Aula 09

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Perícia Forense - Química
Forense
Aula 09: Química do fogo
INTRODUÇÃO
Nesta aula, aprenderemos a descobrir o caminho do fogo e os padrões das queimas.
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Trataremos também da observação da área do foco e dos resultados dos ensaios dos microvestígios coletados para
determinar as condições da causa do evento.
OBJETIVOS
Química do fogo e anatomia da combustão.
Mecanismo das explosões.
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DOMÍNIO DO FOGO
O homem sempre quis dominar o fogo. Durante milhares de anos, ao bater uma pedra contra outra, gerava uma faísca
que, junto a gravetos, iniciava uma fogueira.
Ele controlava a ignição. Entretanto, não controlava o fogo, que vinha de relâmpagos e vulcões. Esses fenômenos eram
associados à ira dos deuses, verdadeiro castigo do céu. O próprio fogo era venerado na antiguidade.
O domínio do fogo permitiu um grande avanço no conhecimento: cocção dos alimentos, fabricação de vasos e potes
de cerâmica ou objetos de vidro, forja do aço, fogos de artifício etc.
Por outro lado, sempre houve perdas de vidas e de propriedades devido a incêndios.
Após a Segunda Guerra Mundial, o fogo começou a ser encarado como ciência, complexa, pois envolvia
conhecimentos de física, química, comportamento humano, toxicologia, engenharia etc.
DEFINIÇÃO DE FOGO
Apesar dos grandes avanços na ciência do fogo, ainda não há consenso mundial para de�ni-lo.
Isso é percebido pelas de�nições usadas nas normas de vários países.
Tem-se assim:
Atenção
, ISO 8421-1 Combustão – reação exotérmica de uma substância combustível com um oxidante usualmente acompanhada por
chamas e ou abrasamento e ou emissão de fumaça.
Brasil - NBR 13860 - fogo é o processo de combustão caracterizado pela emissão de calor e luz.
Estados Unidos da América - (NF PA) - fogo é a oxidação rápida autossustentada acompanhada de evolução variada da
intensidade de calor e de luz.
Internacional - ISO 8421-1 - fogo é o processo de combustão caracterizado pela emissão de calor acompanhado de fumaça,
chama ou ambos.
Inglaterra - BS 4422:Part 1 - fogo é o processo de combustão caracterizado pela emissão de calor acompanhado por fumaça,
chama ou ambos.
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QUÍMICA DO FOGO
O fogo, ao fugir ao controle do homem, recebe o nome de incêndio, que, na realidade, é um processo de combustão, ou
seja, a combinação do combustível com o calor e o oxigênio do ar atmosférico (comburente), dando lugar à oxidação
(combinação química com oxigênio do ar atmosférico) que se desenvolve com elevada velocidade e emissão de luz e
calor.
A interpretação dessa �gura geométrica espacial é: cada uma das quatro faces representa um elemento do fogo
(combustível, comburente, calor e reação em cadeia) e devem coexistir ligados para que o fogo se mantenha.
Deve-se ter em mente que os dois elementos (Combustível e Comburente) e a condição Calor devem manter-se na
mesma proporção para que ocorra a Combustão, uma vez que menor quantidade de um desses elementos ou até a
inexistência de um deles faz com que a combustão não ocorra.
Essa descoberta foi feita por Lavoisier (Antoine Laurent Lavoisier, 1743-93) em 1783, quando ele conseguiu provar a
conexão química entre o oxigênio e o fogo.
O fogo, para ser iniciado e se manter no material combustível, sofre in�uência de vários fatores, como:
Estado da matéria (sólido, líquido ou gás)
Massa específica
Superfície específica
Calor específico
Calor latente de evaporação
Ponto de fulgor
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Ponto de ignição
Mistura inflamável (explosiva)
Quantidade de calor
Composição química
Quantidade de oxigênio disponível
Umidade
As diferenças do comportamento dos materiais combustíveis na ignição e na manutenção do fogo podem ser
explicadas por meio desses fatores.
ANATOMIA DA COMBUSTÃO
Ao ser o combustível submetido a uma fonte de calor (proveniente de uma chama, atrito, eletricidade ou reação
química), são liberados vapores que se combinam com o oxigênio do ar atmosférico, após seu craqueamento (quebra
das moléculas em menores partes).
Consequentemente, o processo dará lugar a uma série de reações químicas que caracterizarão a Reação em Cadeia,
liberando quantidades cada vez maiores de calor, que, por sua vez, realimentará todo o processo de combustão.
Fonte:
Os elementos da Combustão são calor, chama e fumaça.
Uma vez iniciado o fogo, deve-se levar em conta o mecanismo de transmissão da energia, ou seja, condução do calor,
convecção do calor e radiação de energia.
Cada modo de transmissão da energia in�uenciará na manutenção e no crescimento do fogo.
A velocidade de combustão depende do grau de divisão da matéria.
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É máxima na explosão em que o combustível, se é sólido, tem que estar sob a forma de poeira e, se gás, o vapor deve
ocupar todo o espaço do compartimento que o contém.
Lenta
Combustão em que o processo da reação se dá muito lentamente e não há produção de
chama.
Essa lentidão ocorre em decorrência da temperatura ser baixa. É o caso, por exemplo, das
oxidações produzindo a ferrugem.
Viva
Combustão em que o processo da reação se dá com maior velocidade, havendo a produção
da chama, além da produção de calor mais acentuada e bastante sensível, provocando a
queima.
Podemos distinguir dois aspectos de combustão viva:
• Chamas - mistura de gases combustíveis e ar, em combustão viva, devendo a palavra
in�amabilidade ser reservada aos fenômenos em que se veri�ca a produção de chamas;
• Incandescência - produzida pela forma de combustão viva dos corpos sólidos. Revela-se
pelo aparecimento de sinais luminosos no sólido. A energia desenvolvida pela combustão é
dissipada sob a forma de radiação.
Muito viva
Combustão (de�agração) em que o processo da reação se dá com grande velocidade, mas,
mesmo assim, inferior a 300m/s.
Também aí há a produção do calor e da chama. E o caso, por exemplo, da combustão da
carga de projeção (pólvora química) das munições dos armamentos.
Instantânea
Combustão que se processa conforme o nome está dizendo, instantaneamente, com uma
velocidade superior a 300m/s, e atinge de forma súbita toda a massa do combustível.
Alguns autores chamam de “o quarto estágio do fogo”. Não sucede sempre. E, entretanto, é
um perigo sempre presente na maioria dos incêndios.
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CLASSES DE INCÊNDIO
As classes de incêndio são de certa forma diretamente ligadas ao tipo de combustível, sendo elas:
CLASSE “A”
CLASSE
“B”
CLASSE “C” CLASSE “D”
Classe de
Combustível
que, ao
queimar, deixa
resíduos,
cinzas.
Exemplos
Madeira,
Tecido,
Algodão etc.
Classe de
Incêndio que
se caracteriza
pela liberação
de energia
térmica em
altas
quantidades
quando
comparadas
ao mesmo
volume de um
produto
CLASSE "A".
Como
exemplos
dessa classe
temos
Gasolina, Gás
Liquefeito de
Petróleo,
Álcool,
Querosene,
Diesel etc.
Classe
constituída por
equipamentos
elétricos
energizados.
Entretanto, ao
remover-se a
energia elétrica,
ele passa a ser
da classe do
elemento
combustível
predominante,
geralmente "A".
Nesta classe,
deve-se evitar o
uso de água
para a sua
extinção sob
risco de graves
acidentes.
Composta pela
classe dos metais
combustíveis, que
queimam a
altíssimas
temperaturas
produzindo uma
chama de cor
azul-
esbranquiçada.
Temos como
exemplo desta
classe os
seguintes metais:
Sódio, Alumínio,
Tungstênio,
Molibdênio,
Magnésio etc.Nesta classe,
deve-se evitar o
uso de água para
a sua extinção
sob risco de
graves acidentes.
PROPAGAÇÃO DO CALOR
Condução em tudo Irradiação Convecção
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O calor se propaga de
molécula a molécula
através de um método
direto.
Como exemplo deste
fato, temos a situação de
uma barra de ferro que
ao ser aquecida em uma
extremidade após algum
tempo encontrar-se-á
aquecida em outra
extremidade por
condução.
Em um incêndio, o
superaquecimento dos
pontos superiores de um
andar transmitirá por
intermédio do piso caloria
suficiente para reiniciar
um incêndio em um outro
pavimento imediatamente
ao lado ou acima do
ambiente incendiado.
Uma fonte de elevada
energia
termoluminosa ao
longo do tempo
emitindo pacotes de
energia aquecerá
outros materiais sem
que haja qualquer
contato físico entre
ambos.
Um bom exemplo
deste fato foram os
incêndios secundários
gerados em edifícios
próximos ao incêndio
do edifício Andraus
em São Paulo, em
1972. Por
determinadas vezes
lâmpadas do tipo
Spot Light deixadas
por longo tempo
acesas em vitrine
também causam
incêndios por
irradiação.
Em virtude dos gases
superaquecidos serem
mais leves do que o ar,
eles sobem
propagando o incêndio
para pontos mais altos
do ambiente.
No caso de edifícios,
eles causam o “Efeito
Chaminé”, que é a
propagação de
incêndios para os
andares superiores via
poços de elevadores,
dutos de escadas e de
ar-condicionados.
A propagação de um
incêndio em um
compartimento pode
ser entendida como: o
calor gerado pela
combustão acumula-se
nas partes superiores
do recinto e, ao longo
do tempo e de acordo
com a densidade da
fumaça, a mesma vem
descendo em direção
ao piso.
CORRENTES ASSOCIADAS AO PROCESSO DE COMBUSTÃO
É importante notar que existem duas correntes associadas ao processo de combustão:
• Corrente Endofocal - corrente de ar que alimenta a combustão.
• Corrente Exofocal - sai do foco do incêndio, ou seja, é a corrente de convecção.
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Em um ambiente podemos considerar um Plano Neutro (P.N.), que é exatamente a metade da altura do compartimento.
Acima deste ponto, a tendência da fumaça é sair, devido a uma diferença de pressão entre o ambiente do incêndio e o
ambiente exterior, criando uma pressão negativa. Logo, uma sucção.
Abaixo deste ponto neutro há uma alimentação do foco em virtude do gradiente positivo gerado. A compreensão deste
fenômeno é imprescindível para conhecer o mecanismo de propagação dos incêndios.
Em um edifício, os meios de propagação de um incêndio incluem um quarto elemento, que é a queda de material em
combustão. Isso faz com que haja propagação de cima para baixo, ao contrário da maioria dos incêndios.
Substâncias muito perigosas
São substâncias cujo ponto de in�amação é igual ou inferior a 25ºC. Essas substâncias
liberam gases ou vapores mesmo à temperatura ordinária, podendo formar misturas
explosivas:
• Éter de petróleo;
• Gasolina;
• Acetona;
• Benzina;
• Álcool.
Substâncias perigosas
São substâncias cujo ponto de in�amação está entre os 25º e 65º.
Liberam gases ou vapores in�amáveis em locais não protegidos:
• Aguarrás;
• Aguardente;
• Petróleo.
Substâncias não perigosas
São substâncias cujo ponto de in�amação é superior a 65ºC.
Só liberam gases ou vapores quando sujeitos à ação de uma fonte de calor:
• Óleo Diesel;
• Óleos lubri�cantes;
• Outros resíduos de petróleo.
CARACTERÍSTICAS DOS COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
Temperatura de in�amação
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É a temperatura mínima a partir da qual os líquidos emitem uma quantidade su�ciente de vapores capazes de se
in�amarem em contato com uma chama, sendo incapazes de arder quando retirada a chama.
Ponto de combustão/Temperatura de ignição
É a temperatura mínima a partir da qual os líquidos emitem uma quantidade su�ciente de vapores capazes de se
in�amarem em contato com uma chama, mantendo-se a arder até que se consuma o combustível, quando retirada a
chama.
Ponto de autocombustão ou ignição
É a temperatura a partir da qual o líquido emite vapores que se in�amam espontaneamente sem contato com nenhuma
chama.
No quadro, vemos as temperaturas características de alguns combustíveis mais comuns:
Combustível
Temperatura
de
Inflamação
Temperatura
de
Combustão
Temperatura
de Ignição
Gasolina -40ºC -20ºC 277ºC
Resíduos de
petróleo
66ºC 93ºC 230ºC
Madeira 204ºC --- 232ºC
Diesel 90ºC 104ºC 330ºC
Álcool 13ºC --- 370ºC
Butano -60ºC --- 430ºC
Benzeno -12ºC --- 538ºC
Éter -45ºC --- 170ºC
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EXPLOSÃO
Uma explosão é um processo caracterizado por súbito aumento de volume e grande liberação de energia, geralmente
acompanhado por altas temperaturas e produção de gases.
Uma explosão provoca ondas de pressão ao redor do local onde ocorre.
Explosões são classi�cadas de acordo com essas ondas:
• Ondas subsônicas - tem-se uma de�agração;
• Ondas supersônicas (ondas de choque) - tem-se uma detonação.
Os explosivos arti�ciais mais comuns são os explosivos químicos, que se decompõem através de violentas reações de
oxidação e produzem grandes quantidades de gás e calor.
PDF
, Clique (galeria/aula9/docs/explosao.pdf) para ver mecanismos de explosão e se aprofundar no assunto.
INCÊNDIOS
As fases de um incêndio
Considera-se que a evolução de um incêndio em um compartimento possa ser representada por um ciclo com três
fases características, como indica �gura:
PDF
, Clique (galeria/aula9/docs/incendio.pdf) para ver estágios e mais detalhes sobre incêndio.
DETERMINAÇÃO DA PROGRESSÃO DA QUEIMA
Uma vez que de�nitivamente foi constatada a localização da fase inicial do sinistro, devem ser feitos os exames que
garantam a convicção sobre os vestígios das fases posteriores, principalmente as da de�agração e propagação.
https://stecine.azureedge.net/webaula/estacio/gon918/galeria/aula9/docs/explosao.pdf
https://stecine.azureedge.net/webaula/estacio/gon918/galeria/aula9/docs/incendio.pdf
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Devem ser detidamente examinados os pontos de interligação entre os ambientes (portas, janelas, poços de escadas
ou de ventilação, tubulações de ar condicionado central etc.). Dessa forma, se chegará ao entendimento da forma de
progressão do sinistro.
CONDIÇÕES DE AERAÇÃO E VENTILAÇÃO DO LOCAL
Elemento essencial para que uma combustão ocorra, o oxigênio existente no ar do ambiente é o comburente natural
nos locais de incêndio.
Atenção
, À medida que o volume de materiais em combustão vai sendo ampliado, tornam-se necessárias quantidades cada vez maiores
de oxigênio e, à medida que tais quantidades se tornam insu�cientes, a queima das instalações e conteúdos passa a não ser
completa. Logo, ao invés de produzir dióxido de carbono (CO2), a referida queima dá origem ao monóxido de carbono (CO).
Essa é a razão de encontrarmos, em locais que suportaram temperaturas elevadíssimas, mais do que su�cientes para produzir
suas ignições totais, materiais como papéis e plásticos queimados apenas parcialmente.
Por isso, as condições de aeração e de ventilação dos ambientes sinistrados in�uem, substantivamente, na progressão
e nas consequências dos incêndios. Assim, é importante a observação dessas condições, a �m de que se possa
entender e aceitar, ou não, os detalhes da combustão havida em um local.
Ainda é importante assinalar que muitas vezes, no transcurso de um incêndio, a abertura de portas, a quebra de
vidraças e até desabamentos podem ensejar a injeção de oxigênio, provocando modi�cações substanciais na
progressão e nas características das queimas ocorridas.
IDENTIFICAÇÃO E LOCALIZAÇÃO DE MATERIAIS SEMICOMBURIDOSAs queimas incompletas passam a ocorrer quando se inicia o processo de redução da quantidade de oxigênio no
ambiente, o que só acontece já na fase secundária do incêndio.
Por essa razão, é básica a necessidade de identi�car e localizar todo e qualquer material cuja combustão não foi
completa, o que permite asseverar-se não ter sido onde os mesmos se encontram que ocorreu a fase inicial do
incêndio.
PDF
, Clique (galeria/aula9/docs/incendio2.pdf) para ver foco e se aprofundar mais um pouco sobre incêndio.
EXERCÍCIOS
Questão 1: Como podemos de�nir a mistura conhecida como gasolina?
https://stecine.azureedge.net/webaula/estacio/gon918/galeria/aula9/docs/incendio2.pdf
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Resposta Correta
Questão 2: Quais as principais adulterações encontradas nos combustíveis de uma maneira geral?
Resposta Correta
Glossário