**5.1.12 Três fatores devem ocorrer para acontecer um incêndio: (1) Um combustível deve estar presente; (2) uma fonte de oxigênio deve estar presente e (3) uma fonte de ignição tem de existir. Para a maioria dos combustíveis, a combustão só ocorre em fase gasosa. Por exemplo, a gasolina não queima quando em estado líquido. Entretanto, quando a gasolina é vaporizada, queima imediatamente.
Existe um valor mínimo da concentração de combustível no ar a partir do qual ocorre a ignição. Se a concentração do combustível for inferior a esse valor, chamado de limite inferior de explosividade ou de inflamabilidade (LII), não ocorrerá a ignição. O LII pode ser expresso como um volume percentual, que é igual à porcentagem molar nas condições em que o LII é medido (pressão atmosférica e
). Existe também um valor mínimo da concentração de oxigênio requerido para a ignição de qualquer combustível. Seu valor está intimamente relacionado ao LII, podendo ser calculado a partir desse valor. O valor mínimo da concentração de oxigênio requerido para a ignição pode ser estimado pela multiplicação do valor do LII pela razão entre o número de mols requerido para a combustão completa e o número de mols do combustível a ser queimado.
Acima do LII, a quantidade de energia necessária para a ignição é bastante pequena. Por exemplo, uma fagulha pode provocar a ignição da maioria de misturas inflamáveis. Define-se também um limite superior de inflamabilidade (LSI), que é a máxima concentração de vapores de combustível em mistura com ar acima da qual não ocorre ignição. Misturas de combustível com ar na região de concentrações inflamáveis entre LII e LSI podem entrar em ignição. Tanto o valor de LII quanto o valor de LSI foram determinados para a maioria dos gases inflamáveis e dos líquidos voláteis. O LII é geralmente a mais importante das duas concentrações, porque se um combustível estiver presente na atmosfera em concentrações acima de LSI, ele certamente estará presente dentro da região de concentrações inflamáveis em alguma localização. As concentrações LII para muitos materiais podem ser encontradas na publicação da National Fire Protection Association (Associação Norte-Americana de Prevenção de Incêndios), NFPA
Standard 325M: Properties of Flammable Liquids.
Estime a concentração mínima admissível de oxigênio para o
-butano. A concentração LII do
-butano é igual a
molar. Este problema foi baseado originalmente no problema proposto no livro Chemical Process Safety: Fundamentals with Applications, de D. A. Crowl e J. F. Louvar, publicado pela Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, que é uma adaptação do problema 10 da publicação do AIChE: Safety, Health, and Loss Prevention in Chemical Processes de J. R. Welker e C. Springer, New York (1990).
Estime a concentração mínima admissível de oxigênio para o
Passo 1
O enunciado nos pede a concentração mínima de oxigênio necessária para a ignição do
-butano, sabendo que o seu limite inferior de inflamabilidade (LII) é de
molar. Vamos usar a estequiometria da reação de combustão para relacionar quantos mols de
são requeridos por mol de
e depois multiplicar esse fator pelo valor da LII.
Passo 2
Escrevemos a reação balanceada de combustão completa do
-butano:
Aqui vemos que, para cada mol de
, são necessários
mols de
.
Passo 3
Extraímos o fator estequiométrico entre oxidante e combustível:
Passo 4
Segundo o enunciado, a concentração mínima de oxigênio é dada por
Calculando, obtemos
Resposta
A concentração mínima admissível de oxigênio para o
-butano é aproximadamente
molar.