofrer mudanças de estado e estas

mudanças são chamadas de transformações físicas da matéria. Quando uma substância se transforma em outra substância pela sua combinação com outra ou pela sua própria decomposição ocorre um processo chamado de reação química.

Em uma reação química ocorre o surgimento de novas substâncias com propriedades físicas e químicas diferentes. Estas mudanças são definidas como mudanças químicas. A mudança que ocorre quando o oxigênio e o hidrogênio são combinados para formar a água é uma mudança química. Neste caso, as propriedades físicas e químicas dos materiais combinados foram alteradas. Dois materiais que em condições normais de temperatura e pressão são gases (hidrogênio e oxigênio) se transformam em outra substância, líquida (água).

Mudanças físicas e químicas quase sempre são acompanhadas de troca de energia. Para ocorrer uma reação química há a necessidade de


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fornecimento de energia, esta é chamada de energia de ativação. Reações que liberam mais energia do que consomem são chamadas de exotérmicas, ao contrário, reações que liberam menos energia do que consomem são chamadas de endotérmicas. Este balanço de energia das reações químicas é chamado de entalpia.

Quando os combustíveis são queimados na presença de ar, os vapores de combustível reagem quimicamente com o oxigênio do ar e há liberação de energia na forma de luz e calor, numa reação exotérmica. A mudança de estado físico da água de líquido para gasoso consome energia, apesar deste processo não ser uma reação química ele é endotérmico.

Uma das reações químicas mais comuns na Terra é a oxidação. Oxidação é a formação de outra substância entre o oxigênio e outro elemento. Oxigênio é um dos mais comuns elementos presentes na natureza (nossa atmosfera é composta por 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio e 1% de outros gases) e reage com quase todos os elementos encontrados na natureza. A oxidação é uma reação exotérmica. A reação de oxidação mais comum que conhecemos é a oxidação do ferro. Por este ser um processo normalmente lento, não é possível macroscopicamente perceber a liberação de calor.

Veremos a seguir reações químicas de oxidação que ocorrem com maior velocidade que são chamadas de combustão.

6.2 Combustão

Fogo e combustão são termos empregados para determinar a mesma

coisa com muita freqüência. Tecnicamente, no entanto, fogo é uma forma de combustão. Combustão é uma reação química autosustentável com liberação de energia e/ou produtos que causam outras reações de mesmo tipo e/ou com liberação de luz, calor, fumaça e gases. É conceituada de forma mais simples como sendo uma reação química exotérmica.

O fogo também possui mais de uma definição e pode ser conceituado como um processo rápido e autosustentável de oxidação, acompanhado de calor e luz com variações de intensidades. Abaixo, estão mais duas definições de fogo:

• Brasil - NBR 13860: fogo é o processo de combustão caracterizado pela emissão de calor e luz.

• Inglaterra - BS 4422:Part 1: fogo é o processo de combustão caracterizado pela emissão de calor acompanhado por fumaça, chama ou ambos.

O tempo que a reação leva para ocorrer determina o tipo de reação que é observado. Se uma reação é muito lenta ela é classificada como oxidação. Se for muito rápida ela é classificada como explosão, em que há muita liberação de energia num pequeno intervalo de tempo. O assunto será tratado de forma mais profunda no item 6.2.2, formas de combustão. 6.2.1 Tetraedro do Fogo

Por muitos anos, o triângulo do fogo (combustível, comburente e calor)

foi usado para ensinar os componentes do fogo. Hoje é sabido que ele não abrange por completo os componentes do fogo. Para ocorrer na maioria das situações são necessários quatro componentes: combustível, comburente,


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calor e reação em cadeia. Para efeito didático, adota-se o tetraedro (quatro faces) para exemplificar

e explicar a combustão, atribuindo-se, a cada face, um dos elementos essenciais da combustão.

A figura 6.10 representa a união dos quatro elementos essenciais para a combustão: Calor, Combustível, Comburente e Reação Química em Cadeia.

6.2.1.1 Comburente

É o elemento que ativa e da vida a combustão. Além do oxigênio, há outros gases que podem comportar-se como comburentes para determinados combustíveis. Assim, o hidrogênio queima no meio do cloro, os metais leves (lítio, sódio, potássio, magnésio, etc.) queimam no meio do vapor de água e o cobre queima no meio de vapor de enxofre. O magnésio e o titânio, em particular, e se finamente divididos, podem queimar ainda em atmosfera de gases normalmente inertes, como o dióxido de carbono e o azoto.

Oxigênio

O mais comum é que o oxigênio desempenhe esse papel de

comburente. A atmosfera é composta por 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio e 1% de outros gases. Em ambientes com a composição normal do ar, a queima desenvolve-se com velocidade e de maneira completa (notam-se chamas). Contudo, a combustão consome o oxigênio do ar num processo contínuo. Quando a porcentagem do oxigênio do ar do ambiente passa de 21% para a faixa compreendida entre 16% e 8%, a queima torna-se mais lenta, notam-se brasas e não mais chamas.

Quando o oxigênio contido no ar do ambiente atinge concentração

Fig. 6.10 – Tetraedro do fogo. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.


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Fig. 6-11 – Combustíveis Líquidos – diferença de densidade em relação à água. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP.

menor que 8%, não há combustão, salvo raras exceções de alguns combustíveis e mesmo assim em altas temperaturas sem a produção de chamas. Há substâncias que libertam oxigênio ao queimar, tais como a celulose e compostos dela derivados, a pólvora, os nitratos, os cromatos e os materiais pirotécnicos, entre outros. Verifica-se, assim, que a percentagem de oxigênio mínima para que se mantenha a combustão depende do combustível em questão.

6.2.1.2 Combustível

É toda a substância capaz de queimar e alimentar a combustão. É o

elemento que serve de campo de propagação ao fogo. Os combustíveis podem ser sólidos, líquidos ou gasosos, e a grande

maioria precisa passar pelo estado gasoso para, então, produzir vapores inflamáveis capazes de se combinar com o oxigênio. A velocidade da queima de um combustível depende de sua capacidade de combinar com oxigênio sob a ação do calor e da sua fragmentação (área de contato com o oxigênio).

A maioria dos combustíveis sólidos transforma-se em vapores e, então, reagem com o oxigênio. Outros sólidos (ferro, parafina, cobre, bronze) primeiro transformam-se em líquidos, e, posteriormente, em gases, para então se queimarem. A classificação dos combustíveis também será tratada no capítulo 9 – extintores portáteis.

Combustíveis Sólidos

Quanto maior a superfície exposta, mais rápido será o aquecimento do

material e, conseqüentemente, o processo de combustão. Como exemplo: uma barra de aço exigirá muito calor para queimar, mas, se transformada em palha de aço, queimará com facilidade.

Assim sendo, quanto maior a fragmentação do material, maior será a velocidade da combustão.

Combustíveis Líquidos

Os líquidos inflamáveis têm algumas propriedades físicas que dificultam a extinção do fogo, aumentando o perigo para os bombeiros.

Os líquidos assumem a forma do recipiente que os contêm. Se derramados, os líquidos tomam a forma do piso, fluem e se acumulam nas partes mais baixas.

Tomando como base o peso da água, cujo litro pesa 1 Kgf, classificamos os demais líquidos como mais leves ou mais pesados. É importante notar que a maioria dos líquidos inflamáveis é mais leve que água e, portanto, flutuam sobre ela.

Outra propriedade a ser considerada é a solubilidade do líquido, ou seja, sua


6-17

capacidade de misturar-se com outros líquidos. No combate a incêndios em líquidos combustíveis é muito importante saber sua solubilidade com a água. Os líquidos derivados do petróleo (hidrocarbonetos), têm pouca solubilidade (fig. 6.11), ao passo que líquidos como álcool, acetona (solventes polares), têm grande solubilidade, isto é, podem ser diluídos até um ponto em que a mistura (solvente polar + água) não seja inflamável.

Esta propriedade dos líquidos inflamáveis apolares não se misturarem com a água requer alguns cuidados no combate a incêndio em tanques de armazenagem destes líquidos, pois a água que não se vaporizar descerá para o fundo do tanque. Se este tanque que contém agora água e líquido inflamável atingir temperaturas acima de 100oC ocorrerá a ebulição da água, por ter atingindo seu ponto de ebulição, espalhando o líquido inflamável e aumentando mais ainda o incêndio, além de oferecer maior risco à operação. Este fenômeno é conhecido como boilover. Este assunto será mais detalhado no capítulo 17 – água e espuma, e a forma correta de se aplicar a água no combate a incêndios desta natureza no capítulo 20 - operações de combate a incêndio.

A volatilidade, que é a facilidade com que os líquidos liberam vapores, também é de grande importância, porque quanto mais volátil for o líquido, maior a possibilidade de haver fogo, ou mesmo explosão. Quanto à volatilidade os líquidos podem ser classificados em líquidos inflamáveis, aqueles que têm ponto de fulgor abaixo dos 38oC (gasolina, álcool, acetona), e líquidos combustíveis, aqueles que têm ponto de fulgor acima dos 38oC (óleos lubrificantes e vegetais, glicerina).

Combustíveis Gasosos

Os gases não têm volume definido, tendendo, rapidamente, a ocupar

todo o recipiente em que estão contidos Se o peso do gás é menor que o do ar (no caso do GN), o gás tende a

subir e dissipar-se. Mas, se o peso do gás é maior que o do ar (no caso do GLP), o gás permanece próximo ao solo e caminha na direção do vento, obedecendo aos contornos do terreno.

Fig. 6-12 – Combustíveis Gasosos – diferença de peso entre GLP e GN. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.


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Fig. 6-13 – Exemplo de BLEVE com vasos de GLP. Nesta ocorrência ocorreu BLEVE em 4 tanques de 2000Kg. Fonte: Corpo de Bombeiros do Paraná – 2o SGBI.

Para o gás queimar, há necessidade de que esteja em uma mistura ideal com o ar atmosférico, e, portanto, se estiver numa concentração fora de determinados limites, não queimará. Cada gás, ou vapor tem seus limites próprios. Por exemplo, se num ambiente há menos de 1,4% ou mais de 7,6% de vapor de gasolina, não haverá combustão, pois a concentração de vapor de gasolina nesse local está fora do que se chama de mistura ideal; isto é, a concentração deste vapor é inferior ou é superior à faixa de inflamabilidade do combustível. Porém, é prudente não confiar que uma mistura gasosa não irá explodir por estar fora da faixa de inflamabilidade, pois esta mistura possui diferentes concentrações pelas diferenças de densidade e algumas delas poderão estar na faixa de inflamabilidade.

A maioria dos gases combustíveis que são comercializados são

acondicionados em recipientes na forma de líquido. São os chamados gases liquefeitos e o mais comum deles é o gás liquefeito de petróleo - GLP. Os cilindros de gás requerem cuidados especiais para seu combate que estarão descritos no capítulo 20. Um dos fenômenos que pode ocorrer com os gases liquefeitos é o BLEVE e será tratado a seguir.

BLEVE

Os gases liquefeitos são

armazenados em vasos a temperaturas acima de seu ponto de ebulição, nas condições normais de temperatura e pressão. Isto causa um aumento de pressão interna. Como por exemplo, o GLP fica armazenado no interior dos vasos comercialmente utilizados a uma pressão aproximada de 5 Kgf�cm2.

Este mesmo gás ao passar do estado líquido para o gasoso aumenta seu volume em aproximadamente 224 vezes, ou seja, 1L de GLP na forma

LIMITES DE INFLAMABILIDADE Concentração

Combustíveis Limite inferior Limite superior

Acetileno 2 % 85 % Acetona 2,6 % 12,8 % Álcool metílico / metanol 6,7 % 36 % Gasolina (vapor) 1,4 % 7,6 % Gás natural 4,8 % 13,5 % GLP 2 % 9 % Hidrogênio 4 % 75 % Monóxido de carbono 12,5 % 75 % Querosene (vapor) 0,7% 5%


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líquida se transforma em 224L de gás. Estes vasos possuem dispositivos de alívio de sobre - pressão (válvula

de segurança) para que num aumento da pressão além da pressão de trabalho a que foi projetado para funcionamento ocorra o alívio da pressão, e isto ocorre por elevação da temperatura.

O limite de carregamento de gás na forma líquida de no máximo 85% de seu volume, para que haja o um melhor controle da pressão interna No caso de um incêndio envolvendo estes vasos haverá uma elevação de temperatura do gás e, por conseguinte, um aumento de pressão. Mesmo com o dispositivo de alívio de pressão, pode ocorrer a ruptura destes vasos por enfraquecimento da parede pela elevação da temperatura, normalmente pela ação de uma chama tipo maçarico gerada por vasos vizinhos que poderão estar presentes no incêndio.

Quando há o rompimento destes vasos por elevação da temperatura o líquido que se encontra no interior do vaso que já havia passado por um processo de vaporização maior que à temperatura normal se vaporizará em sua totalidade com grande deslocamento de massa gasosa, projetando fragmentos do vaso a grandes distâncias e com alta velocidade, além de uma rápida combinação com o oxigênio presente no ar, resultando numa grande bola de fogo, com grande desprendimento de energia calorífica.

Esse fenômeno é conhecido como BLEVE (boiling liquid expanding vapor explosion – explosão do vapor de líquido). Há registros de rompimento de grandes vasos de GLP que sofreram BLEVE que lançaram fragmentos de tanque a 2 Km de distância.

Processo de Queima

O início da combustão requer a conversão do combustível para o estado gasoso, o que se dará por aquecimento. O combustível pode ser encontrado nos três estados da matéria: sólido, líquido ou gasoso. Gases combustíveis são obtidos, a partir de combustíveis sólidos, pela pirólise (decomposição química de uma matéria ou substância através do calor).

Como regra geral, os materiais combustíveis queimam no estado gasoso. Submetidos ao calor, os sólidos e os líquidos combustíveis se transformam em gás para se inflamarem. Como exceção, o enxofre e os metais alcalinos (potássio, cálcio, magnésio etc.) queimam diretamente no estado sólido.

Processo da Pirólise Temperatura Reação

200 ºC Produção de vapor d’água, dióxido de carbono e

ácidos acético e fórmico.

200 ºC - 280 ºC Ausência de vapor d’água – pouca quantidade de

monóxido de carbono – a reação ainda está absorvendo calor.

280 ºC - 500 ºC A reação passa a liberar calor, gases inflamáveis e

partículas; há a carbonização dos materiais (o que também liberará calor).

acima de 500 ºC Na presença do carvão, os combustíveis sólidos

são decompostos, quimicamente, com maior velocidade.


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6.2.1.3 Calor

Forma de energia que eleva a temperatura, gerada da transformação de outras energias, através de processo físico ou químico. Pode ser descrito como uma condição da matéria em movimento, isto é, movimentação ou vibração das moléculas que compõem a matéria. O calor é a face do tetraedro do fogo que se caracteriza como a energia de ativação necessária para que ocorra o fogo.

As moléculas dos corpos estão em constante movimento. Quando um corpo é aquecido, a velocidade das moléculas aumenta e o calor também aumenta (pode-se perceber pela variação da temperatura).

As formas de energia discutidas no início do capítulo produzem calor. Para nossa discussão de fogo e comportamento do fogo, no entanto, as energias química, elétrica e mecânica são as fontes mais comuns de calor que resultam na ignição de combustíveis. Cada uma destas fontes será discutida a seguir.

Química

Energia calorífica química é a fonte mais comum de calor nas reações

de combustão. Quando algum combustível entra em contato com o oxigênio a oxidação ocorre. Este processo quase sempre resulta na produção de calor. O calor gerado quando a matéria queima é um exemplo de energia calorífica química.

A combustão espontânea é também uma forma de energia calorífica química que aumenta sua temperatura sem uma fonte de calor externa. Normalmente o calor é produzido lentamente pela oxidação e é rapidamente dissipado nas vizinhanças. Se algum material combustível tiver a capacidade de produzir calor pela combustão espontânea até atingir sua temperatura de ignição ele sofrerá uma ignição espontânea.

Determinados produtos químicos como o fósforo e alguns de seus compostos queimam espontaneamente em contato com o oxigênio do ar.O sódio e o potássio em contato com a água; a terebentina e a amônia em contato com o cloro. Alguns óleos e graxas em contato com oxigênio em altas concentrações também podem entrar em combustão espontânea.

Fig. 6-15 – Esquema de movimentação de moléculas. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP.

Fig. 6-14 – Fontes de calor. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.


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Elétrica

A energia calorífica elétrica pode gerar temperaturas altas suficientes para causar a ignição de materiais combustíveis próximos à área de calor. A liberação de energia calorífica por fonte elétrica pode ocorrer em várias situações, abaixo estão as mais comuns:

• Corrente elétrica passando por uma resistência. Ex. resistência de um chuveiro elétrico, ferro de passar roupa.

• Excesso de corrente elétrica em um condutor. Ex. excesso de corrente pode superaquecer o condutor e gerar até um curtocircuito.

• Arco voltaico. Ex. descargas atmosféricas. • Fagulha ou centelha elétrica. Ex. a centelha gerada por uma vela de

motor a combustão. • Eletricidade estática. Ex. eletricidade gerada pelo atrito entre

materiais, como um veículo se deslocando pelo ar. Mecânica

A energia calorífica mecânica é gerada pela fricção e compressão. O

calor da fricção é criado pelo movimento de duas superfícies uma contra a outra. Este movimento resulta em calor e/ou fagulhas sendo gerados. Calor de compressão é gerado quando um gás é comprimido, ou seja, tem sua pressão aumentada, e como já foi tratado no início do capítulo, esta é uma conseqüência do que descreve a Lei Geral dos Gases. Motores a diesel usam este princípio para queimar o combustível na câmara de combustão do motor. Outro exemplo de geração de calor por compressão ocorre no carregamento de cilindros de ar comprimido.

Nuclear

A energia calorífica nuclear é gerada quando núcleos de átomos são

quebrados (fissão) ou são combinados (fusão). O processo de fissão nuclear é largamente usado na produção de energia elétrica pelo aproveitamento desta energia liberada para moverem geradores de corrente elétrica. A energia de fusão não é muito aproveitada comercialmente. O sol é uma grande fonte deste tipo de energia.

Efeitos do Calor

O calor é uma forma de energia que produz efeitos físicos e químicos

nos corpos e efeitos fisiológicos nos seres vivos. Em conseqüência do aumento de intensidade do calor, os corpos apresentarão sucessivas modificações, inicialmente físicas e depois químicas.

Assim, por exemplo, ao aquecermos um pedaço de ferro, este, inicialmente, aumenta sua temperatura, a seguir, o seu volume. Mantido o aquecimento, o ferro muda de cor, perde a forma, até atingir o seu ponto de fusão, quando se transforma de sólido em líquido. Sendo ainda aquecido, gaseifica-se e queima em contato com o oxigênio, transformando-se em outra substância.


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Elevação da Temperatura

Este fenômeno se desenvolve com maior rapidez nos corpos considerados bons condutores de calor, como os metais, e, mais vagarosamente, nos corpos tidos como maus condutores de calor, como o concreto.

O conhecimento sobre a condutibilidade de calor dos diversos materiais é de grande importância na prevenção de incêndio.

A figura 6-16 ilustra os efeitos do calor em corpos líquidos: estado normal, ebulição e vaporização.

Na maioria dos líquidos inflamáveis a vaporização acontece em temperatura ambiente.

Aumento de Volume

Todos os corpos – sólidos, líquidos ou gasosos – se dilatam e se

contraem conforme o aumento ou diminuição da temperatura. A atuação do calor não se faz de maneira igual sobre todos os materiais. Alguns problemas podem decorrer dessa diferença. Imaginemos, por exemplo, uma viga de concreto de 10 m exposta a uma variação de temperatura de 700 º C. A essa variação, o ferro, dentro da viga, aumentará seu comprimento cerca de 84 mm, e o concreto 42 mm.

Com isso, o ferro tende a deslocar-se no concreto, que perde a capacidade de sustentação, enquanto que a viga “empurra” toda a estrutura que sustenta em, pelo menos, 42 mm.

Os materiais não resistem a variações bruscas de temperatura. Por exemplo, ao jogarmos água em um corpo superaquecido, este se contrai de forma rápida e desigual, o que lhe causa rompimentos e danos. Pode ocorrer um enfraquecimento deste corpo, chegando até a um colapso, isto é, ao surgimento de grandes rupturas internas que fazem com que o material não mais se sustente.

Mudanças bruscas de temperatura, como as relatadas, são causas comuns de desabamentos de estruturas. A dilatação dos líquidos também pode

Fig. 6-16 – Estado normal, ebulição e vaporização. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP.

Fig. 6-17 – Efeitos do calor – aumento de volume dos corpos. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP.


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Fig. 6-18 – Efeitos do calor – mudança de estado físico da matéria.

Fonte: Manual de Fundamentos PMESP

produzir situações perigosas, provocando transbordamento de vasilhas, rupturas de vasos contendo produtos perigosos, etc.

A dilatação dos gases provocada por aquecimento acarreta risco de explosões físicas, pois, ao serem aquecidos os gases aumentam de volume. Sob a ação de calor, os gases comprimidos ou os gases liquefeitos comprimidos aumentam a pressão no interior dos vasos que os contêm, pois não têm para onde se expandir.

Se o aumento de temperatura não cessar, ou se não houver dispositivos de segurança que permitam escape dos gases, pode ocorrer uma explosão provocada pela ruptura das paredes do vaso e pela violenta expansão dos gases. Se estes gases que estavam compridos sob alta pressão forem inflamáveis irão queimar em alta velocidade com grande liberação de calor. Os vapores de líquidos (inflamáveis ou não) se comportam como os gases.

Mudança de Estado Físico da Matéria

Com o aumento do calor, os corpos tendem a mudar seu estado físico: alguns sólidos transformam-se em líquidos (liquefação), líquidos se transformam em gases (gaseificação) e há sólidos que se transformam diretamente em gases (sublimação). Isso se deve ao fato de que o calor faz com que haja maior espaço entre as moléculas e estas, separando-se, mudam o estado físico da matéria.

Mudança química é aquela em que ocorre a transformação de uma substância em outra. A madeira, quando aquecida, não libera moléculas de madeira em forma de gases, e sim outros gases, diferentes, em sua composição, das moléculas originais de madeira. Essas moléculas são menores e mais simples, por isso têm grande capacidade de combinar com outras moléculas, as de oxigênio, por exemplo. Podem produzir também gases venenosos ou explosões.

Efeitos Fisiológicos nos Seres Vivos

O calor é a causa direta da queima e de outras formas de danos

pessoais. Danos causados pelo calor incluem desidratação, insolação, fadiga e problemas para o aparelho respiratório, além de queimaduras, que nos casos mais graves podem levar até a morte.

Pontos de Temperatura

Os combustíveis são transformados pelo calor, e a partir desta

transformação, é que combinam com o oxigênio, resultando a combustão. Essa transformação desenvolve-se em temperaturas diferentes, à medida que o material vai sendo aquecido.

Com o aquecimento, chega-se a uma temperatura em que o material


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começa a liberar vapores, que se incendeiam se houver uma fonte externa de calor. Neste ponto, chamado de "Ponto de Fulgor", as chamas não se mantêm, devido à pequena quantidade de vapores.

Prosseguindo no aquecimento, atinge-se uma temperatura em que os gases desprendidos do material, ao entrarem em contato com uma fonte externa de calor, iniciam a combustão, e continuam a queimar sem o auxílio daquela fonte. Esse ponto é chamado de “Ponto de Combustão”.

Continuando o aquecimento, atinge-se um ponto no qual o combustível, exposto ao ar, entra em combustão sem que haja fonte externa de calor. Esse ponto é chamado de “Ponto de Ignição”.

Abaixo estão alguns combustíveis e seus pontos de temperatura.

6.2.1.4 Reação Química em Cadeia

A reação em cadeia torna a queima auto-sustentável. Didaticamente, explica-se a reação em cadeia da seguinte forma:

O calor radiado das chamas atinge o combustível e este é decomposto

PONTOS DE TEMPERATURA DE COMBUSTÍVEIS Combustível Ponto de Fulgor (oC) Ponto de Ignição (oC)

Madeira dura 245 290

Papel 230 230

Polietileno 340 350

Álcool (metanol) 11 385

Butano -60 430

Gasolina -40 227

Óleo lubrificante 157 230

Petróleo 30 250 a 450

Fig. 6.19 – Pontos de temperatura – ponto de fulgor, combustão e ignição. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.


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em partículas menores (moléculas que foram quebradas formando radicais livres), que se combina com o oxigênio e queimam, radiando outra vez calor para o combustível, quebrando mais moléculas, formando um ciclo constante.

Um exemplo clássico de reação em cadeia pode ser verificado no

incêndio florestal. O calor radiado por uma árvore pode fazer queimar outras árvores que estão a sua volta. Como exemplo didático, se uma árvore ao queimar liberar energia para causar a ignição de mais duas, e cada uma delas causar a ignição de mais duas, neste momento já teremos sete árvores queimando.

Existem agentes extintores que também na presença do calor se decompõem formando radicais livres. Ocorre que os radicais livres destes materiais possuem uma capacidade de se combinar com os combustíveis maior que o oxigênio, impedindo desta forma que a reação em cadeia de combustão se complete. Estes agentes agem na quebra da reação em cadeia e são chamados de agentes extintores químicos.

6.2.2 Formas de Combustão

Na natureza se encontra muitas formas combustão e a literatura trata o

assunto com as mais diversas abordagens, mas vamos procurar distinguir alguns aspectos que nos ajudam a entender estas formas e encontrar uma classificação coerente e simples.

Primeiro, deve-se analisar se ela necessita ou não de uma fonte de ignição externa para ocorrer. As combustões que não necessitam desta fonte de ignição externa, que pode ser uma centelha, fogo, arco voltaico, dentre outras, são chamadas de espontâneas. Alguns materiais combustíveis possuem propriedades que somente pelo contato com o comburente (na maioria dos casos é o oxigênio, mas pode não ser como já foi tratado no estudo do comburente) desencadeiam o processo de combustão. Algumas

Fig. 6.20 – Ilustração de como pode ocorrer uma reação em cadeia com o metano. Fonte: Cap. Rogério Lima de Araújo.


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formas de combustão espontânea estão relacionadas abaixo: Processo Bioquímico: é o que ocorre, por exemplo, quando do

armazenamento de certos vegetais que, pela ação de bactérias, fermentam. A fermentação produz calor e libera gases que podem incendiar.

Características Químicas e Físicas: alguns materiais entram em combustão sem fonte externa de calor (materiais com baixo ponto de ignição) e outros entram em combustão à temperatura ambiente (20º C), como o fósforo branco.

Reação Química: ocorre também na mistura de determinadas substâncias químicas, quando a combinação gera calor e libera gases em quantidade suficiente para iniciar combustão. Por exemplo: água + sódio.

Porém, tanto as combustões espontâneas quanto as que necessitam de fonte externa de ignição possuem velocidades no desencadear deste processo e é a velocidade com que a combustão ocorre é que nos permite fazer uma classificação:

A velocidade com que decorre uma combustão depende de vários fatores. Em particular, será tanto mais rápida quanto maior for:

• O grau de divisão do combustível; • A inflamabilidade do combustível; • A superfície do combustível, em especial no que diz respeito à superfície

exposta diretamente ao comburente; • O grau de renovação ou alimentação de comburente. Em relação à velocidade, a combustão é então classificada em quatro

formas, cujas características mais importantes são as seguintes: • Lenta – quando se produz a uma temperatura suficientemente baixa, isto

é, inferior a 500 °C, não havendo, em regra geral, emissão de luz. A oxidação de um metal (ferro, cobre, zinco, etc.) em contacto com o ar

úmido é um exemplo deste tipo de combustão. Este processo também é conhecido simplesmente por oxidação.

• Viva – é aquela em que se produz luz e, vulgarmente, designa-se por fogo. Neste caso, devido à mistura dos gases inflamados com o ar forma-se a chama. No caso dos sólidos, cuja combustão decorre à superfície, verifica-se a incandescência a partir da sua ignição e também através da formação de brasas. Estas surgem quando o combustível já não libera gases suficientes para provocar chama. Neste caso denomina-se de combustão incompleta. A combustão do carvão ilustra bem estes aspectos.

• Deflagração – combustão rápida cuja propagação se dá a uma velocidade inferior à do som no ar (340 m/s), mas superior a velocidade de uma combustão normal (as que produzem chamas). Combustíveis líquidos acima da temperatura de fulgor liberam gases que podem explodir (mesmo num ambiente aberto) na presença de uma fonte de calor. Para os combustíveis gasosos basta estarem na temperatura de fulgor e dentro da faixa de inflamabilidade.

• Detonação – combustão resultado da mistura de gases ou partículas finamente divididas com o ar numa percentagem bem determinada – mistura explosiva ou detonante – propagando-se a uma velocidade superior a 340 m/s. Neste caso, a mistura tem que ocupar todo o espaço onde está contida e, no momento da explosão, provoca uma elevação de temperatura ou de pressão ou de ambas, simultaneamente, sobre todo o espaço confinante.

É a queima de gases (ou partículas sólidas), em altíssima velocidade, em


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Fig. 6-21 – Detonação de GLP numa casa em miniatura. Podemos observar a expansão dos gases após sua inflamação. Fonte: Fundamentos de Combate a Incêndio CBPR, 2004.

locais confinados, com grande liberação de energia e deslocamento de ar. Tanto a deflagração quanto a detonação são formas de explosões que

possuem classificação específica. Para não confundir, traremos de forma resumida algumas informações sobre explosões ao final deste item.

Ainda tratando da classificação das combustões, verifica-se que elas podem ocorrer com grande quantidade de comburente ou pouca quantidade de comburente. Isto vai determinar se ela é completa ou incompleta. Abaixo, estão exemplos deste tipo de combustão.

Combustão Completa

É aquela em que a queima produz calor e chamas e se processa em

ambiente rico em oxigênio.

Combustão Incompleta É aquela em que a queima produz calor e pouca ou nenhuma chama, e se

processa em ambiente pobre em oxigênio.

Para resumirmos as classificações da combustão podemos dizer que ela se classifica quanto:

• Fonte de ignição externa: se não necessita é espontânea; • Velocidade: lenta, viva, deflagração ou detonação; • Quantidade de comburente: grande quantidade completa ou pequena

quantidade incompleta.

Fig. 6-22 – Combustão completa. Fonte: Cap. Rogério Lima de Araujo.

Fig. 6-23 – Combustão incompleta. Fogo em brasas e quase sem chama. Fonte: Fundamentos de Combate a Incêndio CBPR


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Explosões

A explosão pode ser definida como a violenta expansão de uma substância (deslocamento de massas em altas velocidades) acompanhada de súbita libertação de energia (mecânica e�ou calor na forma de radiação principalmente).

Elas dependem da relação combustível / comburente ou então substância / pressão e estas ocorrem com substância combustível ou não. Quando ocorrem com substância combustível, se durante os incêndios, alimenta-os violentamente, se em situações em que não haja incêndios, na grande maioria das vezes, vai provocá-lo.

Existem três tipos de explosões: • Caudadas por processos físicos: são as causadas pela ruptura de

um vaso que contêm gás ou vapor, que pode ser combustível ou não. A elevação de pressão normalmente é ocasionada pela ação do calor, mas também pode ocorrer devido a uma reação química interna a este vaso. São destes tipos as explosões de caldeiras, vasos, tubulações, cilindros, tambores de líquidos ou gases por excesso de pressão.

• Causadas por processos químicos: são as causadas pela combustão rápida ou decomposição violenta de uma substância. Elas podem ser de dois tipos principais – causadas por decomposição rápida de substâncias como os explosivos em geral, como o TNT, pólvora, etc; causadas por misturas explosivas, onde a presença do comburente é indispensável. As misturas explosivas ocorrem com os combustíveis na forma de gases, vapores, ou pós.

• Causadas pela energia nuclear: as explosões nucleares são resultado da formação de diferentes núcleos atômicos pela redistribuição dos prótons e nêutrons no interior do núcleo e isto pode ser feito por fissão ou fusão nuclear. Nestes processos, há grande liberação de energia, e dependo da quantidade de material em que se faz este processo, poderá gerar uma reação em cadeia de alta velocidade que se caracteriza como explosão nuclear.

6.2.3 Produtos Resultantes da Combustão

Por ser uma reação química, a combustão origina outras substâncias

como produtos resultantes da combinação dos elementos químicos participantes da reação. Estes produtos são:

Fumaça: Mescla de gases, partículas sólidas e vapores d´água. A cor da fumaça, isto é, a sua maior ou menor transparência pode servir

de orientação prática para a intensificação do material combustível que está sendo decomposto na combustão.

a) Fumaça Branca ou Cinza Clara: indica que é uma queima de combustível comum. Ex: madeira, papel etc.

b) Fumaça Preta ou Cinza Escura: originária de combustão incompleta, geralmente de produtos derivados de petróleo, tais como: graxa, óleos, pneus, gasolina, plásticos etc.

c) Fumaça Amarela, Vermelha: indica que está queimando um combustível tóxico.

Calor: É a energia liberada de forma constante desde o início de uma combustão, que a mantém e incentiva sua propagação.


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O conhecimento das formas de transmissão do calor é de importância indiscutível, quer nos trabalhos de extinção, ou de prevenção de incêndios. Como vimos anteriormente, as formas de transmissão de calor de um corpo para o outro ou para um meio, são: condução, convecção e radiação.

Gases: são encontrados na fumaça e variam de acordo com o material que queima. Um dos elementos constituintes dos combustíveis mais comumente encontrados é o carbono “C”.

Quando ocorre combustão completa cada átomo de carbono “C” se combina com dois átomos de oxigênio “O” dando origem a um dos gases resultantes da combustão, o CO2 (gás carbônico ou dióxido de carbono). No processo de combustão eles são resultantes da queima da matéria orgânica;

Quando ocorre combustão incompleta cada átomo de carbono “C”, se combina com um átomo de oxigênio “O”, dando origem ao CO (monóxido de carbono).

Gás Carbônico ou Dióxido de Carbono (CO2): é um gás imperceptível e inodoro quando misturado com o ar, mas é ligeiramente picante. Não é combustível nem comburente, não é tóxico, porém, não serve para a respiração. Ao ser expelido do extintor de incêndio (extintor de CO2) sofre uma brusca queda de pressão e, por conseguinte, de temperatura (-70º C). Nesta temperatura ele está na forma de gelo seco.

Monóxido de Carbono ou Óxido de Carbono (CO): é um gás incolor, inodoro e insípido. É um dos primeiros gases que aparecem em combustão comum. Um incêndio em compartimento fechado, isto é, sem ventilação, quando demorado produz o “CO”, que não se denuncia facilmente. É explosivo e altamente tóxico. Se respirado, mesmo em baixas concentrações, impede a entrada do oxigênio no sangue, podendo levar o indivíduo à morte. A uma concentração de 2%, mata em uma hora e a 10% mata instantaneamente.

O monóxido de carbono, quando misturado com o ar atmosférico, em determinadas proporções (12,5 a 75 %), forma uma mistura explosiva.

Em virtude do duplo risco que oferece, temos que tomar o máximo de cuidado com o CO. Devemos ter conhecimento de sua presença para tomarmos as medida de proteção adequada.

Podemos ter ainda a liberação de gases como: • O ácido cianídrico (HCN), proveniente de fibras acrílicas como as de

carpetes, poliuretanos ou nylon, que também liberam amoníaco; • O ácido clorídrico (HCl) e fosgênio (COCl2), resultantes da queima de

materiais que possam conter cloreto de polivinilo (PVC), como certo tipo de pavimento, papel de parede em vinil e tubagens de instalação de cabos.

Chama: é uma porção de luz resultante da combustão de gases produzidos por matérias incendiadas; ex: chama da vela, maçarico, etc.

Incandescência: é uma porção de luz resultante na superfície de um corpo aquecido ou em combustão (lenta); ex: carvão, filamento de uma lâmpada, etc.


6-30

6.3 Desenvolvimento do Incêndio

Quando os quatro componentes do tetraedro estão juntos a ignição ocorre. Para o fogo continuar avançando além do primeiro material combustível a entrar em ignição, o calor emitido por esta combustão iniciada deve atingir outros combustíveis. Quando o fogo se dá em local aberto os gases inflamáveis e aquecidos liberados pelo material combustível se inflamam e são dispersos na atmosfera. Porém, quando este fogo ocorre em um ambiente fechado se torna um fenômeno mais complexo.

Um incêndio é uma combustão (fogo) sem controle no espaço e no tempo. Um incêndio em área aberta se desenvolverá pelas características dos combustíveis, condições climáticas, características do terreno, dentre outros. Neste manual será abordado o desenvolvimento de incêndios em edificações.

De uma forma simples, um incêndio, abandonado a si mesmo, depois da sua fase inicial, entra em queima livre, e com o decréscimo da quantidade de combustível existente no ambiente, ocorrerá o decaimento das chamas.

O desenvolvimento de um incêndio depende de muitos fatores de tal forma que para nós bombeiros é comum dizer que não há dois incêndios iguais. Porém, é normal que ocorram as seguintes fases no desenvolvimento de um incêndio: inicial (ou ignição), queima livre (ou crescimento), inflamação generalizada (ou flashover), incêndio desenvolvido e extinção (ou decaimento).

Se o fogo ocorrer em área ocupada por pessoas, há grandes chances de que o fogo seja descoberto no início e a situação resolvida com certa facilidade. Mas se ocorrer quando a edificação estiver deserta e fechada, o fogo continuará crescendo até ganhar grandes proporções. Essa situação pode ser controlada com a aplicação dos procedimentos básicos de ventilação.

O incêndio pode ser mais bem entendido se estudarmos suas cinco fases de desenvolvimento.

Fig. 6-24 – Exemplo de gases liberados da combustão. Fonte: Fenomenologia da combustão e extintores, ENB - Portugal, 2006.


6-31

6.3.1 - 1ª Fase: Inicial

Nesta primeira fase, também tratada na literatura como ignição, o oxigênio contido no ar não está significativamente reduzido e o fogo está produzindo vapor d’água (H20), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e outros gases. Grande parte do calor está sendo consumido no aquecimento dos combustíveis, e a temperatura do ambiente, neste estágio, está, ainda, pouco acima do normal.

O calor está sendo gerado e evoluirá com o aumento do fogo.

6.3.2 - 2ª Fase: Queima Livre

Durante esta fase, também chamada de crescimento, o ar, rico em oxigênio, é arrastado para dentro do ambiente pelo efeito da convecção, isto é, o ar quente “sobe” e sai do ambiente. Isto força a entrada de ar fresco pelas aberturas nos pontos mais baixos do ambiente.

Gases aquecidos preenchem a parte mais alta do

ambiente.

Manter-se abaixado para evitar danos provocados pelo

calor. Fig. 6.26 – 2ª Fase do incêndio chamada de queima livre. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.

- Gases aquecidos começam a preencher o ambiente de cima para baixo; - Manter-se abaixado ajuda a evitar os danos causados pelo calor.

C.

•Produção de gases

inflamáveis.

Fig. 6.25 – 1ª Fase do incêndio chamada de inicial ou de ignição. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.

- Temperatura ambiente normal; - Produção de gases inflamáveis; - O2 a 20% no ar.


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Os gases aquecidos espalham-se preenchendo o ambiente e, de cima para baixo, forçam o ar frio a permanecer junto ao solo; eventualmente, causam a ignição dos combustíveis nos níveis mais altos do ambiente. Este ar aquecido é uma das razões pelas quais os bombeiros devem se manter abaixados e usar o equipamento de proteção respiratória. Uma inspiração desse ar superaquecido pode queimar as vias aéreas superiores (situação grave). Neste momento, a temperatura nas regiões superiores (nível do teto) pode exceder 700 º C.

6.3.3 - 3ª Fase: Inflamação Generalizada (Flashover)

Na fase da queima livre, o fogo aquece gradualmente todos os combustíveis do ambiente. O aquecimento acontece de forma generalizada, até que os gases combustíveis liberados pelos materiais atingem seu ponto de ignição simultaneamente, neste momento, haverá a queima instantânea desses gases, com grande liberação de calor, ficando toda a área envolvida pelas chamas.

O flashover está relacionado diretamente à variação de temperatura do ambiente e pode ser definido também como inflamação generalizada.

A partir desse momento a temperatura no local é uniforme e a radiação sobre as paredes atinge o seu valor máximo.

O período de tempo que decorre entre o início do incêndio e a inflamação generalizada depende da admissão de ar e do potencial calorífico dos combustíveis. Em termos práticos, tendo em vista a segurança dos bombeiros, indica-se um período médio de 15 minutos.

Se a inflamação generalizada ocorrer numa parte do edifício, liberta-se tanta energia que a velocidade de propagação aumenta e o incêndio pode atingir, rapidamente, os compartimentos vizinhos.

Fig. 6.27 – 3ª Fase do incêndio inflamação generalizada - flashover. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.

- Ignição simultânea de todos os combustíveis do ambiente.

- Alta temperatura do piso ao teto.


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Alguns fatores poderão contribuir de forma positiva ou negativa para o acontecimento da inflamação generalizada:

Positivamente, depende da: a) Quantidade e extensão da superfície combustível em relação à

dimensão do compartimento; b) Admissão de ar fresco no local; c) Natureza e disposição das substâncias combustíveis. Negativamente, depende da: a) Absorção de calor por materiais não combustíveis; b) Perda de calor através da ventilação, nomeadamente quando esta é

efetuada no ponto mais elevado da estrutura. Após a inflamação generalizada decorre a combustão contínua,

caracterizada por uma temperatura constante e máxima libertação de calor, até o declínio das chamas, isto pela situação de escassez de combustível.

6.3.4 - 4ª Fase: Incêndio Desenvolvido

Nessa fase as temperaturas do ambiente poderão atingir valores acima de 1.1000C. Todos os materiais combustíveis do ambiente estarão em combustão. O incêndio irá se propagar por meio das aberturas internas, fachadas e coberturas da edificação.

6.3.5 - 5ª Fase: Extinção do Incêndio

Nessa fase o incêndio irá diminuir de intensidade e de severidade na proporção que vai se exaurindo os materiais combustíveis. Esta fase também é tratada na literatura de incêndio como decaimento do incêndio ou declínio das chamas.

6.3.6 – Considerações Especiais sobre o Desenvolvimento dos Incêndios

Muitas situações ou condições que ocorrem durante o crescimento e desenvolvimento do incêndio devem ser discutidas e analisadas. Esta seção especial trata exatamente de particularidades que devem ser analisadas nas operações de combate para se ter segurança e eficiência.

6.3.6.1 Flameover ou Rollover

O termo flameover ou rollover descrevem uma condição onde chamas se movem através dos gases quentes e inflamáveis que estão acumulados na parte superior de um ambiente confinado.

O flameover é distinguido do flashover pela inflamação somente dos gases inflamáveis e aquecidos e não das superfícies dos demais combustíveis que estão presentes no compartimento. Esta situação poderá ocorrer durante a fase de crescimento quando os gases quentes formam uma camada junto ao teto. Chamas poderão ser observadas no interior da camada quando os gases combustíveis alcançam a temperatura de ignição. Enquanto não houver uma progressão destas chamas de forma a tomar todo o compartimento ainda não ocorreu o flashover. Flameover também pode ser observado quando na fase de crescimento do incêndio gases aquecidos e inflamáveis que se deslocam


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Fig. 6-29 – Queima lenta em ambiente fechado pela escassez de O2. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP.

horizontalmente por uma abertura do compartimento que está queimando encontram um ambiente mais rico em oxigênio e então surgem chamas no interior desta massa gasosa. A Fig. 6.29 ilustra esta situação.

6.3.6.2 Desenvolvimento do Incêndio em Ambiente Fechado

Ao estudarmos o desenvolvimento de um incêndio, temos também que

considerar a situação dele se desenvolver em um ambiente fechado, o que ocorre em muitas situações.

Num espaço fechado o fenômeno será mais complexo, pois da fase de queima livre pode evoluir para três situações distintas:

• Extinção das chamas (como num incêndio ao ar livre), quando o espaço for ventilado e o calor for liberado para o exterior;

• Inflamação generalizada (descrita no item anterior deste capítulo), se o calor não se puder libertar para o exterior, mas existir razoável renovação de ar no local do incêndio;

• Asfixia, se não existir renovação de ar no local do incêndio, sendo notório o decaimento das chamas apesar da temperatura se manter com valores muito elevados. A quantidade de oxigênio existente é baixa, dando origem à incandescência, isto é, à formação de brasas.

Contudo, a quantidade de gases liberados na combustão é máxima, nomeadamente o monóxido de carbono, existindo sérios riscos de uma explosão da fumaça (descrita no item 6.3.6.3 - backdraft), se a ventilação do local não for corretamente efetuada. As formas de ventilação segura serão tratadas no capítulo 13 deste manual – ventilação.

Queima Lenta

Como nas fases anteriores, o fogo

continua a consumir oxigênio, até atingir um ponto onde o comburente é insuficiente para sustentar a combustão. Nesta fase, as chamas podem deixar de existir se não houver ar suficiente para mantê-las (na faixa de 8% a 0% de oxigênio).

O fogo é, normalmente, reduzido

Fig. 6.28 – Flameover ou rollover. Fonte: Essentials of Fire Fighting. IFSTA, 4ª Ed.1998.

- Ignição de vapores superaquecidos - Chamas rolam junto ao teto deslocando-se


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a brasas, o ambiente torna-se completamente ocupado por fumaça densa e os gases se expandem. Devido à pressão interna ser maior que a externa, os gases saem por todas as fendas em forma de lufadas, que podem ser observadas em todos os pontos do ambiente.

O calor intenso reduz os combustíveis a seus componentes básicos, liberando, assim, vapores combustíveis prontos para se inflamarem quando alimentados com oxigênio. Esta situação oferece grande risco de ocorrer uma explosão dos gases inflamáveis quentes presentes na fumaça conhecida por backdraft.

6.3.6.3 Backdraft

A combustão é definida como oxidação, que é uma reação química na

qual o oxigênio combina-se com outros elementos. O carbono é um elemento naturalmente abundante, presente, entre outros materiais, na madeira. Quando a madeira queima, o carbono combina com o oxigênio para formar dióxido de carbono (CO2), ou monóxido de carbono (CO). Quando o oxigênio é encontrado em quantidades menores, o carbono livre (C) é liberado, o que pode ser notado na cor preta da fumaça.

Na fase de queima lenta em um incêndio, a combustão é incompleta porque não há oxigênio suficiente para sustentar o fogo. Contudo, o calor da queima livre permanece, e as partículas de carbono não queimadas (bem como outros gases inflamáveis, produtos da combustão) estão prontas para incendiar-se rapidamente assim que o oxigênio for suficiente. Na presença de oxigênio, esse ambiente explodirá. A essa explosão chamamos “Backdraft”.

As condições a seguir podem indicar uma situação de “Backdraft”: • Fumaça sob pressão, num ambiente fechado;

Fig. 6.30 – Backdraft. Fonte: Manual de Fundamentos PMESP, 2ª Ed.,2006.


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• Fumaça escura, tornando-se densa, mudando de cor (cinza e amarelada) e saindo do ambiente em forma de lufadas;

• Calor excessivo (nota-se pela temperatura na porta); • Pequenas chamas ou inexistência destas; • Resíduos da fumaça impregnados nos vidros das janelas; • Pouco ruído; • Movimento de ar para o interior do ambiente quando alguma

abertura é feita (em alguns casos ouve-se o ar assoviando passar pelas frestas).

Para evitar a ocorrência do Backdraft faz-se necessário realizar uma ventilação adequada do ambiente. Com esse procedimento a fumaça e os gases combustíveis superaquecidos são retirados do ambiente. A ventilação inadequada suprirá abundante e perigosamente o local com o elemento que faltava (oxigênio), provocando uma explosão ambiental.

6.3.6.4 Fatores que Afetam o Desenvolvimento do Incêndio

O desenvolvimento do incêndio vai desde a fase inicial (ignição) até a extinção e muitos fatores podem afetar seu comportamento e desenvolvimento, como:

• Tipo, número e localização das aberturas de ventilação; • Volume do compartimento; • Altura do telhado do compartimento; • Tipo, composição, e localização dos materiais combustíveis que

sofrerão a primeira ignição; • Quantidade de combustível (carga de incêndio), tipo (densidade,

superfície de exposição), e localização dos demais combustíveis presentes no compartimento.

Para o fogo se desenvolver, quantidade de ar suficiente para ele passar da fase inicial deverá ser provida. O tipo e o número de aberturas de ventilação do compartimento determinam como o incêndio se desenvolverá no espaço. A forma do compartimento e a altura do telhado irão determinar se uma quantidade significativa de gás aquecido irá se formar. A localização da fonte

Fig. 6-31 – Desenvolvimento de um incêndio num espaço fechado. Fonte: Fenomenologia da combustão e extintores, ENB - Portugal, 2006.


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de ignição inicial é também muito importante na formação da camada de gases aquecidos.

6.3.6.5 Camadas Térmicas

A camada térmica de gases é a tendência dos gases formarem camadas de acordo com a temperatura. Outros termos que também são usados para determinar esta tendência são a estratificação do calor e equilíbrio térmico.

Os gases aquecidos formam camadas superiores enquanto os gases frios formam as camadas inferiores. A fumaça é uma mistura aquecida de gases, ar e partículas. A camada térmica é fator importante a ser analisado nas atividades de bombeiro.

No combate a incêndio em espaços confinados em que se verifique a formação das camadas térmicas é importante que se faça em conjunto com o combate uma ventilação adequada, pois a aplicação de jatos de água sobre a camada de gases aquecidos provocará uma rápida vaporização desta água que ocasionará muita agitação e quebra do equilíbrio entre as camadas de gás aquecido e frio (Fig. 6-33).

Está situação pode provocar sérias queimaduras em bombeiros ou

vítimas que estiverem no interior deste ambiente, além de diminuir sobremaneira a visibilidade. Enquanto os bombeiros necessitarem da camada de ar frio para progredirem no ambiente deve-se evitar aplicar jatos d´água até que tenha uma ventilação adequada para o combate ao incêndio deste ambiente.

Fig. 6.33 – Desequilíbrio térmico provocado pela aplicação do jato de água. Fonte: Essentials of Fire Fighting. IFSTA, 4ª Ed.1998.

Fig. 6.32 – Camadas térmicas formadas por um incêndio em espaço confinado Fonte: Essentials of Fire Fighting. IFSTA, 4ª Ed.1998.

Muito Calor

Calor moderado

Pouco calor

Calor Moderado


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Fig. 6-34 – Exemplo de extinção por abafamento com extintor de CO2. Fonte: Fundamentos de Combate a Incêndio. CBPR:

6.4 Métodos de Extinção de Incêndio 6.4.1 Abafamento

Não havendo comburente para reagir com o combustível, não haverá fogo. Como exceções estão os materiais que têm oxigênio em sua composição e queimam sem necessidade do oxigênio do ar, como os peróxidos orgânicos e o fósforo branco.

Conforme vimos, a diminuição do oxigênio em contato com o combustível vai tornando a combustão mais lenta, até a concentração de oxigênio chegar próxima de 8%, onde não haverá mais combustão para maioria dos combustíveis. Colocar uma tampa sobre um recipiente contendo álcool em chamas, ou colocar um copo voltado de boca para baixo sobre uma vela acesa, são duas experiências práticas que mostram que o fogo se apagará tão logo se esgote o oxigênio em contato com o combustível.

Pode-se abafar o fogo com uso de materiais diversos, como areia, terra, cobertores, vapor d’água, espumas, pós, gases especiais, etc. 6.4.2 Retirada do Material Combustível

É a forma mais simples de se extinguir um incêndio. Baseia-se na

retirada do material combustível ainda não atingido, da área de propagação do fogo, interrompendo a alimentação da combustão.

Ex.: Fechamento de válvula ou interrupção de vazamento de combustível líquido ou gasoso, retirada de materiais combustíveis do ambiente em chamas, realização de aceiro, etc.

Fig. 6-35 – Retirada do material combustível pelo fechamento da válvula de GLP. Fonte: Fenomenologia da combustão e extintores, ENB - Portugal, 2006.

Fig. 6-36 – Exemplo de resfriamento com água. Fonte: Fundamentos de Combate a Incêndio. CBPR: 1ª ed. 2004.


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6.4.3 Resfriamento

É o método mais utilizado. Consiste em diminuir a temperatura do material combustível que está queimando, diminuindo, conseqüentemente, a liberação de gases ou vapores inflamáveis. A água é o agente extintor mais usado, por ter grande capacidade de absorver calor e ser facilmente encontrada na natureza.

A redução da temperatura está ligada à quantidade e à forma de aplicação da água (jatos), de modo que ela absorva mais calor que o incêndio é capaz de produzir. Formas de se aplicar a água e informações mais aprofundadas a respeito deste importante agente extintor, você poderá ver no capítulo 17 - água e espuma e no capítulo 20 - operações de combate a incêndios.

6.4.4 Quebra da Reação em Cadeia

Certos agentes extintores, quando lançados sobre o fogo, sofrem ação do

calor, reagindo sobre a área das chamas, interrompendo assim a “reação em cadeia” (extinção química). Isso ocorre porque o oxigênio comburente deixa de reagir com os gases combustíveis. Essa reação só ocorre quando há chamas visíveis.

Fig. 6-37 – Exemplo de extinção química pela aplicação de pó químico seco de bicarbonato de sódio. Fonte: Fundamentos de Combate a Incêndio. CBPR: 1ª ed. 2004.


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SUMÁRIO O estudo do comportamento do fogo é necessário para qualquer atividade de combate

a incêndios e também de prevenção de incêndios. Estes conhecimentos permitem dimensionar as operações de combate, prever seu desenvolvimento e principalmente gerenciar riscos.

Na prevenção de incêndios permite exigir o controle de materiais construtivos, dimensionar sistemas preventivos que irão contribuir para que não ocorra o incêndio, mas se este ocorrer, dificultar sua propagação. Vimos alguns conhecimentos e fenômenos que podem ocorrer nos incêndios, como:

- Estudo da matéria nas suas propriedades físicas e químicas; - Combustão (tetraedro do fogo, formas de combustão e produtos resultantes da

combustão); - Desenvolvimento do incêndio e considerações sobre o desenvolvimento dos

incêndios; - Métodos de extinção.


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Exercícios de Fixação 1. No Brasil é adotado de forma oficial qual o sistema de unidades: a. ( ) Sistema Inglês. b. ( ) Sistema Internacional de Unidades MKS. c. ( ) Sistema CGS. d. ( ) Sistema Francês de Unidades. e. ( ) Sistema Próprio. 2. A energia pode ser conceituada como: a. ( ) A velocidade que um corpo pode adquirir sem levar em conta sua massa. b. ( ) A capacidade de realizar trabalho. c. ( ) A força que se faz para realizar trabalho. d. ( ) Trabalho. e. ( ) Nenhuma das alternativas. 3. Pressão é uma grandeza física definida como: a. ( ) A força necessária para mover um objeto. b. ( ) A capacidade de um corpo realizar trabalho em uma área. c. ( ) A força perpendicular exercida por unidade de área. d. ( ) A força capaz de gerar movimento. e. ( ) Nenhuma das alternativas. 4. Sobre calor e temperatura é correto afirmar: a. ( ) Temperatura é um indicador de calor. b. ( ) Temperatura é a medida de quão quente ou frio um corpo está. c. ( ) Calor está associado ao movimento caótico das moléculas. d. ( ) Calor é a energia transferida de um sistema para outro por diferença de temperatura e. ( ) Todas as alternativas estão corretas. 5. Quanto ao calor é incorreto afirmar: a. ( ) É uma fonte específica de energia presente na natureza. b. ( ) Pode ser transferido por radiação, convecção ou condução. c. ( ) Pode ser encontrado no interior da matéria. d. ( ) Pode ser encontrado no vácuo. e. ( ) Nenhuma das alternativas. 6. Sobre a combustão é correto afirmar: a. ( ) Fogo e combustão são processos distintos. b. ( ) A combustão só ocorre na presença de oxigênio. c. ( ) Combustão é um tipo particular de fogo. d. ( ) Combustão é uma reação química exotérmica. e. ( ) Nenhuma das alternativas.


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7. Sobre o fogo e seus componentes é correto afirmar: a. ( ) O oxigênio é o comburente de todas as combustões. b. ( ) A reação química em cadeia não é necessária para se conceituar fogo. c. ( ) Fogo é uma forma de combustão lenta. d. ( ) Os combustíveis só queimam no estado gasoso. e. ( ) Existem outros comburentes além do oxigênio. 8. Sobre as propriedades gerais dos combustíveis é correto afirmar: a. ( ) Os líquidos inflamáveis derivados do petróleo são insolúveis. b. ( ) A água é polar e se dilui em solventes apolares, por ser universal. c. ( ) Os gases só se liquefazem se baixar suas temperaturas. d. ( ) A madeira gaseificada pelo processo de pirólise mantém suas propriedades químicas. e. ( ) Nenhuma das alternativas. 9. Quanto às formas de combustão é correto afirmar: a. ( ) Toda a explosão ocorre devido a uma combustão violenta de alta velocidade. b. ( ) A deflagração não é uma forma de combustão. c. ( ) A detonação é uma forma de combustão de altíssima velocidade. d. ( ) A combustão só ocorre em ambientes ricos em oxigênio. e. ( ) Nenhuma das alternativas. 10. Sobre o incêndio e suas fases é correto afirmar: a. ( ) Na fase inicial o incêndio já começa a liberar grande quantidade de calor. b. ( ) A Inflamação generalizada (flashover) é a explosão ambiental em que tudo se inflama. c. ( ) O flameover ocorre depois do desenvolvimento total do incêndio. d. ( ) O backdraft é conhecido como a explosão ambiental da fumaça que contém gases combustíveis aquecidos. e. ( ) Nenhuma das alternativas.

Manual - Comportamento Do Fogo

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