Física > Calorimetria >Química e física nos ataques de 9/11

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uma aplicação dos conceitos de calor específico entalpia, queda livre e outros...

Qual a diferença entre calor e temperatura?

INTRO

A vantagem de possuir um conhecimento básico de ciências é poder entender os temas que afetam profundamente nossas vidas, como por exemplo transgênicos, agrotóxicos, aquecimento global, energia nuclear e medicina nuclear, drogas e medicamentos, terapia genética, exploração espacial, poluição em geral , tratamentos para câncer e outras doenças, vírus, etc…

Mostrarei aqui algumas contas simples e rápidas, empregando apenas conteúdos de ciências a nível escolar, para analisar o que aconteceu durante o colapso das 3 maiores torres do WTC: WTC 1, WTC 2 e WTC 7 (esta última sem o uso de aviões).

Veja também: cinemática: cálculos da velocidade de colapso das torres>>

CALORIMETRIA:

Como as colunas de aço foram destruídas?

As torres WTC 1 e 2 possuíam cada uma 106 colunas de aço com uma massa de aproximadamente 200 mil toneladas . A massa total de cada torre era de cerca de 500 mil toneladas, sendo as 300 mil toneladas restantes devido ao concreto, basicamente.

Muita gente acredita que as 106 colunas de aço falharam, todas ao mesmo tempo e em toda sua extensão, devido ao derretimento em consequência da queima do combustível nos tanque dos aviões. Esta hipótese deve ser descartada de cara porque o ponto de fusão (temperatura na qual um material derrete) do aço é de aproximadamente 1500 °C enquanto a temperatura da chama proveniente de queima de combustível de aviação não excede 1000 °C. Isso é admitido até mesmo pelos investigadores oficiais do desastre, o NIST – Nacional Institute of Standards and technology.

De todas formas, um simples cálculo pode também eliminar esta hipótese: a energia calorífica de um tanque de combustível de avião, completamente queimado com máxima eficiência ,não é suficiente para derreter todas as colunas do edifício. É necessário que as colunas tenham sido afetadas em todos os seus comprimentos, pois pôde-se notar nos vídeos que a parte inferior do prédio não ofereceu resistência ao colapso, que ocorreu quase como uma queda livre (cálculo e mais detalhes abaixo).

Segundo o NIST (no mesmo link acima), o colapso ocorreu porque as colunas de aço foram aquecidas à temperatura de 1000 °C apenas, e portanto muito aquém do ponto de fusão que era de 1500 °C. Ou seja, que na temperatura de 1000 °C as colunas “amoleceram” causando a destruição que vimos.

De todas formas, um amolecimento de colunas não seria suficiente para causar uma queda livre como foi observado.

Agora resta calcular se a energia calorífica de um tanque de combustível de avião é suficiente para aquecer as colunas inteiras até esta temperatura de amolecimento.

Calcularei o aquecimento até 700 °C apenas.

CÁLCULOS (planilha abaixo)

1) Calor necessário para aquecer as colunas a 700 °C

usamos a fórmula que relaciona temperatura (T) e energia térmica (Q) : Q = m c ΔT (revisar teoria)

A energia necessária (Q) para elevar a temperatura das colunas a 700°C é obtida pela multiplicação dos 3 fatores relevantes: a massa (m) que é de 200 mil toneladas ou 200 milhões de kg, o aumento de temperatura (ΔT) desejado que é 680 (considerando-se que elas se encontravam a 20 °C) e um valor conhecido como calor específico do material (c) , que possui um valor diferente para cada material e é mais baixo para materiais que se aquecem com facilidade, como por exemplo o alumínio que é muito útil em panelas por este mesmo motivo.Não pude encontrar o calor específico do aço, mas sim o do ferro (principal consituinte do aço) : 450 J/ kg C, ou seja, 450 J (joule é a unidade de medida de energia) são necessários para aumentar de 1 °C uma massa de 1 kg de ferro. Usando a fórmula temos o resultado : 6,12 *10¹³ J (quer dizer 6,12 seguido de 13 zeros).

2) Energia da queima do tanque de combustível

Agora resta calcular quanta energia calorífica pode ser produzida na queima de 1 tanque inteiro de combustível de aviação. Um boeing 767 tem capacidade para carregar 90 mil litros de combustível. Considerando-se, por exemplo, o combustível “BP Avgas 80 “, temos uma densidade de 690 kg/l e uma entalpia de combustão de 44,65 MJ por kg (Wikipedia).

Multiplicando-se o volume de combustível pela densidade vemos que os 90 mil litros de combustível BP Avgas 80 pesam 62100 kg. Como cada kg queimado libera 44,65 MJ de energia, a energia do tanque cheio é de 2,79 *10¹² J (2,79 seguido de 12 zeros).

Conclusão: A energia calorífica liberada pela queima de um tanque completo de combustível (Boeing 767) é de 2,79 *10¹² J e a energia necessária para aquecer as colunas do WTC até 700 °C é de 6,12 *10¹³ .

Portanto não seria possível o aquecimento das colunas a 700°C, nem muito menos até 1000°C para que haja o amolecimento, e nem muito menos a 1500°C para causar o derretimento das colunas.

Além do mais uma boa parte do combustível já teria sido consumido na decolagem.

Em realidade, o aquecimento das colunas ainda seria dificultado pelos seguintes fatores:

-Proteção térmica das colunas

As colunas de aço do WTC possuíam uma proteção contra incêndio mas segundo o NIST esta foi destruída pelo impacto, permitindo que as torres se aquecessem rapidamente.

- A eficiência da queima

Para queimar combustível de aviação de forma altamente eficiente ( e liberar esta quantidade de energia que calculamos), um motor a jato consome muito ar (oxigênio, em particular). Numa decolagem, por exemplo, 1,2 toneladas de ar entram no motor a cada segundo. Certamente esse fluxo de ar é impossível dentro de um edifico, onde o único fluxo de ar é devido a janelas quebradas. Portanto a energia liberada por kg de combustível consumido dentro do WTC é muito menor que esta que usamos para fazer essas contas. A fumaça negra era evidência da queima incompleta de combustível (já que trata-se de um hidrocarboneto e portanto pode liberar carbono na forma negra,como carvão que é uma substância sólida de carbono, quando este não pode ser totalmente oxidado-ou queimado). O mesmo observa-se nos escapes de caminhões com motores desregulados, onde também há desperdício de combustível.

-A eficiência da transmissão de calor da chama para as colunas

Um forno doméstico, a gás, possui uma eficiência de apenas 6%, ou seja, que de toda a energia calorífica liberada pela queima do gás, apenas 6% servem para aquecer o alimento no interior do mesmo.

Considerendo-se o WTC como um forno, com uma chama próxima aotopo, qual seria a eficiência deste para aquecer colunas ao longo de todo o edifício? Certamente não seria 100%.

E finalmente,

-O fogo por si só não poderia causar os 3 colapsos (WTC 7 não foi nem mesmo atingido por um avião).

-A semelhança destes com demolições controladas sugere o uso de explosivos.

-Pesquisadores de universidade americanas e européias detectaram traços de explosivos nas ruínas.

Planilha de cálculos (baixar a planilha)

Glossário da planilha:

fuel - combustível

full tank - tanque cheio

heat - calor

steel - aço

needed - necessário

columns - colunas