Limites explosivos - Ponto de Fulgor
Porque o acetileno é tão perigoso? Introdução aos limites explosivos.
Sabemos que combustíveis queimam em contato com o ar (ou mais especificamente oxigênio). Na forma gasosa este contato é mais íntimo e portanto a queima é mais rápida. Aliás, a queima sempre se dá na forma gasosa e por isso o óleo Diesel, por exemplo, não queima na temperatura ambiente porque não há evaporação suficiente desde a superfície do líquido, conforme será explicado mais abaixo com relação ao ponto de fulgor (flash point).
O limite explosivo se refere às proporções entre os vapores combustíveis e o ar, que permitem a queima (ou explosão). Curiosamente, estas diferem para cada material. Na wikipedia encontra-se uma tabela extensa destes limites e aqui focarei em alguns de maior interesse.
Por exemplo o limite explosivo para o metano (ou gás natural) o limite está entre 5% e 15%. Se houver menos de 5% na mistura com o ar não há queima por falta de metano e se houver mais de 15% não haverá queima por falta de oxigênio!
Outro combustível de interesse é a gasolina, com limite entre 1,4% e 7,6%. Percebam que o limite é ainda menor do que o do metano. Este fato é levado em consideração por projetistas de motores para que haja uma queima eficiente, ou melhor, uma explosão.
No caso do acetileno o limite é enorme: vai de 2,5% a 100% ! Por isso o acetileno explode com facilidade (ver vídeo abaixo).
Distinção entre queima e explosão
A explosão é essencialmente uma queima e portanto pode haver casos em que é difícil separar completamente estes conceitos. Sabemos que a explosão é uma queima que ocorre com rapidez e produzindo grande volume de gases aquecidos, o que consiste na onda de choque.
Existem materiais que sempre explodem mas há também outros que podem queimar ou explodir dependendo das condições, como a pólvora, que para explodir tem que estar confinada (como nos rojões, onde é confinada por papel grosso). Caso contrário, ela apenas queima.
Dentre os materiais explosivos existem os altos explosivos e os baixos explosivos. Ambos consistem de combustíveis e oxidantes, mas no caso dos altos explosivos a mistura se dá ao nível molecular, e por isso os altos explosivos queimam de maneira extremamente rápida, com velocidade superior à do som:este tipo de explosão chama-se DETONAÇÃO. Exemplos: TNT, RDX (usado em explosivos plásticos) e dinamite.
Um baixo explosivo típico é a pólvora, inventada pelos chineses há mais de mil anos atrás, que consiste de uma mistura de carvão, enxofre (combustíveis) e nitrato de potássio (oxidante). Quanto mais moídos e misturadas as matérias primas, melhor será a queima, mas nunca se iguala à dos altos explosivos.
Ponto de fulgor e temperatura de auto-ignição
O ponto de fulgor (ou flash point) é a temperatura mínima para que um material possa ser queimado. Para que haja queima é necessária a presença de vapor acima do líquido (no caso de combustível líquido). Também no caso de uma vela, cujo combustível é sólido (parafina) o que se queima é um gás produzido devido ao aquecimento da parafina.
A tabela da wikipedia que mencionei acima apresenta também os pontos de fulgor (PF) e de auto-ignição (AI) dos materiais. Vemos que para a gasolina o PF é -40°C e portanto ela queima muito bem à temperatura ambiente, e funciona bem para partidas a frio de motores mesmo no inverno. O PF do álcool é 12,8°C e por isso há problemas com partidas em tempo frio. Como disse acima, o PF do diesel é de 62°C e ele não queima à temperatura ambiente de verão! No entanto a AI do diesel é menor que ada gasolina ou álcool , e por isso o motor diesel pode funcionar sem velas de ignição. A ignição da mistura ar -diesel se dá simplesmente pela calor gerado pela compressão da mistura dentro do cilindro do motor. No caso do motor a gasolina, cuja ignição ocorre por velas de ignição, é necessário que a AI seja alta para que não ocorra ignição antes do tempo, o que causa sérios prejuízos ao motor.
Vídeo - explosão de acetileno
Neste vídeo o acetileno é produzido a partir de uma mistura de carbureto e água e depois queimado dentro de uma lata.