A Teoria do Fogo explica os princípios científicos por trás da ocorrência e da propagação do fogo. Essencialmente, o fogo é uma reação química de combustão, que libera calor e luz. Para que essa reação ocorra, quatro elementos precisam estar presentes simultaneamente, formando o que conhecemos como o tetraedro do fogo:
1. Combustível: Qualquer material capaz de queimar. Pode ser sólido (madeira, papel, tecidos), líquido (gasolina, álcool) ou gasoso (propano, butano). O combustível precisa ser aquecido até liberar vapores inflamáveis para que a combustão ocorra.
2. Comburente (Oxigênio): Geralmente o oxigênio presente no ar atmosférico (em torno de 21%). A concentração mínima de oxigênio para sustentar a combustão é de cerca de 16%.
3. Calor (Energia de Ativação): Uma fonte de energia que eleva a temperatura do combustível até o seu ponto de ignição, iniciando a reação de combustão. Essa fonte pode ser uma chama, uma faísca elétrica, calor gerado por atrito, ou até mesmo autoignição em certas condições.
4. Reação em Cadeia: Uma vez iniciada a combustão, o calor gerado pela queima do combustível vaporiza mais combustível, que reage com o comburente, liberando mais calor e sustentando a reação. Essa sequência auto-perpetuante é a reação em cadeia.
https://realizeeducacao.com.br/blog/tetraedro-do-fogo/
https://www.scielo.br/j/ac/a/84J9dfRHFVdzF35xnjscXty/ Comportamento da madeira a temperaturas elevadas
Propagação do Fogo: O fogo pode se espalhar de três maneiras principais:
• Condução: Transferência de calor através de um material sólido.
• Convecção: Transferência de calor através 1 do movimento de fluidos (líquidos ou gases) aquecidos. O ar quente sobe, levando calor para outras áreas.
• Irradiação: Transferência de calor através de ondas eletromagnéticas. É o calor que sentimos de uma fogueira mesmo sem estar em contato direto com as chamas ou o ar quente.
https://gestaodesegurancaprivada.com.br/teoria-basica-do-fogo/#google_vignette
O Pentágono de Explosão
é uma ferramenta que explica como o acúmulo aparentemente inofensivo de particulado pode resultar em explosão. Quando os 5 elementos abaixo coexistem, uma grande explosão pode ocorrer.
POEIRAS COMBUSTÍVEIS https://airvert.com.br/aspiracao/poeiras-combustiveis/
Partículas sólidas, como poeiras e fibras que, ao combinadas com o oxigênio, podem acabar formando uma mistura explosiva.
Muitos pós que possuem essa característica explosiva ainda são desconhecidos, tornando-os ainda mais perigosos que as substâncias líquidas ou gasosas, como a gasolina, álcool ou gás de cozinha.
Os materiais orgânicos – como farinha, açúcar, amido, produtos farmacêuticos, madeira etc – na forma de pó fino ou poeiras representam um grande risco de explosão. Além disso, metais em pó como alumínio ou magnésio também representam esse risco.
https://airvert.com.br/aspiracao/poeiras-combustiveis/
https://airvert.com.br/aspiracao/poeiras-combustiveis/
VÍDEO ABAIXO
• PRINCÍPIO DE INCÊNDIO
• MATERIAL COMBUSTÍVEL
• ATMOSFERA RICA EM OXIGÊNIO
• QUEIMA EM SUPERFÍCIE E PROFUNDIDADE
• FUMAÇA
• GASES MAIS LEVES QUE O AR ATMOSFÉRICO
• QUEIMA LIVRE
• FLASH OVER
VEJA COMO O FOGO SE PROPAGA (RÁPIDO)
VÍDEO ABAIXO:
• PATÍCULAS DE MOLÉCULAS
• COMPORTAMENTO DAS PARTÍCULAS EM FONTE DE CALOR
•
Propagação do Fogo
MATERIAIS DIFERENTES
MOLÉCULAS DIFERENTES
COMPORTAMENTO DIFERENTE
https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/moleculas.htm
Materiais Diferentes são Compostos por Moléculas Diferentes:
• Nível Macroscópico (Materiais): Quando observamos diferentes materiais ao nosso redor – madeira, água, ferro, plástico, gasolina – estamos vendo a manifestação macroscópica de sua composição interna.
• Nível Microscópico (Moléculas): Cada um desses materiais é formado por moléculas específicas, que são agrupamentos de átomos ligados quimicamente. A estrutura e a composição dessas moléculas variam enormemente de um material para outro.
• A madeira, por exemplo, é composta principalmente por celulose, um polímero de glicose, além de outras moléculas como lignina e hemicelulose.
• A água é formada por moléculas simples de H₂O (dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio).
• O ferro é um metal composto por átomos de ferro (Fe) organizados em uma estrutura cristalina.
• O plástico é um polímero, uma cadeia longa de unidades moleculares repetidas, mas a natureza dessas unidades varia dependendo do tipo de plástico (polietileno, PVC, etc.).
• A gasolina é uma mistura complexa de diversos hidrocarbonetos, moléculas compostas por átomos de carbono e hidrogênio, com diferentes tamanhos e estruturas.
Em resumo: A identidade de um material é diretamente determinada pelas moléculas que o compõem.
2. Moléculas Diferentes Levam a Comportamentos Diferentes:
As propriedades e o comportamento de um material em diversas situações (incluindo a combustão) são uma consequência direta da natureza de suas moléculas constituintes, incluindo:
• Tipo de Átomos: Os tipos de átomos presentes em uma molécula (carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, etc.) determinam as possíveis reações químicas que ela pode sofrer.
• Número de Átomos: O número de átomos em uma molécula e sua proporção influenciam a massa molecular e a reatividade.
• Estrutura Molecular: A forma como os átomos estão ligados e organizados espacialmente dentro da molécula afeta suas propriedades físicas e químicas. Ligações fortes ou fracas, polaridade da molécula e a presença de grupos funcionais específicos são cruciais.
• Forças Intermoleculares: As forças de atração entre as moléculas de um material (forças de Van der Waals, ligações de hidrogênio, etc.) influenciam propriedades como ponto de fusão, ponto de ebulição e a facilidade com que o material se vaporiza (o que é crucial para a combustão).
Exemplos em relação à combustão:
• Inflamabilidade: A gasolina, com suas moléculas de hidrocarbonetos relativamente pequenas e fracamente ligadas, evapora facilmente e seus vapores reagem vigorosamente com o oxigênio, tornando-a altamente inflamável. Já a água (H₂O), com suas fortes ligações de hidrogênio intermoleculares e a ausência de carbono e hidrogênio ligados de forma inflamável, não queima.
• Ponto de Ignição: A madeira precisa ser aquecida a uma temperatura mais alta para liberar gases inflamáveis (pirolose) devido à complexidade e tamanho de suas moléculas de celulose e lignina. O álcool, com moléculas menores e mais voláteis, tem um ponto de ignição mais baixo.
• Velocidade de Queima: Materiais finamente divididos, como pó de madeira ou papel picado, queimam mais rapidamente do que um tronco de madeira maciça, pois a área de superfície exposta ao oxigênio é muito maior, facilitando a reação com mais moléculas simultaneamente. Isso está relacionado à forma como as moléculas do combustível estão dispostas macroscopicamente, o que afeta a taxa de contato com o comburente.
• Produtos da Combustão: A queima de diferentes materiais produz diferentes produtos. A queima de hidrocarbonetos (como na gasolina) geralmente produz dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O). A queima de materiais contendo outros elementos, como enxofre ou nitrogênio, pode gerar gases tóxicos como dióxido de enxofre (SO₂) ou óxidos de nitrogênio (NOx).
Em resumo: A natureza das moléculas que compõem um material dita como ele irá se comportar em diversas situações, incluindo a forma como ele interage com o calor, o oxigênio e como ele se transforma durante a combustão.
Portanto, a sequência lógica é:
Materiais Diferentes (nível macroscópico) são formados por Moléculas Diferentes (nível microscópico), e essas diferenças moleculares são a causa fundamental do Comportamento Diferente que observamos nos materiais, especialmente em relação à sua capacidade de queimar, à forma como queimam e aos produtos resultantes da combustão. Entender essa relação é crucial para a prevenção e o combate a incêndios, pois permite prever os riscos e escolher as estratégias adequadas para cada tipo de material.
NO LINK ABAIXO:
https://professordiminoi.comunidades.net/termologia-a
Termologia (termo = calor, logia = estudo)
É a parte da Física encarregada de estudar o calor e seus efeitos sobre a matéria. A termologia está intimamente ligada à energia térmica, estudando a transmissão dessa energia e os efeitos produzidos por ela quando é fornecida ou retirada de um corpo.
• Temperatura
• Calor
• Equilíbrio térmico
• Energia Térmica
• Termometria
• Escalas
https://professordiminoi.comunidades.net/termologia-a
https://carlamcoelho.blogspot.com/2019/02/calor-e-temperatura.html?view=flipcard
Prevenção de Incêndios
A prevenção de incêndios consiste em um conjunto de medidas e práticas adotadas para evitar o início de um fogo indesejado e para minimizar os danos caso ele ocorra.
Baseia-se fundamentalmente na eliminação ou controle de um ou mais elementos do tetraedro do fogo. As principais estratégias de prevenção incluem:
• Controle de Fontes de Ignição:
• Manutenção adequada de instalações elétricas para evitar curtos-circuitos e sobrecargas.
• Uso seguro de equipamentos que geram calor (fornos, fogões, aquecedores).
• Proibição de fumar em áreas de risco.
• Controle de trabalhos a quente (soldagem, corte) com medidas de segurança específicas.
• Prevenção de faíscas e eletricidade estática em ambientes com materiais inflamáveis.
• Controle de Combustíveis:
• Armazenamento adequado de materiais inflamáveis e combustíveis em locais seguros e isolados.
• Manutenção da ordem e limpeza para evitar o acúmulo de materiais combustíveis (papel, poeira, tecidos).
• Utilização de materiais de construção com baixa inflamabilidade.
• Isolamento de áreas com risco de incêndio.
• Controle do Comburente (Oxigênio): Embora não seja prático eliminar o oxigênio do ambiente, em algumas situações específicas (como em equipamentos) pode-se utilizar atmosferas inertes para prevenir a combustão.
• Interrupção da Reação em Cadeia: Alguns agentes extintores atuam interrompendo a reação química em cadeia, como o pó químico seco.
• Medidas de Proteção Ativa e Passiva:
• Detecção: Instalação de detectores de fumaça e calor para alertar precocemente sobre um incêndio.
• Alarme: Sistemas de alarme sonoro e visual para alertar os ocupantes do local.
• Supressão: Instalação de sistemas automáticos de extinção de incêndio (sprinklers, sistemas de CO₂, etc.) e disponibilidade de extintores portáteis.
• Compartimentação: Divisão de edifícios em áreas isoladas por paredes e portas corta-fogo para limitar a propagação do fogo e da fumaça.
• Rotas de Fuga e Saídas de Emergência: Dimensionamento e sinalização adequados para garantir a evacuação segura dos ocupantes.
• Iluminação de Emergência: Para garantir a visibilidade durante a evacuação em caso de falha da energia elétrica.
• Educação e Treinamento: Conscientizar as pessoas sobre os riscos de incêndio e as medidas de prevenção, além de treinar para a atuação em caso de emergência (uso de extintores, evacuação).
• Legislação e Normas Técnicas: Cumprimento de leis e normas que estabelecem requisitos de segurança contra incêndio para diferentes tipos de edificações e atividades.
FASES DO FOGO
Fase Inicial (Incêndio Incipiente):
• Início: Acendimento do material combustível por uma fonte de ignição.
• Características: Pequena chama, liberação limitada de calor e fumaça, oxigênio abundante.
• Potencial: Pode ser controlado com extintores portáteis ou outros meios simples.
Fase de Crescimento:
• Desenvolvimento: A chama aumenta de tamanho, a temperatura sobe, e a produção de fumaça e gases inflamáveis se intensifica.
• Características: Aumento da taxa de liberação de calor, desenvolvimento de uma camada de gás quente no teto, o fogo começa a se espalhar para materiais próximos.
• Potencial: O controle se torna mais difícil, exigindo equipamentos mais adequados.
Fase de Desenvolvimento Completo (Queima Livre ou Totalmente Desenvolvido):
• Intensidade Máxima: Todos os materiais combustíveis no ambiente estão em chamas, atingindo a maior taxa de liberação de calor.
• Características: Temperaturas elevadíssimas, grande quantidade de fumaça densa e gases tóxicos, risco de colapso estrutural e fenômenos perigosos como o flashover.
• Potencial: O controle é extremamente difícil e perigoso, geralmente exigindo a intervenção de bombeiros com equipamentos de proteção adequados.
Fase de Decaimento (Rescaldo ou Queima Lenta):
• Diminuição: A intensidade do fogo começa a diminuir à medida que o combustível se esgota ou o oxigênio se torna limitado.
• Características: Redução da temperatura e das chamas, ainda pode haver focos de incêndio e reignição, produção de fumaça pode persistir.
• Potencial: Requer resfriamento e remoção dos materiais em brasa para evitar reignição. O risco de backdraft (explosão de fumaça) pode existir se houver ventilação repentina.
Flashover:
• Transição Rápida: Passagem repentina da fase de crescimento para a fase de desenvolvimento completo de um incêndio em um ambiente confinado.
• Causas: Acúmulo de calor intenso na parte superior do ambiente, aquecendo todos os materiais combustíveis próximos à sua temperatura de ignição.
• Características: Liberação súbita de chamas que envolvem todo o conteúdo do compartimento, tornando a sobrevivência impossível. Ocorre quando a temperatura dos gases no teto atinge cerca de 600°C.
Backdraft:
• Explosão de Fumaça: Fenômeno perigoso que ocorre em incêndios confinados com pouco oxigênio, onde há acúmulo de gases inflamáveis (produtos da pirólise e combustão incompleta) e fumaça superaquecida.
• Causas: Introdução repentina de oxigênio (por exemplo, ao abrir uma porta ou janela) em um ambiente rico em gases inflamáveis e superaquecidos.
• Características: Uma explosão violenta causada pela ignição repentina da mistura de gases inflamáveis com o oxigênio, acompanhada de chamas saindo da abertura com grande pressão. Geralmente precedido por sinais como fumaça densa e escura saindo sob pressão e janelas enfumaçadas com pouca ou nenhuma chama visível.
Turbulent Smoke Transitioning To Flashover
Flashover Demonstration
Backdraft demonstration
Flashover Fire Caught on GoPro
Flashover
Ponto de Fulgor:
• É a menor temperatura na qual um material combustível libera vapores em quantidade suficiente para formar uma mistura inflamável com o ar, capaz de produzir um lampejo momentâneo (inflamar) quando exposta a uma fonte de ignição.
• Nessa temperatura, a combustão não se sustenta após a remoção da fonte de ignição, pois a concentração de vapores ainda é insuficiente.
Combustão:
• É uma reação química exotérmica (libera calor) entre um material combustível e um comburente (geralmente o oxigênio), que resulta na produção de calor, luz (chama) e outros produtos (como gases).
• Para ocorrer, a combustão necessita de uma fonte de ignição para iniciar a reação.
Ignição:
• É o ato de iniciar a combustão de um material combustível.
• Refere-se ao momento em que uma fonte de energia (calor, faísca, chama, etc.) fornece a energia de ativação necessária para que a reação de combustão comece.
• A temperatura de ignição (ou ponto de ignição) é a temperatura mínima na qual um material combustível entra em combustão espontaneamente em contato com o comburente, sem a necessidade de uma fonte externa de calor.
REFERÊNCIA: https://zonaderisco.blogspot.com/2014/11/principios-de-combustao.html
PRINCÍPIOS DE COMBUSTÃO
OXIDAÇÃO
A combinação química do oxigênio com o combustível é conhecida como oxidação. O produto resultante é o óxido. Na oxidação uma parte da energia química é transformada em energia térmica. Nas grandes velocidades de oxidação o calor desprendido é tal que há o surgimento de luz na forma de fogo.
MATERIAIS COMBUSTÍVEIS E SUAS PROPRIEDADES
COMBUSTIBILIDADE
Para efeitos práticos podemos diferenciar somente entre materiais, dificilmente combustíveis, facilmente combustíveis e de combustão normal.
INFLAMABILIDADE
O perigo de incêndio de um material depende em primeiro lugar de sua inflamabilidade.
CALOR DE COMBUSTÃO (PODER CALORÍFICO)
O calor de combustão de um material mostra quantas unidades de calor (calorias) são desprendidas na combustão completa (oxidação) de uma determinada quantidade de material em 1 kg ou 1 m3.
TEMPERATURA DE COMBUSTÃO
Cada material combustível produz calor na sua combustão. Conforme a velocidade com que o calor de combustão é liberado corresponde uma temperatura mais alta ou mais baixa. A temperatura de combustão depende portanto:
a) poder calorífico
b) velocidade de combustão material
COMPOSIÇÃO DO FOGO
Do que é FEITO exatamente o FOGO? Iberê responde!
https://quimicaensinada.blogspot.com/2011/12/processos-de-combustao-de-uma-vela.html
https://www.manualdaquimica.com/experimentos-quimica/teste-chama.htm
A cor da chama é um fenômeno complexo influenciado por diversos fatores, sendo a presença de certos elementos químicos no material o principal determinante das cores mais vibrantes.
Quando um material é aquecido na chama, os átomos dos elementos presentes absorvem energia e seus elétrons saltam para níveis de energia mais elevados. Ao retornarem aos seus níveis de energia originais, esses elétrons emitem energia na forma de luz com comprimentos de onda específicos. Esses comprimentos de onda correspondem a cores diferentes no espectro visível.
O teste de chama é uma técnica analítica utilizada em química para identificar a presença de certos íons metálicos com base na cor característica da chama que produzem.
• A composição química do material é crucial para determinar se cores vibrantes específicas (como verde do cobre ou amarelo do sódio) serão produzidas na chama.
• A cor da chama que observamos é uma combinação da emissão de luz dos átomos excitados dos elementos presentes e da radiação de corpo negro emitida pelas partículas quentes (cuja cor depende da temperatura).
• A temperatura e a quantidade de oxigênio disponível também desempenham papéis importantes na cor geral da chama.
Portanto, embora diferentes materiais possam conter elementos que produzem cores de chama características, a cor final observada é uma interação complexa de vários fatores, e nem sempre um tipo específico de material terá uma cor de chama única em todas as circunstâncias.
REAÇÃO COMPLETA E INCOMPLETA
A diferença entre a combustão completa e incompleta reside principalmente na quantidade de oxigênio disponível para a reação. A combustão completa leva à formação de produtos totalmente oxidados e à máxima liberação de energia, enquanto a combustão incompleta, devido à falta de oxigênio, gera produtos parcialmente oxidados e menos energia, além de poluentes como monóxido de carbono e fuligem.
Conexão entre a Teoria do Fogo e a Prevenção de Incêndios
A Teoria do Fogo é a base científica para as estratégias de prevenção de incêndios. Ao entender os elementos necessários para que o fogo ocorra e como ele se propaga, podemos desenvolver medidas eficazes para:
• Eliminar um dos elementos do tetraedro do fogo: Por exemplo, controlando fontes de ignição (eliminando o calor inicial) ou armazenando combustíveis de forma segura (reduzindo ou isolando o combustível).
• Interromper a reação em cadeia: Utilizando agentes extintores específicos.
• Limitar a propagação do calor e dos gases: Através de medidas de compartimentação e controle de fumaça.
• Facilitar a detecção precoce: Para que as ações de combate e evacuação possam ser iniciadas o mais rápido possível, antes que o fogo se desenvolva completamente.
Em resumo, a aplicação dos princípios da Teoria do Fogo é fundamental para o desenvolvimento e a implementação de medidas eficientes de prevenção e combate a incêndios, visando proteger vidas e patrimônios.