O fogo é um processo de combustão. A combustão é uma reacção química exotérmica, isto é, ocorre com a libertação de calor. Para se iniciar esta reacção existem três elementos que têm que estar presentes; um combustível, um comburente e energia de activação. Sendo que: Combustível – é uma substância (pode ser gasosa, líquido ou sólido) que pode sofrer combustão num ambiente gasoso; Comburente – ambiente ou gás em cuja presença o combustível arde, este gás é em geral o oxigénio (que se encontra naturalmente na atmosfera); Energia de activação – para se iniciar a combustão é necessário que exista uma energia de activação, uma fonte de calor. Para existir um fogo estes três elementos têm obrigatoriamente de estar presentes. Uma fonte de calor tem que contactar com o combustível na presença de um comburente para que ocorra um fogo. Estes três elementos formam o designado triângulo do fogo.
Figura 1: Triângulo do fogo.
Após o início da combustão gera-se uma reacção em cadeia, a velocidade de propagação da combustão está dependente das características do combustível e do comburente. O contacto do combustível e do comburente não gera um fogo, é necessário que exista uma fonte de calor. Esta tem que transmitir o calor suficiente para que a reacção de combustão se inicie. A energia de activação varia conforme as características do combustível em questão e a fenomenologia associada. Para se entender melhor estes 1
fenómenos vejamos os factores associados à combustão de diversos tipos de combustíveis. Combustíveis gasosos Os combustíveis gasoso existem em grande número e muitos são facilmente inflamáveis. Alguns são utilizados para fins domésticos para cozinhar ou em aquecimento de habitações. Os acidentes com estes combustíveis originam muitos incêndios em habitações e geralmente de alguma violência. Estão associados ao início da combustão de gases alguns factores como: Relação ar/combustível; Quantidade de oxigénio; Temperatura; Pressão. O factor que mais interesse tem (uma vez que podemos assumir incêndios em atmosfera normal) é a relação ar combustível. Se não existir combustível ou se a sua quantidade for muito baixa não ocorre ignição. No entanto é importante referir que ao aumentar a proporção de gás combustível se reduz a do gás comburente, ou seja, uma atmosfera repleta de gás combustível poderá não ser inflamável por não existir comburente. Assim importa definir os seguintes limites: Limite inferior de inflamabilidade – é o limite abaixo do qual a quantidade de combustível existente no ar é insuficiente para inflamar; Limite superior de inflamabilidade – é o limite acima do qual a quantidade de comburente é insuficiente para inflamar. Deste modo apenas é possível ocorrer a inflamação do gás combustível entre os dois limites especificados. Refira-se que os gases que tenham limites inferiores de inflamabilidade elevados ou que tenham uma faixa estreita de inflamabilidade são mais seguros existindo menor risco de combustão.
Alguns gases apresentam ainda velocidades de combustão extremamente rápidas, isto provoca uma libertação intensa e rápida de energia, provocando uma explosão. A explosão provoca para além da rápida libertação de energia pressões que podem ser 2
bastante destruidoras. Costuma considerar-se que a explosão ocorre quando a velocidade de propagação da chama é superior à da velocidade do som.
LIMITES DE INFLAMABILIDADE ( Definidos para mistura gás/ar a 20ºC e pressão atmosférica)
Combustíveis
Concentração Limite inferior
Limite superior
Metano
5%
15%
Propano
2,1%
10%
Butano
1,5%
8,5%
Hidrogénio
4%
75%
Acetileno
2,5%
85%
Benzeno
1,3%
7%
Etanol
3,5%
19%
Gasolina
1,4%
7,6%
Gás Natural
5%
15%
Combustíveis líquidos Importa referir que no caso de combustíveis líquidos não é o líquido que se inflama, mas sim, os vapores (gases) que são expelidos por esse líquido. Para que ocorra a inflamação é necessário que o liquido emita vapores suficientes para que o que se atinja o limite inferior de inflamabilidade (funciona portanto como uma mistura gás combustível/ar). Nos líquidos combustíveis a quantidade de vapores que são expelidos varia com a temperatura, isto é, quanto mais quente está o líquido maior será a quantidade de vapores exalados por este. Assim, para as substâncias líquidas combustíveis são definidas as seguintes temperaturas: Temperatura de Inflamação – é a temperatura mínima para a qual um líquido combustível emite uma quantidade de vapores suficiente para provocar uma inflamação na presença de uma chama. Porém ao ser afastada a chama cessa a combustão; Temperatura de Combustão – é a temperatura mínima para a qual um líquido combustível emite uma quantidade de vapores suficiente para provocar uma inflamação na presença de uma chama e a combustão se mantém ao ser retirada a chama; 3
Temperatura de Ignição – é a temperatura mínima para a qual os valores emitidos pelo combustível líquido provocam uma combustão sem necessidade de chama.
Figura 2: Esquematização das temperaturas de inflamação, combustão e ignição.
De acordo com a sua temperatura de inflamação os combustíveis líquidos classificam-se da seguinte forma: Muito perigosos – se a temperatura de inflamação for inferior a 25ºC; Perigosos – se a temperatura de inflamação for entre 25ºC e 65ºC; Não perigosos – se a temperatura de inflamação for superior a 65ºC.
Figura 3: indicação do substância facilmente ou extremamente inflamável (temperatura de inflamação inferior a 21ºC).
Os combustíveis líquidos, têm propriedades que dificultam a extinção do incêndio por parte dos bombeiros, nomeadamente o facto de não terem forma. Deste modo quando derramados espalham-se pelo piso concentrando-se nas zonas baixas. Além disso os combustíveis provenientes de hidrocarbonetos (petróleo, diesel, gasolina, naftas, etc.) são mais leves que a água flutuando sobre esta e não são solúveis na água (não se misturam com a água) dificultando deste modo a extinção de incêndios nestes líquidos. Por exemplo, o álcool ou a acetona (e outros solventes polares) são solúveis na água pelo que é mais fácil extinguir incêndios nestes líquidos.
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Tabela 1: Temperaturas de inflamação e ignição de alguns combustíveis líquidos.
Combustíveis
Temperaturas [ºC] Inflamação
Ignição
Tolueno
4
552
Metanol
11
464
Fuel (aviões)
>50
210
Etanol
12
365
Acetona
-19
465
Gasolina
>-45
246
Diesel
>62
210
Combustíveis sólidos A combustão dos sólidos desenvolve-se essencialmente de duas formas: Pirólise – Por acção do calor o corpo sólido emite vapores combustíveis. São estes vapores que provocam a combustão. A combustão destes sólidos passa pela emissão de vapores que se inflamam; Brasas – É uma combustão que ocorre sem gerar quantidade apreciável de chamas mas que no entanto tem fortes emissões de radiação. Muitos combustíveis sólidos sob a acção do calor emitem vapores que entram em combustão. Refira-se que quanto maior for a superfície exposta do material mais rápida será a combustão. Classes de fogo Deste modo os fogos podem consumir diversos tipos de materiais, variando as características do fogo com as do material que é consumido, quer seja pela temperatura de combustão, calor libertado, velocidade da combustão, etc. Também neste caso a facilidade de extinção dos fogos ou os materiais utilizados para realizar essa extinção variam com o tipo de fogo. É assim comum considerar os seguintes classes de fogos: Classe A – são fogos em que o combustível é sólido e de modo geral de natureza orgânica, como seja em papel, madeira, tecidos, etc. Estes fogos ocorrem geralmente com formação de brasas. 5
Classe B – fogos que resultam da combustão de líquidos ou sólidos liquidificáveis (que se liquefazem na combustão). Incluem-se neste tipo de fogos os que ocorrem em hidrocarbonetos (gásoleo, gasolina, naftas, etc), álcoois, éteres, tintas, plásticos, etc. Classe C – fogos que ocorrem pela combustão de gases, por exemplo, gás natural, butano, propano, metano, etano, hidrogénio, acetileno, etc. Classe D – são fogos que consomem metais, por exemplo, sódio, potássio, magnésio, Urânio, metais em pó (ex. alumínio), etc.
Figura 4: Sinalética respeitante a cada tipo de incêndio.
Propagação do calor Um dos vértices do triângulo do fogo é a energia de activação, ou seja o calor. Este pode propagar-se de diferentes formas, propagando-se de corpos com temperatura mais elevada para corpos com temperatura mais baixa. O calor pode propagar-se por condução, por convecção ou irradiação. Condução – Ocorre dentro de um corpo sólido ou entre corpos sólidos que estejam em contacto (ou líquidos em repouso). É a transferência de calor por contacto entre moléculas, sem no entanto existir transferência de matéria. Ao aquecer uma molécula vibra com mais intensidade e esta vibração será transferida para a molécula seguinte que aumentará a sua vibração ou seja a sua temperatura. Convecção – É a transferência de calor que ocorre pelo movimento de massas de gases ou líquidos. Os gases aquecidos movimentam-se, sobem, transmitindo calor para outros corpos. Em incêndios em edifícios este é a principal forma de propagação do incêndio, pois os gases aquecidos sobem pelo edifício propagando o incêndio. Irradiação – É a transmissão de calor por ondas, radiação electromagnética. As ondas de calor propagam-se entre corpos a temperaturas diferentes, exemplo é o Sol cujas ondas de calor aquecem a Terra. Estas são as formas físicas em que se propaga o calor entre corpos, no entanto no estudo da propagação da combustão é comum alguns autores incluírem o deslocamento de 6
corpos inflamados. Neste caso o fogo é transmitido através de fagulhas e corpos incandescentes que se soltam do incêndio indo de encontro a outros corpos provocando novos focos de incêndio. É um fenómeno muito comum na propagação de incêndios florestais. Esta forma de propagação de incêndios designa-se por projecção. Carga de incêndio Carga de incêndio é todo o material combustível que se encontra num determinado local e que pode contribuir para uma combustão que aí ocorra. Esta definição não entra só com a quantidade mas também tem em conta o tipo de combustível e a forma como se apresenta pois isto influência muito a combustão. Para melhor compreender esta definição convém explicitar a noção de Potencial calorífero. Potencial calorífero é a energia térmica que um corpo liberta durante a sua combustão completa. O potencial calorífero é dado em KJ ou Kcal e é definido para 1 kg (combustível sólido) ou 1000 ml (combustíveis líquidos e gasosos). Por vezes utiliza-se a madeira como termo de comparação dizendo-se que a carga térmica é a correspondente a uma determinada quantidade de kg de madeira. A carga de incêndio é dada pelo potencial calorífero de todos os materiais combustíveis existentes num local. A densidade de carga de incêndio é a carga de incêndio por unidade de área. Este factor é muito importante na definição do risco de incêndio existente num determinado local. Tabela 2: Potencial calorífero de alguns materiais. POTENCIAL CALORÍFERO Combustíveis
Poder calorífero Kcal/Kg
Madeira
4000
Azeite
9500
Borracha sintética
9500
Algodão
4200
Gasolina
10500
PVC
5000
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Tabela 3: Cargas de incêndio típicas para diversas ocupações em edifícios.
Ocupação
Densidade carga incêndio (kg Madeira/m2) Média
Desvio Padrão
Percentil 95
Habitação
30.1
4.4
37.3
Escritório
24.8
8.6
38.9
Escola
17.5
5.1
25.9
Hospital
25.1
7.8
37.9
Hotel
14.6
4.2
21.5
Métodos de extinção de incêndios É possível extinguir um fogo alterando as condições que permitem que ele exista e se propague, assim, são consideradas as seguintes formas de extinção de incêndios. Abafamento ou asfixia – método que consiste em privar fogo de oxigénio. Pode ser conseguido isolando o fogo ou reduzindo o oxigénio no ambiente (valores abaixo dos 15%). Um exemplo é o deitar areia num pequeno fogo; Arrefecimento – consiste em baixar a temperatura do combustível de forma que a sua temperatura seja inferior ao da temperatura de combustão. É o processo mais utilizado, um exemplo deitar água para o fogo; Dispersão, limitação do combustível ou isolamento – consiste em separar o combustível do fogo evitando a propagação deste; Inibição – consiste na rotura da reacção em cadeia que propaga a combustão. Ao impedir que a transmissão de energia evita-se a formação de chama e interrompe-se a combustão. O fogo propaga-se a nível molecular por radicais livres, Se os redicais livres forem neutralizadoas antes de contactarem com as moléculas do combustível evita-se a propagação do fogo. Um exemplo é a utilização Halon para extinguir incêndios.
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