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2011 Prevenção no Combate a SiniStroS Prof. Maurício Saturnino Sestrem Copyright © UNIASSELVI 2011 Elaboração: Prof. Maurício Saturnino Sestrem Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. 371.77 S494p Sestrem, Maurício Saturnino. Prevenção no Combate a Sinistros/ Maurício Saturnino Sestrem. Centro Universitário Leonardo da Vinci –: Indaial, Grupo UNIASSELVI, 2011.x ; 194.p.: il Inclui bibliografia. ISBN 978-85-7830-311-2 1. Prevenção de Acidentes 2. Cuidados e Prevenção I. Centro Universitário Leonardo da Vinci II. Núcleo de Ensino a Distância III. Título III aPreSentação Caro(a) Acadêmico(a)! No âmbito da segurança do trabalho, a prevenção e o combate a sinistro são de grande importância em razão dos danos que podem ser provocados por um incêndio. Um incêndio pode causar mortes, destruir a edificação e locais de trabalho como, por exemplo: fábricas, lojas, escolas e locais onde há aglomeração de pessoas, como: centros de recreação, shopping centers, teatros, cinemas dentre outros. Os incêndios podem destruir fábricas completas e com elas, fontes de trabalho em prejuízo do trabalhador e da economia do país. Para que sejam evitados estes danos, é necessário que os trabalhadores observem as normas de segurança de prevenção e combate a incêndios. Por esta razão, é indispensável o conhecimento dos conceitos básicos relativos ao estudo do incêndio, das explosões e de sua extinção, dos principais aspectos prevencionistas e das ações adequadas na ocorrência de sinistros. Na Unidade 1, é apresentada a conceituação básica referente ao estudo do fogo, a ocorrência das explosões e da extinção de incêndios. Com relação ao estudo do fogo, são apresentados os conhecimentos da química e física do fogo e a classificação de incêndios. Com relação às explosões, foram descritas as principais características que podem ocorrer em incêndios como: de gás, de pó, de fumaça e BLEVE. No tópico a respeito da extinção de incêndios, destacam-se os métodos de extinção de incêndio: controle ou retirada do material combustível, resfriamento, abafamento e rompimento da reação em cadeia. Enfocando as determinações previstas na NR 23 – Proteção contra incêndios, na Unidade 2, estão descritos os principais aspectos a serem considerados nas ações e nas medidas construtivas de prevenção e proteção contra incêndios, no sistema de controle da fumaça, nas classes de fogo e nos principais agentes extintores de incêndios apropriados a cada classe, na proteção por extintores portáteis, na extinção de incêndio por água e na proteção contra incêndios por hidrantes, mangotinhos e chuveiros automáticos (sprinklers). Na Unidade 3, são tratados os principais temas relacionados às etapas da metodologia para a elaboração do plano de emergência, à formação da brigada de incêndios, aos sistemas de detecção e alarme de incêndio (SDAI) e à estrutura e finalidade dos órgãos de defesa civil. Prof. Maurício Saturnino Sestrem IV Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! NOTA V VI VII UNIDADE 1: INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS ......................................................................... 1 TÓPICO 1: QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO ...................................................................................... 3 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 3 2 A NATUREZA DO FOGO ................................................................................................................... 3 2.1 TRIÂNGULO DO FOGO ................................................................................................................ 5 2.2 REAÇÃO EM CADEIA ................................................................................................................... 5 3 CHAMAS DE DIFUSÃO E DE PRÉ-MISTURA ............................................................................. 7 4 TRANSFERÊNCIA DE CALOR ......................................................................................................... 10 5 PONTO DE FULGOR E PONTO DE IGNIÇÃO ............................................................................ 12 6 INCÊNDIO ............................................................................................................................................. 15 6.1 FASES DO INCÊNDIO .................................................................................................................... 16 6.1.1 Etapa Inicial ............................................................................................................................. 16 6.1.2 Etapa Crescente ....................................................................................................................... 16 6.1.3 Etapa Totalmente Desenvolvida........................................................................................... 17 6.1.4 Etapa Final ............................................................................................................................... 18 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 20 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 24 TÓPICO 2: CLASSIFICAÇÃO DO FOGO ......................................................................................... 25 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 25 2 CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À FORMAÇÃO DE PRODUTOS .............................................. 25 2.1 COMBUSTÃO INCOMPLETA ...................................................................................................... 25 2.2 COMBUSTÃO COMPLETA ........................................................................................................... 26 3 CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À VELOCIDADE DA COMBUSTÃO ..................................... 27 3.1 COMBUSTÃO VIVA ....................................................................................................................... 27 3.2 COMBUSTÃO LENTA ....................................................................................................................28 4 COMBUSTÃO ESPONTÂNEA ......................................................................................................... 29 RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 31 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 34 TÓPICO 3: EXPLOSÕES ........................................................................................................................ 35 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 35 2 EXPLOSÃO DE GASES ....................................................................................................................... 35 3 EXPLOSÕES DE PÓ ............................................................................................................................. 38 4 BLEVE...................................................................................................................................................... 39 5 EXPLOSÃO DE FUMAÇA – BACKDRAFT OU BACKDRAUGHT ............................................. 40 RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 44 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 47 TÓPICO 4: EXTINÇÃO DE INCÊNDIOS .......................................................................................... 49 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 49 2 CONTROLE OU RETIRADA DO MATERIAL COMBUSTÍVEL ............................................... 49 3 RESFRIAMENTO ................................................................................................................................. 50 Sumário VIII 4 ABAFAMENTO ..................................................................................................................................... 52 5 ROMPIMENTO DA REAÇÃO EM CADEIA .................................................................................. 53 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 53 RESUMO DO TÓPICO 4 ....................................................................................................................... 55 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 57 UNIDADE 2: INCÊNDIOS – ASPECTOS PREVENCIONISTAS .................................................. 59 TÓPICO 1: PREVENÇÃO E PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIOS ............................................... 61 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 61 2 SEGURANÇA PATRIMONIAL ......................................................................................................... 61 2.1 MEDIDAS PARA EVITAR O INÍCIO DO INCÊNDIO .............................................................. 62 2.2 CUIDADOS PARA LIMITAR O CRESCIMENTO DO INCÊNDIO ......................................... 62 2.3 PROVISÕES PARA EXTINGUIR O FOGO NA FASE INICIAL ............................................... 63 2.4 MEDIDAS PARA LIMITAR A PROPAGAÇÃO DE INCÊNDIO ............................................. 64 2.5 CONDIÇÕES PARA RETIRADA SEGURA DOS OCUPANTES .............................................. 64 2.6 MEDIDAS PARA EVITAR A PROPAGAÇÃO DO INCÊNDIO ENTRE AS EDIFICAÇÕES ................................................................................................................................. 65 2.7 CONDIÇÕES PARA EVITAR O COLAPSO DA ESTRUTURA DOS EDIFÍCIOS .................. 65 3 LEGISLAÇÃO DE SEGURANÇA PATRIMONIAL ...................................................................... 66 3.1 SAÍDAS .............................................................................................................................................. 66 3.2 PORTAS ............................................................................................................................................. 67 3.3 ESCADAS, ELEVADORES E PORTAS CORTA-FOGO ............................................................. 68 3.4 SISTEMAS DE ALARME ................................................................................................................ 68 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................................... 69 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 73 TÓPICO 2: SISTEMA DE CONTROLE DA FUMAÇA .................................................................... 75 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 75 2 PROPAGAÇÃO DA FUMAÇA .......................................................................................................... 75 3 TIPOS DE VENTILAÇÃO .................................................................................................................. 77 3.1 VENTILAÇÃO NATURAL ............................................................................................................ 77 3.1.1 Funcionamento da Ventilação Natural ................................................................................ 79 3.2 VENTILAÇÃO MONITORADA ................................................................................................... 79 RESUMO DO TÓPICO 2 ....................................................................................................................... 80 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 82 TÓPICO 3: AGENTES EXTINTORES ................................................................................................. 83 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 83 2 CLASSES DE FOGO ............................................................................................................................ 83 3 PRINCIPAIS AGENTES EXTINTORES ........................................................................................... 85 3.1 ÁGUA ................................................................................................................................................ 86 3.2 PÓS PARA EXTINÇÃO .................................................................................................................. 87 3.3 ESPUMA ........................................................................................................................................... 88 3.4 GÁS CARBÔNICO .......................................................................................................................... 88 RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................................... 89 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 92 TÓPICO 4: EXTINTORES PORTÁTEIS ............................................................................................. 93 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 93 2 QUANTIDADE E DISTRIBUIÇÃO DE EXTINTORES ................................................................97 3 SINALIZAÇÃO E LOCALIZAÇÃO DOS EXTINTORES ............................................................ 99 IX 4 INSPEÇÃO DE EXTINTORES .........................................................................................................100 RESUMO DO TÓPICO 4......................................................................................................................102 AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................104 TÓPICO 5: EXTINÇÃO POR MEIO DE ÁGUA ..............................................................................105 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................105 2 EXIGÊNCIAS DA NR 23 – PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIOS ...........................................105 3 PROTEÇÃO POR MANGOTINHOS, HIDRANTES E SPRINKLERS ...................................106 3.1 PROTEÇÃO POR HIDRANTES E MANGOTINHOS ..............................................................106 3.2 CHUVEIROS AUTOMÁTICOS OU SPRINKLERS ...................................................................111 LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................114 RESUMO DO TÓPICO 5......................................................................................................................117 AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................120 UNIDADE 3: AÇÕES EM SINISTROS .............................................................................................121 TÓPICO 1: PLANOS DE EMERGÊNCIA PARA INCÊNDIOS ....................................................123 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................123 2 ETAPAS DE UM PLANO DE EMERGÊNCIAS ............................................................................123 2.1 ESTABELECIMENTO DA EQUIPE ............................................................................................124 2.2 ANÁLISE DOS RISCOS E DA CAPACIDADE DE COMBATE A INCÊNDIOS .................125 2.2.1 Matriz da Análise de Vulnerabilidade ...............................................................................127 2.2.1.1 Tipo de emergência ..........................................................................................................128 2.2.1.2 Probabilidade .....................................................................................................................129 2.2.1.3 Potencial de impacto humano .........................................................................................129 2.2.1.4 Potencial de impacto material ..........................................................................................129 2.2.1.5 Potencial de impacto nos negócios da empresa ............................................................129 2.2.1.6 Potencial relativo aos recursos internos e externos ......................................................130 2.2.1.7 Somatório das pontuações ................................................................................................130 2.3 DESENVOLVIMENTO DO PLANO ...........................................................................................130 2.3.1 Componentes do Plano de Emergência ............................................................................130 2.3.2 Processo de Desenvolvimento do Plano ............................................................................131 2.4 IMPLEMENTAÇÃO DO PLANO ...............................................................................................133 2.4.1 Integração do Plano de Emergência ...................................................................................133 2.4.2 Treinamento dos Empregados ............................................................................................134 2.4.2.1 Plano de treinamento .......................................................................................................134 2.4.3 Avaliação do Plano ...............................................................................................................134 2.5 GESTÃO DA EMERGÊNCIA ......................................................................................................135 2.5.1 Ações de Segurança Patrimonial ........................................................................................137 2.5.2 Coordenação das Ações da Equipe de Resposta Externa ...............................................137 2.5.3 Comunicações .......................................................................................................................138 2.5.4 Plano de contingência ..........................................................................................................138 2.5.5 Comunicações de Emergência ............................................................................................138 RESUMO DO TÓPICO 1......................................................................................................................139 AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................144 TÓPICO 2: BRIGADAS DE INCÊNDIO ..........................................................................................145 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................145 2 TIPOS DE BRIGADA ........................................................................................................................145 3 FORMAÇÃO DA BRIGADA DE INCÊNDIO ..............................................................................146 4 FORMAÇÃO DA BRIGADA DE ABANDONO ..........................................................................147 4.1 COMPONENTES DA BRIGADA DE ABANDONO ................................................................147 X 4.2 PROCEDIMENTOS BÁSICOS DA BRIGADA DE ABANDONO ...................................... 148 5 TREINAMENTO DAS BRIGADAS ............................................................................................ 149 6 SOCORRO ÀS VÍTIMAS NUM INCÊNDIO ........................................................................... 149 6.1 SEGURANÇA DE CENA ........................................................................................................ 149 6.2 ANÁLISE DA VÍTIMA .............................................................................................................. 150 RESUMO DO TÓPICO 2...................................................................................................................151 AUTOATIVIDADE ........................................................................................................................... 155 TÓPICO 3: DETECÇÃO E ALARME DE INCÊNDIO ................................................................ 157 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 157 2 DEFINIÇÕES BÁSICAS ................................................................................................................ 157 3 SELEÇÃO DO SISTEMA .............................................................................................................. 166 3.1 SISTEMA CONVENCIONAL .................................................................................................. 166 3.2 SISTEMA ENDEREÇÁVEL ...................................................................................................... 166 3.3 SISTEMA MICROPROCESSADO ........................................................................................... 167 LEITURA COMPLEMENTAR .........................................................................................................168 RESUMO DO TÓPICO 3...................................................................................................................170 AUTOATIVIDADE ........................................................................................................................... 174 TÓPICO 4: ÓRGÃOS DE DEFESA CIVIL .................................................................................... 175 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 175 2 SISTEMA NACIONAL DE DEFESA CIVIL - SINDEC .......................................................... 175 3 CONSELHO NACIONAL DE DEFESA CIVIL - CONDEC ................................................... 176 3.1 COMPETÊNCIA DO CONDEC .............................................................................................. 176 4 SECRETARIA NACIONAL DE DEFESA CIVIL - SEDEC .................................................... 177 5 COORDENADORIAS REGIONAIS DE DEFESA CIVIL – CORDEC ................................ 177 6 COORDENADORIAS ESTADUAIS DE DEFESA CIVIL E DO DISTRITO FEDERAL – CEDEC .............................................................................................................................................. 178 7 COORDENADORIAS MUNICIPAIS DE DEFESA CIVIL – COMDEC ............................. 178 7.1 NÚCLEOS COMUNITÁRIOS DE DEFESA CIVIL – NUDEC ............................................ 179 8 ÓRGÃOS SETORIAIS ....................................................................................................................179 9 ÓRGÃOS DE APOIO ......................................................................................................................182 RESUMO DO TÓPICO 4...................................................................................................................183 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................189 REFERÊNCIAS ....................................................................................................................................191 1 UNIDADE 1 INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir desta unidade, você será capaz de: • reconhecer os componentes constituintes do fogo e os fenômenos ineren- tes à ocorrência de incêndios; • identificar os diferentes tipos de combustão; • caracterizar as explosões que podem ocorrer em incêndios: de gás, de pó, de fumaça e de BLEVE; • interpretar os métodos de extinção de incêndio: controle ou retirada do material combustível, resfriamento, abafamento e rompimento da reação em cadeia. Esta unidade está dividida em quatro tópicos, sendo que no final de cada um deles você encontrará atividades que o auxiliarão a fixar os conhecimentos desenvolvidos. TÓPICO 1 – QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO TÓPICO 2 – CLASSIFICAÇÃO DO FOGO TÓPICO 3 – EXPLOSÕES TÓPICO 4 – EXTINÇÃO DE INCÊNDIOS 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 1 INTRODUÇÃO A norma regulamentadora NR 4 – Serviços Especializados em Engenharia de Segurança e em Medicina do Trabalho estabelece que entre as atividades dos profissionais integrantes do SESMT (Serviços Especializados em Engenharia de Segurança e em Medicina do Trabalho) está incluída, além das atividades prevencionistas e de atendimento de emergência, a elaboração de planos para: • controle dos efeitos de catástrofes; • disponibilizar os meios para se combater os incêndios e; • o salvamento e atendimento imediato às vítimas dos incêndios. O objetivo deste tópico é revisar alguns princípios fundamentais e contribuir para a compreensão do desenvolvimento dos incêndios. O acesso às Normas Regulamentadoras está disponibilizado no seguinte site do Ministério do Trabalho e Emprego: <http://www.mte.gov.br/legislacao/normas_ regulamentaDORAS/Default.asp>. NOTA 2 A NATUREZA DO FOGO Em primeiro lugar, é necessário conhecer o que é e como se produz o fogo, para que se possa combatê-lo com eficácia. Entende-se que o fogo é uma combustão, isto é, uma reação química que ocorre quando os vapores desprendidos por uma substância combustível são combinados rapidamente com o oxigênio do ar. Pode-se dizer que o fogo é uma manifestação energética de certas reações químicas exotérmicas de oxidação-redução. Para que se possam produzir estas reações químicas, é necessária a existência de uma substância combustível e um comburente, assim como algumas condições energéticas favoráveis. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 4 Existem três componentes indispensáveis para que um fogo ocorra e devem se dar na proporção adequada de concentração entre o combustível, o comburente e a uma temperatura determinada: • combustível; • comburente e; • calor. A seguir, descrevemos cada um destes componentes: • Combustível: As matérias combustíveis são todas as matérias que podem liberar vapores inflamáveis e reagir com um comburente produzindo uma reação exotérmica. A velocidade da reação pode variar de acordo com as condições em que se encontre, dependendo da temperatura, concentração e estado físico dos componentes (sólido, líquido e gasoso). • Comburente: É denominada assim qualquer substância oxidante. O oxigênio é um bom agente oxidante que se encontra no ar, sendo, portanto o ar um elemento ativo da reação de combustão. • Calor ou energia de ativação: O último elemento indispensável para a obtenção do fogo é o calor. Estamos rodeados de materiais combustíveis e de ar, em contato constante, sem que se produza o fogo. Sempre é necessário unir estes elementos com a energia calorífica que inicie a reação de combustão. Algumas fontes de calor que iniciam a reação de combustão são: • Naturais: Sol e raio. • Elétricas: sobrecargas, curto-circuito, eletricidade estática e arcos elétricos. • Químicas: reações e fermentação. • Processos de soldadura e corte: trabalhos com chama aberta e faíscas. A tabela a seguir apresenta a temperatura estimada de algumas fontes de calor. TABELA 1 – ESTIMATIVAS DA TEMPERATURA DE ALGUMAS FONTES DE CALOR FONTE: GRIMWOOD (2003) apud Distrito Federal (2006, p.16) TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 5 2.1 TRIÂNGULO DO FOGO Pode-se perceber que é totalmente necessário para se produzir o fogo. É necessário que estejam em contato os três elementos comentados: combustível, comburente e calor, em proporção e temperatura adequada. Para melhor compreensão do que consiste o fogo, podemos imaginar os três lados de um triângulo, cada um dos quais está sempre em contato com os outros dois, conforme demonstrado na figura a seguir. Para que se produza o fogo, devem permanecer em contato os três componentes do triângulo. FIGURA 1 – TRIÂNGULO DO FOGO SÓLIDOS LÍQUIDOS GASOSOS OXIGÊNIO ENERGIA INICIAL QUE PROVOQUE CALOR FONTE: Disponível em: <http://www.policiamilitar.pr.gov.br/modules/ conteudo/conteudo.php?conteudo= 212>. Acesso em: 30 maio 2010. 2.2 REAÇÃO EM CADEIA Segundo Seito (2008), há também outra teoria sobre o fogo, na qual além dos três elementos do triângulo do fogo (combustível, comburente e calor), se considera um quarto fator: a reação em cadeia, que alimenta o fogo. Portanto são quatro fatores que compõem o tetraedro do fogo representado na figura a seguir. Esta teoria originou-se ao observar o comportamento de alguns agentes extintores, como o halon, cuja rapidez de efeito de extinção não era compreensível aplicando-se somente a teoria do triângulo do fogo. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 6 De acordo com Seito (2008 p. 278), o halon não foi mais utilizado no combate a incêndio, por ser uma substância que destrói a camada de ozônio. “A proibição do uso, comercialização e importação do halon foi regulamentada no Brasil por meio das Resoluções do CONAMA de número 13 de 13/12/95 e número 229 de 20/08/97, depois substituídas pelo número 267 de 14/09/2000”. UNI A combustãoé uma reação de oxidação exotérmica, em que o combustível se decompõe pela ação do calor, gerando determinados produtos de decomposição. Estes produtos combinam-se com o comburente (oxigênio), produzindo fumaça e gases. Esta combinação também é exotérmica, ou seja, produz calor que provoca novas decomposições do combustível. Todo este processo se caracteriza por uma reação em cadeia que autoalimenta o fogo. FIGURA 2 – TETRAEDRO DO FOGO FONTE: Distrito Federal (2006, p.14) TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 7 3 CHAMAS DE DIFUSÃO E DE PRÉ-MISTURA Um gás inflamável pode entrar em combustão de duas formas diferentes. Um jato de gás de um tubo como, por exemplo, um bico de Bunsen, demonstrado na figura que segue, com a entrada de ar fechada, pode entrar em ignição e queimar como chama de difusão, produzindo-se a combustão naquelas zonas em que o combustível gasoso e o ar se misturam por um processo de difusão. Este tipo de chama apresenta luminosidade amarela, indicando a presença de pequenas partículas de fuligem resultantes da combustão incompleta. Algumas destas partículas ardem na chama, outras, porém, emergem pela ponta da mesma para formar a fumaça. FIGURA 3 – BICO DE BUNSEN FONTE: Disponível em: <http://www.conecteeducacao.com/escconect/medio/QUI/ QUI06010 201.asp>. Acesso em: 30 maio 2010. Outra forma de combustão ocorre quando o gás, vapor ou pó e o ar são misturados antes da ignição e se produza uma combustão da mistura inflamável ou explosiva, sempre que o nível de concentração de gás, vapor ou pó e ar se encontram entre o LIE - limite inferior de explosividade inflamabilidade e o LSEI – limite superior de explosividade ou inflamabilidade. O quadro a seguir apresenta os limites de explosividade de algumas substâncias. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 8 QUADRO 1 – LIE E LSE DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS FONTE: Seito (2008, p. 38) Uma mistura de gás, vapor ou pó com o ar que apresente uma concentração de gás, vapor, ou pó fora dos limites de inflamabilidade ou explosividade (inferior e superior) é uma mistura não inflamável. TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 9 Lembre-se que quando se abre a entrada de ar num bico de Bunsen, se estabiliza a chama da pré-mistura. UNI Quando uma mistura é inflamável, a ignição pode ocorrer aplicando-se uma pequena fonte de ignição como, por exemplo: uma simples faísca elétrica. A mistura de tipo estequiométrico é aquela que arde com maior facilidade, pois a proporção de oxigênio presente é adequada para queimar completamente a substância combustível e transformar a mesma em dióxido de carbono e água. Esta situação pode ser demonstrada na reação da queima do gás propano ( ):3 8C H 3 8 2 2 2 2 2C H 5O 18,8N 3CO 4H O 18,8N+ + = + + Perceba que o nitrogênio (N2), apesar de estar presente nesta combinação, por estar presente no ar, não participa na reação. UNI Neste caso, para que a mistura estequiométrica de propano e ar entre em combustão, basta uma faísca elétrica quase imperceptível como aquela que pode ser produzida por uma pessoa ao caminhar por um carpete sintético e tocar um objeto que esteja conectado a terra. Numa atmosfera de oxigênio puro (sem a presença de nitrogênio), a energia necessária é menor. A chama de difusão associada a um fluxo de combustível gasoso demonstra a forma de combustão que se observa quando um combustível líquido ou sólido queima com chama. Mas neste caso, a chama se alimenta dos vapores da substância combustível gerados na superfície da fase condensada. A velocidade de abastecimento destes vapores depende da sua velocidade de combustão na chama de difusão. A energia se transfere da chama para a superfície, gerando, assim, a energia necessária para produzir os vapores. Nos combustíveis líquidos, ocorre um processo simples de evaporação, mas nos combustíveis sólidos deve existir uma quantidade suficiente de energia para que ocorra a decomposição química do combustível e para romper as grandes moléculas, transformando-as em fragmentos menores capazes de se evaporar e se liberar da superfície. Esta reação térmica é indispensável para que se mantenha o fluxo de vapores e, com isso, se mantenha a chama de difusão. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 10 O processo de rompimento das moléculas que compõe uma substância, transformando-as em moléculas ou átomos como resultados da ação do calor, denomina- se pirólise ou decomposição térmica. (DISTRITO FEDERAL, 2006). UNI 4 TRANSFERÊNCIA DE CALOR A compreensão do processo de transferência de calor ou energia é importante para se estudar o comportamento dos processos dos incêndios. Para esta compreensão, estudaremos as formas de transmissão de calor: • Condução: o calor é transmitido através de substâncias condutoras, podendo provocar a propagação de um incêndio. Está fundamentado no aumento da vibração das moléculas ou átomos que compõem os materiais ao serem submetidos a uma fonte de energia. O calor é transmitido entre as partículas, perdendo gradativamente a intensidade da vibração ao afastar-se da fonte. • Convecção: O ar quente e os gases liberados pela combustão tendem a se elevar por sua menor densidade com relação ao ar frio e aquecem os materiais com os quais tenham contato. Por esta razão, as correntes de ar são muito perigosas em caso de incêndio, principalmente quando direcionadas aos materiais altamente inflamáveis. • Radiação: O calor é transmitido em ondas e em todas as direções. Assim, todos os combustíveis que tenham contato com elas podem alcançar a sua temperatura de ignição. Muitos incêndios são provocados pelo calor radiante. São comuns os incêndios originados pela aproximação de estufas a cortinas ou outros materiais combustíveis. Para melhor entendimento da transferência de calor por condução e convecção, observe a figura a seguir. TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 11 FIGURA 4 – AÇÃO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONDUÇÃO E CONVECÇÃO EM MADEIRA, PARA DUAS POSIÇÕES DIFERENTES FONTE: Essential of Fire Fighting (2001) apud Bonitese (2007, p. 39) Observe no lado esquerdo da figura a seguir, a representação do fogo em uma placa de madeira na posição horizontal, o fenômeno da convecção com a elevação dos gases quentes resultantes de queima da madeira. A propagação da chama é lenta, pois se dá somente por condução. No lado direito da figura que segue, com a representação do fogo em uma placa de madeira na posição vertical, observa-se a rápida propagação da chama, pois o aquecimento da madeira se dá por condução e por convecção. Para melhor entendimento da transferência de calor por radiação, observe o incêndio em uma edificação que é atingida por radiação do calor gerado por um incêndio num edifício localizado no outro lado da via que os separa, representado na figura a seguir. FIGURA 5 – TRANSFERÊNCIA DE CALOR ENTRE EDIFÍCIOS POR RADIAÇÃO TÉRMICA FONTE: Essential of Fire Fighting (2001) apud Bonitese (2007, p. 40) UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 12 5 PONTO DE FULGOR E PONTO DE IGNIÇÃO A combustão de um líquido ou de um sólido requer o aumento de sua temperatura superficial até que se liberem vapores a uma velocidade suficiente para, uma vez iniciada a ignição destes, manter a chama. Os combustíveis líquidos podem ser classificados de acordo com o seu ponto de fulgor ou temperatura mínima para que se libere um vapor ou uma mistura de ar inflamável na superfície. QUADRO 2 – PONTO DE FULGOR DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS FONTE: Disponível em: <http://www.iq.unesp.br/cipa/produtos.htm>. Acesso em: 30 maio 2010. Observe no quadro anterior, que algumas substâncias liberam vapor ou uma mistura de ar inflamável mesmo quando submetidas a temperaturas muito baixas. UNI Para produzir um fluxo de vapores capaz de manter uma chama de difusão, é necessária uma temperatura ligeiramente superior, conhecida como ponto de ignição. Estes conceitos são aplicáveis também aos combustíveis sólidos, mesmo que as temperaturas são mais altas devidoàs exigências da decomposição química. O ponto de ignição encontra-se normalmente acima dos TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 13 300 o C dependendo do combustível. A facilidade de ignição de um material sólido depende, portanto, da facilidade com que se eleva sua temperatura superficial até alcançar o ponto de ignição, por exemplo, mediante a exposição a um calor radiante ou a um fluxo de gases quentes. Os sólidos de fina espessura, como as maravalhas (figura a seguir), queimam com grande facilidade porque têm uma massa térmica baixa, ou seja, necessitam de uma quantidade relativamente reduzida de calor para aumentar sua temperatura até o ponto de ignição. No entanto, quando se aplica calor a uma superfície de um material sólido de grande espessura, parte do calor passa da superfície ao interior, o que reduz o aumento da temperatura em sua superfície. FIGURA 6 – MARAVALHA FONTE: Disponível em: <http://www.quebarato.com.br/serragem- maravalha__2a195.html>. Acesso em: 30 maio 2010. • No ponto de fulgor ocorre a combustão do material quando a fonte de calor se aproxima e a chama se apaga quando a fonte de calor se afasta. • No ponto de ignição, a chama se mantém mesmo no caso de afastamento da fonte de calor. UNI A temperatura de ignição de alguns materiais comumente presentes em incêndios é apresentada no quadro a seguir. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 14 QUADRO 3 – TEMPERATURA DE IGNIÇÃO DE ALGUNS MATERIAIS Material Temp. de ignição (°C) Fluxo de liberação de energia (KW/m²) Madeirite (0,635cm) 390 16 Madeirite (1,27cm) 390 16 Madeirite resistente ao fogo (1,27cm) 620 44 Compensado (6,35mm) 298 10 Compensado (3,175mm) 365 14 Compensado envernizado (3,4mm) 400 17 Compensado laqueado 400 17 Placa de fibra isolante térmico 355 14 Espuma rígida (2,54cm) 435 20 Espuma flexível (2,54cm) 390 16 Poliestireno (5,08cm) 630 46 Policarbonato (1,52mm) 528 30 Polímero PMMA tipo C (1,27cm) 378 15 Polímero PMMA polycast (1,59mm) 278 9 Carpete n.°1 de algodão padrão 465 23 Carpete n.°2 de algodão não tratado 435 20 Carpete n.°2 de algodão tratado 455 22 Carpete mistura de nylon/algodão 412 18 Carpete acrílico 300 10 Placa de gesso comum (1,27mm) 565 35 Placa de gesso resistente ao fogo (1,27cm) 510 28 Placa de gesso com papel prensado 412 18 Cobertura asfáltica 378 15 Cobertura de fibra de vidro 445 21 Vidro reforçado com poliéster (2,24mm) 390 16 Vidro reforçado com poliéster (1,14mm) 400 17 FONTE: Quintiere (1997) apud Distrito Federal (2006, p. 19) TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 15 6 INCÊNDIO Segundo Distrito Federal (2006), um incêndio é a manifestação de uma combustão incontrolada, conforme apresentado na figura a seguir. Nesta combustão, participam os materiais combustíveis que formam parte dos edifícios ou uma ampla gama de gases, líquidos e sólidos que são utilizados na indústria e no comércio. Estes materiais, normalmente constituídos por carbono, são apresentados como substâncias combustíveis. Ainda que estas substâncias apresentem uma grande variedade de acordo com o seu estado químico e físico, quando em combustão têm um comportamento similar, ainda que apresentem algumas diferenças tais como: • facilidade com que se inicia a combustão (ignição); • velocidade com que se desenvolve a combustão (propagação da chama); e • intensidade da combustão (velocidade de liberação de calor). FIGURA 7 – INCÊNDIO EM LOCAL DESTINADO A DEPÓSITO DE MATERIAIS FONTE: Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/folha/galeria/album/ p_20100512-incendio10.shtml>. Acesso em: 30 maio 2010. Na medida em que se aprofundam os estudos na ciência dos incêndios, é possível quantificar e prognosticar com maior exatidão o comportamento de um incêndio, o que permite aplicar nossos conhecimentos na prevenção dos incêndios em geral. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 16 Os materiais combustíveis estão em toda parte e, em determinadas condições, podem entrar em combustão se lhes for aplicada uma fonte de ignição capaz de iniciar uma reação em cadeia. No início deste processo, a substância combustível reage com o oxigênio do ar liberando energia (calor) e gerando produtos resultantes da combustão, alguns dos quais podem ser tóxicos. Torna- se necessário, portanto, compreender com clareza os mecanismos de ignição e combustão. Normalmente, a maioria dos incêndios é produzida em materiais sólidos como, por exemplo, a madeira, mas também, ocorre em combustíveis líquidos e gasosos. 6.1 FASES DO INCÊNDIO A queima se processa em etapas definidas claramente, tanto em incêndios florestais, como em incêndios em veículos ou em incêndios de edificações. A partir do reconhecimento dos diferentes estágios, pode-se compreender o desenvolvimento do incêndio e realizar o combate com as ferramentas e táticas mais adequadas a cada um deles. A eficiência no combate a incêndio depende do conhecimento de cada uma das etapas e das técnicas apropriadas a serem adotadas. Distrito Federal (2006) descreve as etapas do incêndio como: inicial, crescente, totalmente desenvolvida e final. 6.1.1 Etapa Inicial Após a ignição do material combustível, inicia-se esta etapa. Nesta fase, tanto o oxigênio como o combustível são abundantes no ambiente. Num espaço de tempo maior, a temperatura mantém-se relativamente baixa e inclui o aparecimento do incêndio, restringindo-se ao foco inicial. Da combustibilidade e quantidade do material em combustão e dos materiais que estiverem nas proximidades irá depender o desenvolvimento do incêndio nesta fase. 6.1.2 Etapa Crescente Esta etapa é relativa à incubação do incêndio. Nos incêndios em ambientes fechados, de acordo com o progresso da combustão, a fumaça e os gases aquecidos produzidos pela combustão, por convecção se elevam e ocupam a região próxima ao teto. As chamas aumentam e há uma redução da concentração de oxigênio para 20%. Dependendo da quantidade e forma do material combustível existente no ambiente, haverá uma propagação mais rápida. A temperatura inicial desta fase ainda não é muito alta, porém o aumento na quantidade de calor liberado é exponencial e em um curto período de tempo. Nesta condição, os materiais existentes no ambiente virão a sofrer a pirólise. A temperatura, nesta fase, se eleva de aproximadamente 50oC para 800oC, em pouco tempo. TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 17 A forma e o tamanho do ambiente influenciarão no desenvolvimento do fogo: o incêndio se desenvolve mais facilmente em espaços menores. Em ambientes mais fechados com pouca abertura para a ventilação natural, tais como portas e janelas, por exemplo, o incêndio irradiará mais calor para os materiais não atingidos pelo mesmo. Todos os materiais existentes no local atingirão o seu ponto de ignição na parte final desta etapa, as chamas atingirão o ambiente inteiro. Esta situação é também denominada flashover. A propagação do calor se processa para fora e para cima do combustível, por condução e convecção. 6.1.3 Etapa Totalmente Desenvolvida Nesta etapa, também denominada de fase de queima livre ou estável, o incêndio se desenvolve de maneira mais forte, utilizando cada vez mais combustível e oxigênio. A temperatura continuará a se elevar acima de 800o C. Há um intenso acúmulo de gases aquecidos e fumaça. Há uma redução na concentração de oxigênio para 18%, e muita diferença nesta concentração entre a região próxima ao piso com relação à região próxima ao teto. Na região próxima ao piso é quase normal a concentração de oxigênio e a temperatura é confortável ainda. Na região próxima ao teto há o aumento rápido da camada de gás e da temperatura. Por esta razão, torna-se importante realizar as ações de combate agachado ou de joelhos. Esta fase está basicamente relacionada à propagação do incêndio e sofrerá as seguintes influências: • em ambiente fechado, o ambiente inteiro é tomado pelas chamas e dependerá da concentração de oxigênio; • em ambiente aberto, poderá ocorrera dispersão da massa gasosa e dependerá da quantidade de combustível. No início, em razão da maior disponibilidade de oxigênio, o incêndio se desenvolve de maneira semelhante ao incêndio com boas condições de ventilação. Mesmo que esteja se desenvolvendo em ambiente confinado, o comportamento do incêndio é controlado pelas condições de queima do material combustível. Normalmente, esses incêndios apresentam duas camadas distintas: uma camada na parte superior formada por fumaça e outra camada de ar na parte inferior. Nesta condição, a queima gerará os mesmos produtos que são resultantes da combustão do mesmo material realizada em local aberto. O incêndio que se desenvolve em ambientes fechados, promoverá uma diminuição da concentração de oxigênio. Nestes casos, o oxigênio disponível controlará a produção de calor, a velocidade e inclusive a extinção do incêndio. Há também, nestas situações, somente a camada de fumaça que praticamente preencherá o ambiente inteiro. Nesses incêndios nos quais o controle dos mesmos é resultante da ventilação, a combustão no interior do ambiente será incompleta. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 18 6.1.4 Etapa Final Esta etapa também é denominada fase decrescente ou estágio de brasa. A etapa se inicia no momento em que a maior parte do combustível e do oxigênio existente no local já foi consumida pelo incêndio. Com isso, há uma tendência de diminuição das chamas que passam a buscar oxigênio em qualquer abertura. Nesta situação, a concentração de oxigênio se reduz para 16%. Caso a concentração de oxigênio seja reduzida para 15% ou menos, haverá a extinção das chamas e permanecerão apenas as brasas. No teto, a temperatura permanece muito elevada e o ambiente é preenchido por fumaça e gases aquecidos, podendo em alguns casos conter gases perigosos. A visibilidade no local é praticamente nula. A temperatura do ambiente diminui gradativa e lentamente. No ambiente há pouco oxigênio, e isto, se o local não for ventilado fará que a temperatura diminua e apaguem as chamas e as brasas existentes. Observe na figura a seguir as variações da temperatura com relação às fases do incêndio desenvolvidas no decorrer do tempo. FIGURA 8 – GRÁFICO DA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA NO DECORRER DO TEMPO DE UM INCÊNDIO FONTE: Grimwood (2003) apud Distrito Federal (2006, p. 121) TÓPICO 1 | QUÍMICA E FÍSICA DO FOGO 19 Na tabela a seguir são apresentadas as principais características de cada fase desenvolvida durante um incêndio. TABELA 2 – CARACTERÍSTICAS DE CADA FASE DO INCÊNDIO FONTE: Distrito Federal (2006, p. 121) 20 Neste tópico, você viu que: • Fogo é uma combustão, isto é, uma reação química que ocorre quando os vapores desprendidos por uma substância combustível são combinados rapidamente com o oxigênio do ar. Pode-se dizer que o fogo é uma manifestação energética de certas reações químicas exotérmicas de oxidação-redução. • Existem três componentes indispensáveis para que um fogo ocorra e devem se dar na proporção adequada de concentração entre o combustível e o comburente e a uma temperatura determinada: combustível, comburente e calor. • Combustível: As matérias combustíveis são todas as matérias que podem liberar vapores inflamáveis e reagir com um comburente produzindo uma reação exotérmica. A velocidade da reação pode variar de acordo com as condições em que se encontre, dependendo da temperatura, concentração e estado físico dos componentes (sólido, líquido ou gasoso). • Comburente: É denominada assim qualquer substância oxidante. O oxigênio é um bom agente oxidante que se encontra no ar, sendo, portanto o ar um elemento ativo da reação de combustão. • Calor ou energia de ativação: O último elemento indispensável para a obtenção do fogo é o calor. Estamos rodeados de materiais combustíveis e de ar, em contanto constante, sem que se produza o fogo. Sempre é necessário unir estes elementos com a energia calorífica que inicie a reação de combustão. • Algumas fontes de calor que iniciam a reação de combustão são: naturais: Sol e raio; elétricas: sobrecargas, curto-circuito, eletricidade estática e arcos elétricos; químicas: reações e fermentação; processos de soldadura e corte: trabalhos com chama aberta e faíscas. • Para melhor compreensão do que consiste o fogo, podemos imaginar os três lados de um triângulo, cada um dos quais está sempre em contato com os outros dois. Para que se produza o fogo devem permanecer em contato os três componentes do triângulo: combustível, comburente e calor. • Há também outra teoria sobre o fogo, em que além dos três elementos do triângulo do fogo (combustível, comburente e calor), se considera um quarto fator: a reação em cadeia, que alimenta o fogo. Portanto, são quatro fatores que compõem o tetraedro do fogo. • A combustão é uma reação de oxidação exotérmica, em que o combustível se decompõe pela ação do calor, gerando determinados produtos de decomposição. RESUMO DO TÓPICO 1 21 Estes produtos se combinam com o comburente (oxigênio), produzindo fumaça e gases. Esta combinação também é exotérmica, ou seja, produz calor que provoca novas decomposições do combustível. Todo este processo se caracteriza por uma reação em cadeia que autoalimenta o fogo. • Um incêndio é a manifestação de uma combustão incontrolada. Nesta combustão, participam os materiais combustíveis que formam parte dos edifícios ou uma ampla gama de gases, líquidos e sólidos que são utilizados na indústria e no comércio. Estes materiais, normalmente constituídos por carbono, são apresentados como substâncias combustíveis. • Na medida em que se aprofundam os estudos na ciência dos incêndios, é possível quantificar e prognosticar com maior exatidão o comportamento de um incêndio, o que nos permite aplicar nossos conhecimentos na prevenção dos incêndios em geral. • Um gás inflamável pode entrar em combustão de duas formas diferentes. Um jato de gás de um tubo como, por exemplo, um bico de Bunsen, com a entrada de ar fechada, pode entrar em ignição e queimar como chama de difusão, produzindo- se a combustão naquelas zonas em que o combustível gasoso e o ar se misturam por um processo de difusão. Este tipo de chama apresenta luminosidade amarela, indicando a presença de pequenas partículas de fuligem resultantes da combustão incompleta. Algumas destas partículas ardem na chama, outras, porém, emergem pela ponta da mesma para formar a fumaça. • Outra forma de combustão ocorre quando o gás, vapor ou pó e o ar são misturados antes da ignição e se produza uma combustão da mistura inflamável ou explosiva, sempre que o nível de concentração de gás, vapor, pó e ar se encontrem entre o LIE - limite inferior de explosividade inflamabilidade e o LSEI – limite superior de explosividade ou inflamabilidade. • Uma mistura de gás, vapor ou pó com o ar que apresente uma concentração de gás, vapor, ou pó fora dos limites de inflamabilidade ou explosividade (inferior e superior) é uma mistura não inflamável. • Quando uma mistura é inflamável, a ignição pode ocorrer aplicando-se uma pequena fonte de ignição como, por exemplo: uma simples faísca elétrica. A mistura de tipo estequiométrico é aquela que arde com maior facilidade, pois a proporção de oxigênio presente é adequada para queimar completamente a substância combustível e transformá-la em dióxido de carbono e água. • Numa atmosfera de oxigênio puro (sem a presença de nitrogênio), a energia necessária é menor. • A chama de difusão associada a um fluxo de combustível gasoso demonstra a forma de combustão que se observa quando um combustível líquido ou sólido queima com chama. Mas neste caso, a chama se alimenta dos vapores da 22 substância combustível gerados na superfície da fase condensada. A velocidade de abastecimento destes vapores depende da sua velocidade de combustão na chama de difusão. A energia se transfere da chama para a superfície, gerando, assim, a energia necessária para produzir os vapores.• Nos combustíveis líquidos ocorre um processo simples de evaporação, mas nos combustíveis sólidos deve existir uma quantidade suficiente de energia para que ocorra a decomposição química do combustível e para romper as grandes moléculas transformando-as em fragmentos menores capazes de se evaporar e se liberar da superfície. Esta reação térmica é indispensável para que se mantenha o fluxo de vapores e, com isso, se mantenha a chama de difusão. • O processo de rompimento das moléculas que compõe uma substância transformando-as em moléculas ou átomos, como resultado da ação do calor, denomina-se pirólise ou decomposição térmica. • A compreensão do processo de transferência de calor ou energia é importante para se estudar o comportamento dos processos dos incêndios. Para esta compreensão, estudamos as formas de transmissão de calor: condução, convecção e radiação. • Condução ocorre quando o calor é transmitido através de substâncias condutoras, podendo provocar a propagação de um incêndio. Está fundamentada no aumento da vibração das moléculas ou átomos que compõem os materiais ao serem submetidos a uma fonte de energia, o calor é transmitido entre as partículas, perdendo gradativamente a intensidade da vibração ao afastar-se da fonte de calor. • Convecção ocorre quando o ar quente e os gases liberados pela combustão tendem a se elevar por sua menor densidade com relação ao ar frio e aquecem os materiais com os quais tenha contato. Por esta razão, as correntes de ar são muito perigosas em caso de incêndio, principalmente quando direcionadas aos materiais altamente inflamáveis. • Radiação ocorre quando o calor é transmitido em ondas e em todas as direções, assim todos os combustíveis que tenham contato com elas podem alcançar a sua temperatura de ignição. • A combustão de um líquido ou de um sólido requer o aumento de sua temperatura superficial até que se liberem vapores a uma velocidade suficiente para, uma vez iniciada a ignição destes, manter a chama. Os combustíveis líquidos podem ser classificados de acordo com o seu ponto de fulgor ou temperatura mínima para que se libere um vapor ou uma mistura de ar inflamável na superfície. • Para produzir um fluxo de vapores capaz de manter uma chama de difusão é necessária uma temperatura ligeiramente superior, conhecida como ponto de ignição. 23 • No ponto de fulgor ocorre a combustão do material quando a fonte de calor se aproxima e a chama se apaga quando a fonte de calor se afasta. • No ponto de ignição, a chama se mantém mesmo no caso de afastamento da fonte de calor. • A etapa inicial do incêndio apresenta as seguintes características principais: as chamas mantêm-se no foco inicial; há muito combustível; há oxigênio em abundância; mantém-se a temperatura ambiente; o espaço de tempo é de curta duração. • Na etapa crescente as principais características apresentadas pelo incêndio são: as chamas se propagam para os materiais combustíveis existentes nas proximidades; ainda há combustível em abundância; há a diminuição da concentração de oxigênio; ocorre um aumento da temperatura de maneira exponencial; a massa de gás e fumaça se elevam por convecção. • A etapa totalmente desenvolvida do incêndio é identificada pelas seguintes características: ocorre a generalização do incêndio em todo o ambiente; o combustível disponível para alimentar o processo de combustão passa a ser limitado; a concentração de oxigênio diminui e é restrita; há grandes diferenças entre a temperatura da região próxima ao teto e a região próxima ao piso; o calor é irradiado da região próxima ao teto em direção à região próxima ao piso. • Na fase final do incêndio, as características apresentadas são: as chamas diminuem ou se apagam; não há combustível disponível para manutenção do processo de combustão; há uma concentração baixa de oxigênio; a temperatura é muito alta, e diminui lentamente; há a presença de muita fumaça e brasa; há risco de ignição da fumaça se for injetado ar no interior do ambiente. 24 Exercite seus conhecimentos adquiridos, resolvendo as questões a seguir: 1 Explique o que se entende por fogo. 2 Discorra sobre o triângulo do fogo e seus componentes. 3 Descreva o tetraedro do fogo e seus componentes. 4 Apresente a definição de incêndio. 5 Discorra sobre cada uma das formas de combustão de um gás inflamável. 6 Apresente as características de uma mistura inflamável de tipo estequiométrico. 7 Descreva a reação térmica indispensável para que se mantenha o fluxo de vapores e, com isso, se mantenha a chama de difusão na combustão dos combustíveis. 8 Apresente a definição de pirólise ou decomposição térmica. 9 Descreva as formas de transmissão de calor. 10 Discorra sobre as diferenças entre ponto de fulgor e ponto de ignição. 11 Apresente resumidamente as principais características de cada fase desenvolvida no incêndio. AUTOATIVIDADE 25 TÓPICO 2 CLASSIFICAÇÃO DO FOGO UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO A combustão ou fogo libera geralmente luz e energia em quantidade bastante para ser perceptível. De acordo com Distrito Federal (2006), a existência de luz em uma chama nem sempre se verificará. A queima do hidrogênio é um exemplo que produz somente vapor d’água através da reação química com o oxigênio. No entanto, mesmo que não seja visível a chama, muita energia se produz neste processo. Por esta razão, o processo denomina-se combustão. Isto demonstra que há diferentes tipos de combustão. Distrito Federal (2006) classifica a combustão com relação à: • formação de produtos da combustão: completa ou incompleta; • sua velocidade de reação: viva ou lenta. Há também a combustão espontânea, apresentada em separado, por suas particularidades. 2 CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À FORMAÇÃO DE PRODUTOS Com relação a esta classificação, a combustão é completa ou incompleta. Há também a combustão espontânea que será apresentada em separado, por suas particularidades. 2.1 COMBUSTÃO INCOMPLETA Trata-se da forma de combustão mais comum caracterizada pela produção de produtos instáveis (íons). Essas moléculas e átomos instáveis produzidos pelo rompimento molecular dos combustíveis reagirão com as moléculas de oxigênio e passarão a formar outras substâncias. Esse processo produzirá uma quantidade maior de chama e calor, e dependerá de uma ação externa para sua paralisação e extinção das chamas. As características das construções em geral, integradas por compartimentos delimitados por paredes e teto, fazem com que nas ocorrências de incêndios haja uma limitação de oxigênio para o fogo e na medida em que este oxigênio é utilizado na decomposição térmica dos materiais em combustão, esta quantidade de oxigênio tende a decrescer. Com isto, as chamas sofrem uma UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 26 diminuição e chegam inclusive a se apagar. Porém, ainda que ocorra a diminuição das chamas, os gases presentes na fumaça permanecem aquecidos e carregados de íons que reagirão com o oxigênio quando em contato com este. Basta o contato com o ar para se formar o tetraedro do fogo e dar continuidade à combustão. Nestes casos, as ações de combate deverão ser cuidadosas e de acordo com as técnicas apropriadas, para se evitar a explosão da fumaça, conhecida como brackdraft, que estudaremos mais adiante. A combustão incompleta gera resíduos que não são totalmente consumidos na queima, decorrentes da reação em cadeia que são capazes de continuar a reação com o ar. Estes resíduos compõem a fumaça. UNI 2.2 COMBUSTÃO COMPLETA Há casos em que a totalidade das moléculas do combustível reage completamente com as moléculas de oxigênio, resultando em substâncias estáveis. Nestes casos, ocorre a combustão completa ou combustão ideal, e são gerados apenas dióxido de carbono (CO2) e água (H2 O). Temos como exemplo a combustão do metano. Nesta combustão, ao reagir uma molécula de metano (CH4) com duas moléculas de oxigênio (O2) será formada uma molécula de dióxido de carbono e duas moléculasde água (H2 O), de acordo com a equação: 4 2 2 2CH O CO 2H O+ = + Normalmente, nos incêndios, por ocorrer uma mistura mais rica em metano ou outro combustível, há a também a formação de monóxido de carbono (CO) além da geração de dióxido de carbono (CO2). O monóxido de carbono é instável e reage com o oxigênio, rompendo outra molécula e forma outros produtos instáveis. Neste processo, ocorre uma reação em cadeia de maneira semelhante ao que ocorre com o gás hidrogênio e com a maior parte dos combustíveis. Ao ser retirado qualquer um dos componentes do tetraedro do fogo, haverá a extinção do mesmo. TÓPICO 2 | CLASSIFICAÇÃO DO FOGO 27 Os trabalhos de prevenção e combate aos incêndios dependem muito dos conhecimentos inerentes ao controle deste processo. UNI A combustão completa ou também chamada de queima limpa é obtida na queima do gás pelo fogão e pelo maçarico, quando os queimadores estiverem devidamente regulados, produzindo uma chama de coloração azul. No entanto, convém atentar para a diferença entre a queima total e a combustão completa. A queima total de um combustível ocorre quando todo o material combustível existente no ambiente é atingido pela queima, e a combustão completa ocorre na combinação estequiométrica entre o oxigênio e o combustível. 3 CLASSIFICAÇÃO RELATIVA À VELOCIDADE DA COMBUSTÃO Com relação à velocidade da combustão, a combustão é viva ou lenta. 3.1 COMBUSTÃO VIVA A combustão viva ocorre nos casos em que há presença de chama. A chama exerce influência na intensidade do incêndio, e, portanto, considera-se como a combustão mais importante e em decorrência é a combustão mais focada durante o combate. A combustão viva só pode ocorrer nos casos em que há vapor ou gás queimando, mesmo que seja decorrente da decomposição térmica dos combustíveis líquidos ou sólidos, pois a combustão é processada em ambiente gasoso. Não importa o tamanho da chama para se classificar uma reação como sendo combustão viva. Para que ocorra a combustão viva, basta a liberação de uma quantidade tal de energia que torne perceptível esta liberação. Para que se possa determinar se uma reação é fogo, deve-se considerar a relação entre a unidade de volume da reação química e a energia de ativação. Na etapa inicial da combustão, o nível de energia pode ser de aproximadamente 1.000 (103) kW / m3. Esta quantidade de energia é suficiente para em um segundo elevar em 1 o C a temperatura de 1 grama de água. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 28 Distrito Federal (2006) salienta que a potência de uma combustão é caracterizada pela quantidade de calor ou de energia liberada em um intervalo de tempo. Esta medida da quantidade de energia é normalmente expressa em kJ/s ou kW. Os níveis máximos de liberação de calor (picos) de alguns materiais são apresentados na tabela a seguir. TABELA 3 – NÍVEIS MÁXIMOS DE LIBERAÇÃO DE CALOR FONTE: National Fire Protection Association (NFPA) 921 apud Distrito Federal (2006, p. 35) 3.2 COMBUSTÃO LENTA O fenômeno chamado de incandescência ou smoldering e conhecido popularmente como brasa, é a combustão relativamente lenta, ou seja, o processo em que a reação química entre o oxigênio e um sólido combustível ocorre lentamente. Este fenômeno pode ocorrer no início ou no fim de uma combustão viva e produz luz, calor e fumaça. Nestes casos, a reação química ocorre na parte superficial do combustível sólido e o oxigênio é difundido na superfície do material em combustão e esta superfície passa a queimar e a luzir. Esta luminescência indica a ocorrência de temperaturas acima de 1000o C. Normalmente, na fase final de incêndios ocorre a incandescência. Se houver um aumento no fluxo de ar sobre a combustão lenta, ela pode transformar-se em combustão viva. Por esta razão se ocorrer a ventilação inadequada durante o combate ao incêndio, poderá ocorrer a reignição do material combustível. TÓPICO 2 | CLASSIFICAÇÃO DO FOGO 29 Um cigarro aceso sobre um colchão poderá dar início a uma combustão lenta, que, em seguida, poderá resultar em combustão viva. UNI A combustão lenta apresenta uma velocidade da reação química em torno de 10-2 a 10-3 cm/s ou 1 a 5 mm/minuto. A este tipo de combustão estão associados altos nível de (CO) monóxido de carbono (mais de 10% da massa do material combustível). Este monóxido de carbono requer pouca quantidade de ar para continuar a reação química. Essa combustão em incêndios é potencialmente mortal, embora seja muito lenta, em razão da geração de monóxido de carbono. Normalmente, ocorre a incandescência nos seguintes casos: • queima de combustíveis sólidos que apresentam porosidade, tais como: carvão, fumo, espuma ou algodão em colchões; • queima de mistura de combustíveis como no caso de sofás em que se combinam tecidos com polímeros ou algodão; • queima em locais destinados à descarga de materiais sólidos já queimados tais como em: carvoarias ou lixões. 4 COMBUSTÃO ESPONTÂNEA Trata-se de uma forma de combustão em que o processo de queima não necessita de uma fonte externa de calor como nos tipos de combustão estudados anteriormente. O início a um processo de queima neste tipo de combustão geralmente ocorre por uma oxidação lenta do combustível com exposição ao ar. Este tipo de combustão se desenvolve por decomposição orgânica do material e a reação química ocorre lentamente, o que dificulta sua percepção. Em alguns casos, esta combustão é semelhante à incandescência, isto faz com que apenas se perceba a combustão quando a mesma for grave. Em materiais em que pode ocorrer este tipo de combustão como: o fósforo branco, peles de animais em curtumes (quando em tratamentos) e algodão amontoados, a energia (calor) liberada como resultante da reação química não se dissipa de maneira suficiente no ambiente. Isto proporciona um aumento da temperatura do próprio material e um aumento na velocidade da reação química. UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS 30 A reação química gerada nestes casos pode resultar tanto em uma combustão lenta ou incandescência como em uma chama ou combustão viva. UNI 31 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste tópico, você viu que: • Pode-se perceber que há diferentes formas de combustão: há combustão ou fogo, que libera geralmente luz e energia em quantidade bastante para ser perceptível. No entanto, há casos em que a existência de luz em uma chama nem sempre se verificará. A queima do hidrogênio é um exemplo que produz somente vapor d’água através da reação química com o oxigênio. No entanto, mesmo que não seja visível a chama, muita energia se produz neste processo, por esta razão a este processo também se denomina combustão. • A combustão se classifica com relação à: formação de produtos da combustão, completa ou incompleta; sua velocidade de reação: viva ou lenta e há também a combustão espontânea. • Combustão incompleta é a forma de combustão mais comum caracterizada pela produção de produtos instáveis (íons). Essas moléculas e átomos instáveis produzidos pelo rompimento molecular dos combustíveis reagirão com as moléculas de oxigênio e passarão a formar outras substâncias. Esse processo produzirá uma quantidade maior de chama e calor e dependerá de uma ação externa para sua paralisação e extinção das chamas. • As características das construções, em geral, integradas por compartimentos delimitados por paredes e teto, fazem com que nas ocorrências de incêndios haja uma limitação de oxigênio para o fogo e na medida em que este oxigênio é utilizado na decomposição térmica dos materiais em combustão, esta quantidade de oxigênio tende a decrescer. Com isto as chamas sofrem uma diminuição e chegam inclusive a se apagar. Porém, ainda que ocorra a diminuição das chamas, os gases presentes na fumaça permanecem aquecidos e carregados de íons que reagirão com o oxigênio quando em contato com ele. Basta o contato com o ar para se formar o tetraedro do fogo e dar continuidade à combustão. • A combustão incompletagera resíduos que não são totalmente consumidos na queima, decorrentes da reação em cadeia que são capazes de continuar a reação com o ar. Estes resíduos compõem a fumaça. • A combustão completa ou combustão ideal ocorre nos casos em que nas reações químicas a totalidade das moléculas do combustível reage completamente com as moléculas de oxigênio, resultando em substâncias estáveis. • A combustão completa, também chamada de queima limpa, é obtida na queima do gás pelo fogão e pelo maçarico, quando os queimadores estiverem devidamente regulados, produzindo uma chama de coloração azul. 32 • A queima total de um combustível ocorre quando todo o material combustível existente no ambiente é atingido e a combustão completa ocorre na combinação estequiométrica entre o oxigênio e o combustível. • A combustão viva ocorre nos casos em que há presença de chama. A chama exerce influência na intensidade do incêndio e, portanto, considera-se como a combustão mais importante e em decorrência é a combustão mais focada durante o combate. • A combustão viva só pode ocorrer nos casos em que há vapor ou gás queimando, mesmo que seja decorrente da decomposição térmica dos combustíveis líquidos ou sólidos, pois a combustão é processada em ambiente gasoso. • Não importa o tamanho da chama para se classificar uma reação como sendo combustão viva. Para que ocorra a combustão viva basta a liberação de uma quantidade tal de energia que torne perceptível esta liberação. Para que se possa determinar se uma reação é fogo, deve-se considerar a relação entre a unidade de volume da reação química e a energia de ativação. • A potência de uma combustão é caracterizada pela quantidade de calor ou de energia liberada em um intervalo de tempo. Esta medida da quantidade de energia é normalmente expressa em kJ/s ou kW. • O fenômeno chamado de incandescência ou smoldering e conhecido popularmente como brasa, é a combustão relativamente lenta, ou seja, o processo em que a reação química entre o oxigênio e um sólido combustível ocorre lentamente. Este fenômeno pode ocorrer no início ou no fim de uma combustão viva e produz luz, calor e fumaça. Nestes casos, a reação química ocorre na parte superficial do combustível sólido e o oxigênio é difundido na superfície do material em combustão e esta superfície passa a queimar e a luzir. Esta luminescência indica a ocorrência de temperaturas acima de 1000o C. Normalmente, na fase final de incêndios ocorre a incandescência. • Se houver um aumento no fluxo de ar sobre a combustão lenta, ela pode transformar-se em combustão viva. Por esta razão, se ocorrer a ventilação inadequada durante o combate ao incêndio, poderá ocorrer a reignição do material combustível. • A combustão lenta apresenta uma velocidade da reação química em torno de 10-2 a 10-3 cm/s ou 1 a 5 mm/minuto. A este tipo de combustão estão associados altos nível de (CO) monóxido de carbono (mais de 10% da massa do material combustível). Este monóxido de carbono requer pouca quantidade de ar para continuar a reação química. • A combustão lenta é potencialmente mortal, embora seja muito lenta, em razão da geração de monóxido de carbono. Normalmente, ocorre a incandescência nos seguintes casos: queima de combustíveis sólidos que apresentam porosidade, 33 tais como: carvão, fumo, espuma ou algodão em colchões; queima de mistura de combustíveis como no caso de sofás em que se combinam tecidos com polímeros ou algodão e queima em locais destinados à descarga de materiais sólidos já queimados tais como em: carvoarias ou lixões. • A combustão espontânea é uma forma de combustão em que o processo de queima não necessita de uma fonte externa de calor como nos tipos de combustão estudados anteriormente. O início a um processo de queima neste tipo de combustão geralmente ocorre por uma oxidação lenta do combustível com exposição ao ar. Este tipo de combustão se desenvolve por decomposição orgânica do material e a reação química ocorre lentamente, o que dificulta sua percepção. Em alguns casos, esta combustão é semelhante à incandescência, isto faz com que apenas se perceba a combustão quando a ela for grave. • Em materiais em que pode ocorrer a combustão espontânea como: o fósforo branco, peles de animais em curtumes (quando em tratamentos) e algodão amontoados, a energia (calor) liberada como resultante da reação química não se dissipa de maneira suficiente no ambiente. Isto proporciona um aumento da temperatura do próprio material e um aumento na velocidade da reação química. 34 Para exercitar seu aprendizado, resolva as questões a seguir: 1 Explique como se pode perceber que há diferentes formas de combustão. 2 Descreva como se classifica a combustão. 3 Discorra sucintamente sobre os tipos de combustão classificados de acordo com a formação dos produtos da combustão. 4 Apresente a descrição sucinta dos tipos de combustão classificados com relação à velocidade da reação. 5 Descreva sucintamente a combustão espontânea. AUTOATIVIDADE 35 TÓPICO 3 EXPLOSÕES UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Uma explosão se caracteriza por uma liberação de energia repentina que produz uma onda expansiva capaz de causar danos (DISTRITO FEDERAL, 2006). Há explosões que ocorrem por sobrepressão e podem ser decorrentes de processos químicos em indústrias ou simplesmente por efeitos físicos, como quando ocorre o aquecimento na parte externa de um recipiente até atingir uma sobrepressão. Este tipo de explosão por vapor em líquido em expansão conhecido como BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion). Este termo tem sua origem relacionada aos problemas das caldeiras a vapor. Este termo também é empregado quando, num depósito que contém gás liquefeito de petróleo (GLP), ocorre um incêndio, que libera o conteúdo inflamável e este conteúdo ao entrar em combustão produz uma bola de fogo. Essa explosão gera uma onda que se expande de forma radial em todas as direções. Há casos de explosão por combustão ou explosão química como ocorre na maioria das explosões como consequência de incêndios em vazamentos de GLP ou da fumaça. Os gases combustíveis existentes no interior da fumaça quando acumulados em ambientes poucos ventilados, podem entrar em combustão subitamente com a entrada de oxigênio no ambiente. Neste caso, a explosão de fumaça ou backdraft ou backdraught como é conhecida estudaremos mais adiante. 2 EXPLOSÃO DE GASES Distrito Federal (2006) classifica a explosão como deflagração ou detonação. Uma deflagração ocorre quando a velocidade do deslocamento de ar é abaixo de 340 m/s e uma detonação ocorre quando esta velocidade é superior a 340 m/s. Deflagrações são, por exemplo: as explosões de fumaça ou do GLP no ambiente, pois a velocidade do deslocamento do ar é menor e abaixo de 340 m/s. As explosões por deflagração emitem uma onda de choque tal que é capaz de abalar a estrutura da edificação, causando a morte de quem estiver ocupando o ambiente. Nos casos de combinação entre o gás combustível e o ar, há a possibilidade de ocorrer uma explosão. Como já estudamos, os gases somente poderão entrar em combustão quando há uma quantidade suficiente de gás combustível, ou seja, quando a sua concentração estiver dentro dos limites de inflamabilidade ou limites de explosividade. 36 UNIDADE 1 | INCÊNDIOS: ASPECTOS BÁSICOS Os limites de explosividade ou de inflamabilidade são estabelecidos a 21o C de temperatura e a um ATM de pressão ao nível do mar. Qualquer variação de temperatura e de pressão alterará os limites de inflamabilidade ou de explosividade. Por exemplo, em caso de aumento de pressão e de temperatura, haverá a diminuição do limite inferior e o aumento do limite superior. Portanto, haverá um aumento da faixa de inflamabilidade ou explosividade, e com isto haverá um aumento do risco de explosão. Algumas misturas submetidas à alta temperatura podem atingir um limite superior de inflamabilidade ou explosividade de 100%. Já no caso de diminuição
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