Elementos Essenciais da Combustão

Sabemos que a combustão, enquanto fenômeno químico, constitui uma reação complexa que exige a interação de determinados elementos e cond...

Sabemos que a combustão, enquanto fenômeno químico, constitui uma reação complexa que exige a interação de determinados elementos e condições propícias para sua ocorrência. No contexto das leis que regem a química, são identificados quatro elementos fundamentais cuja combinação desencadeia uma reação capaz de liberar energia e radicais livres, resultando em um processo autossustentável. 

Esses elementos devem estar presentes e corretamente combinados para que a combustão ocorra de maneira eficiente e contínua, seguindo as leis da química. A ausência ou deficiência de qualquer um desses componentes pode impedir o início da combustão ou interromper uma reação já em andamento. Portanto, a compreensão detalhada dos mecanismos e condições que regem a combustão é fundamental para a manipulação controlada desse processo em diversas aplicações, desde motores de combustão interna até sistemas de controle de incêndio.

Combustível
É toda substância capaz de queimar e alimentar a combustão, servindo de campo para a propagação do fogo. Os combustíveis podem ser sólidos, líquidos ou gasosos, e a grande maioria passa para o estado gasoso para então combinar com o oxigênio. A velocidade da queima de um combustível depende de sua capacidade de combinação com o oxigênio sob a ação do calor e de sua fragmentação (área de contato com o oxigênio).

Comburente
É o elemento que possibilita vida às chamas e intensifica a combustão. Normalmente este papel é desempenhado pelo oxigênio, portanto, em ambientes pobres de oxigênio, o fogo não tem chamas e a combustão é mais lenta, enquanto em ambientes ricos em oxigênio as chamas são intensas, brilhantes, com elevada temperatura e a combustão tem maior velocidade.

Calor
É o elemento que serve para dar início a uma combustão, mantendo e aumentando a propagação. A temperatura de fulgor dos corpos varia de material para material, assim a gasolina vaporiza a temperatura muito baixa, enquanto que a madeira e o carvão exigem mais calor e assim sucessivamente, aumentando a quantidade de calor podemos vaporizar quase todos os combustíveis.

- Condução: é a transmissão de calor através de corpos sólidos, e ocorre quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato direto. Desta forma o calor se transmite de molécula para molécula.

- Convecção: é a transmissão de calor através de massas de gases aquecidos, que se deslocam levando para outros locais, quantidades de calor suficiente para iniciar novos focos de incêndio.

- Irradiação: é a forma de transmissão de calor por meio de ondas de energia calorífica que se desloca através do local. A energia é transmitida via velocidade da luz e, ao encontrar um corpo, as ondas são absorvidas, refletidas ou transmitidas.

Não podemos confundir temperatura com caloria, pois são coisas distintas. Temperatura é o efeito, e a medida da intensidade de calor num corpo, que no Brasil, é mensurada em graus Celsius. Caloria é a quantidade de calor que um corpo pode desprender ou absorver, é uma forma de energia, medida em calorias e causa elevação ou redução de temperatura. Qualquer corpo em combustão desprende certa quantidade de calor que pode ser mensurada.

Teoricamente, se empregarmos água à temperatura de 20ºC (temperatura ambiente) para a extinção de um incêndio, necessitará uma quantidade de água resultante da divisão do número de calorias do corpo em chamas, por 620 Cal, que é o índice constante de calor absorvido por um litro de água, se esta vaporizar totalmente.

Exemplo: Incendiando-se 10 Kg de carvão de lenha, sabemos que 1 Kg deste material ao queimar desprende 6.000 cal/Kg, logo teríamos 60.000 Cal. Dividindo-se este número por 620, teremos a quantidade de água que, se totalmente vaporizada, extinguirá o incêndio, ou seja, cerca de 96 litros. Pelo exposto, conclui-se que a ação máxima de resfriamento da água somente é obtida quando seu volume total se transforma em vapor e, quanto maior a área de contato com o calor, maior será o poder de absorção.

Verdadeiramente a combustão é uma reação química bem mais complexa do que a exposição simplista representada pelo tetraedro do fogo, cuja finalidade é didática. Na realidade, quando as temperaturas começam a se elevar acima do normal, teremos como consequência um fenômeno denominado “pirólise ou calcinação”, que pode ser definido como a decomposição química da matéria por meio da ação do calor.

Ao se aumentar a temperatura de um material combustível ocorrerá um aumento proporcional na velocidade de sua oxidação e, se este processo se prolongar, a velocidade de oxidação aumentará até atingir a temperatura de ignição, aparecendo repentinamente as chamas com o fenômeno da combustão.

TEMP.                                                              REAÇÃO
200º C   -   Produção de vapor d'água, dióxido de carbono e ácidos acético e fórmico.

200ºC a 280º C   -   Ausência de vapor d'água - pouca quantidade de monóxido de carbono - a  reação ainda está absorvendo calor.
280ºC a 500º C   -   A reação passa a liberar calor, gases inflamáveis e partículas - há a carbonização dos materiais (que também liberará calor).
Acima de 500º C   -   Na presença do carvão os combustíveis sólidos são decompostos quimicamente com maior velocidade.

Quando um combustível queima, este se submete a uma mudança química resultando em 04 (quatro) produtos: fluidos (gases e líquidos), chama, calor e fumaça.

Fluidos ou gases do fogo são os produtos vaporizados da combustão. Os principais fatores que determinam a formação de gases são: a composição química do combustível, a porcentagem de oxigênio e a temperatura do fogo. O carbono pode ser queimado sob condições controladas em misturas apropriadas com o oxigênio, resultando grande parte de dióxido de carbono (CO2). 

Nos incêndios não encontramos uma adequação de misturas, somente parte do carbono é oxidado, surgindo então o monóxido de carbono (CO), o qual não é o mais tóxico dos gases do fogo, porém, figura em primeiro lugar nos casos de morte por asfixia, por ser o mais abundante nos incêndios.

Chamas
É uma luz normalmente brilhante e que se vê quando alguma coisa queima. Nos incêndios as chamas em geral são estacionárias e quando provenientes de misturas explosivas desenvolvem-se em forma de língua de fogo ou chama de ponta. A cor da chama varia com a temperatura.

Exemplo:
Vermelha = 500º C
Vermelho pálido = 1000º C
Amarelo alaranjado = 1200º C
Amarelo esbranquiçado = 1300º C
Branco brilhante = 1400º C

Brasa

É uma combustão de resíduos, com pequena velocidade de reação, não evidenciando a chama. Sua cor varia com a temperatura.

Exemplo:
Vermelho (início) = 400º C
Vermelho escuro = 700º C
Vermelho pálido = 900º C
Amarelo = 1.100º C
Tendendo a azul = 1.300º C
Azul claro = 1.500º C

O conhecimento dessas temperaturas de incêndio tem significativa importância para os bombeiros na aplicação da técnica correta de extinção. 

A fumaça é um produto visível, mais acentuada nas combustões incompletas. Consiste numa mistura de dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2), nitrogênio (N2), Monóxido de carbono (CO), partículas bem divididas de fuligem, carbono e uma mistura de produtos liberados dos materiais envolvidos. Num incêndio a fumaça sobe gradualmente e continuamente, reduzindo a visibilidade até que a ventilação seja aplicada. A falta de visibilidade causa desorientação, dificultando ou mesmo impedindo a fuga de pessoas de um local, o que pode significar-lhes a vida.

Reação em Cadeia

A reação em cadeia torna a queima autosustentável. O calor irradiado das chamas atinge o combustível e este é decomposto em partículas menores, que se combina com o oxigênio e queimam, irradiando outra vez calor para o combustível, formando um ciclo constante, como na combustão do carbono para a formação de gás carbônico:

C + O2 = CO2 + 92,2 Kcal/Mol.

A cadeia de reações formada durante a combustão propicia formação de produtos intermediários instáveis, principalmente radicais livres prontos para combinarem-se com outros elementos, dando origem a novos radicais ou finalmente a corpos estáveis, consequentemente nos incêndios em locais confinados sempre temos presentes radicais livres.

A estes radicais livres cabe a responsabilidade da transferência necessária à transformação da energia química em calorífica, decompondo as moléculas ainda intactas e desta maneira provocando a propagação do fogo numa verdadeira cadeia de reações. Para entendermos melhor o que é uma cadeia de reações, verifiquemos a seguir o exemplo da combustão do hidrogênio no ar (OBS: Rad = Radical):

2H2 + O2 + Calor de ativação = 4H(Rad) + 2O(Rad)

Cada radical de H combina-se com uma molécula de O2 produzindo um radical ativo de Oxidrila mais um outro radical ativo de oxigênio:

H(Rad) + O2 = OH (Rad) + O (Rad)

Cada radical ativo de O reage com uma molécula de H2 produzindo outro radical ativo de Oxidrila mais outro radical ativo de hidrogênio;

O (Rad) + H2 = OH (Rad) +H (Rad)

Cada radical novo de Oxidrila reage com uma molécula de H2 produzindo no final um composto estável (água) e mais um radical ativo de hidrogênio.

OH (Rad) + H2 = H20 + H (Rad)

E assim sucessivamente se forma a cadeia de combustão produzindo sua própria energia de ativação (calor) enquanto houver suprimento de combustível (H2).


FONTE DE REFERÊNCIA
MCILC – MANUAL DE COMBATE A INCÊNDIO EM LOCAL CONFINADO
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