Le sostanze utilizzate nei sistemi di estinzione

Le sostanze utilizzate nei
sistemi di estinzione
Prof. Ing. Barbara Mazzarotta
Dip. Ing. Chimica, Materiali e Ambiente
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Le sostanze estinguenti hanno il compito di
contrastare le reazioni di combustione
–
combustibile + comburente (ossigeno)


la reazione procede attraverso la formazione di specie
chimiche molto reattive (radicali liberi).
Le reazioni di combustione sono esotermiche
–
sviluppano calore
La fase di formazione dei radicali è endotermica
–
richiede che al sistema sia fornita energia


inizialmente attraverso un innesco
successivamente, attraverso il calore generato dalla reazione
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Le condizioni che devono essere tutte soddisfatte
contemporaneamente perché si abbia una
combustione sono:
(1) presenza di combustibile
(2) presenza di un comburente

combustibile e comburente devono essere tra loro in
proporzioni adeguate
(3) un apporto di calore
(4) che la “catena” delle reazioni di formazione dei
radicali non si interrompa
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Meccanismi di azione degli estinguenti:
–
–
–
–

Riduzione dell’apporto di combustibile
Riduzione dell’apporto di comburente
Riduzione dell’apporto energetico
Interruzione della catena di reazione
I vari estinguenti possono agire secondo uno o più
di questi meccanismi in funzione di:
–
–
–
caratteristiche chimico-fisiche
stato fisico
modalità di erogazione
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Riduzione dell’apporto di combustibile
–
–
–
–
–
riduzione del flusso di combustibile liquido o gassoso
rimozione del combustibile solido dal percorso del fuoco
raffreddamento del combustibile solido o liquido
altobollente
diluizione del combustibile liquido per miscelazione con
un altro liquido
“soffocamento”, ricoprendo il combustibile con uno
strato di gas inerte, di schiuma, o di liquido più leggero.
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Riduzione dell’apporto di comburente
–
Per sostenere la combustione, la concentrazione del
combustibile in aria, in cui l’ossigeno è il 21%, deve
ricadere nell’intervallo di infiammabilità

–
La riduzione del tenore di ossigeno si può ottenere


–
riducendo la concentrazione di ossigeno si porta la miscela al
di fuori delle condizioni di infiammabilità.
introducendo in un ambiente, chiuso, un gas inerte
per “soffocamento”, ossia limitando, o impedendo, il contatto
tra combustibile e aria.
È inefficace per i combustibili auto-ossidanti

contengono ossigeno all’interno della propria molecola
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Riduzione dell’apporto energetico
–
Raffreddando la fiamma si riduce l’energia disponibile
per la reazione di formazione dei radicali

–
si riduce la velocità con cui procede la reazione di combustione
Il metodo di raffreddamento più efficace è quello di
utilizzare un liquido che abbia


elevata capacità termica
soprattutto, elevato calore di vaporizzazione
– il liquido vaporizza per l’elevata temperatura della
fiamma.
Generalità sulla combustione e
sui meccanismi di estinzione

Interruzione della catena di reazione
–
–
–
L’agente estinguente realizza una inibizione chimica
della fiamma liberando delle sostanze in grado di
reagire preferenzialmente con i radicali su cui si basa la
reazione di combustione
La concentrazione di radicali disponibili per il
mantenimento della combustione si riduce o si annulla
La reazione rallenta o si arresta
Tipologie di incendi e
di sostanze estinguenti

Gli incendi sono classificati in base alle
caratteristiche del combustibile coinvolto :
–
–
–
–
–
classe A
classe B
classe C
classe D
classe E
incendi di materiali solidi;
incendi di liquidi infiammabili;
incendi di gas infiammabili;
incendi di metalli combustibili
incendi connessi ad apparecchiature e
impianti elettrici.
Tipologie di incendi e
di sostanze estinguenti

Le sostanze estinguenti possono essere classificate
come segue:
–
–
–
–
–
–
acqua
schiume
gas inerti
polveri
fluidi che interferiscono con la reazione di
combustione
aerosol
Tipologie di incendi e
di sostanze estinguenti

Non tutte le sostanze estinguenti possono essere
utilizzate per tutte le tipologie di incendi:
–
va evitato l’uso di estinguenti incompatibili

–
ad esempio, acqua, per incendi di quadri elettrici
la scelta va indirizzata in base a

natura e caratteristiche dei prodotti combustibili

caratteristiche degli ambienti da proteggere
Acqua

Meccanismi di azione
–
riduzione apporto energetico

–
riduzione apporto comburente

–
la vaporizzazione di 1 kg di acqua asporta 540 kcal
1 litro di acqua forma 1.7 m3 di vapore d’acqua inerte
riduzione apporto comburente



raffredda il combustibile (solido o liquido alto bolente)
può diluire il combustibile liquido (se miscibile)
può soffocare il combustibile liquido (se immiscibile e più
leggera)
– può creare problemi se è immiscibile e più pesante del
combustibile liquido
Acqua

Impiego
–
–
incendi di classe A e B (solidi e liquidi)
idranti e impianti sprinklers con getti di varia potenza


water mist: goccioline finissime
Incompatibilità
–
–
apparecchiature elettriche in tensione;
sostanze che reagiscono in modo violento con l’acqua

–
–
metalli alcalini, carburi, composti metallorganici e idruri,
magnesio, zinco e alluminio a alta T, metalli fusi;
sostanze che reagiscono con l’acqua originando
composti tossici o corrosivi
oggetti che si danneggiano a contatto con l’acqua
Schiume


Sono formate a partire da soluzioni di
schiumogeni (3-6%) in acqua
Meccanismi di azione
–
inizialmente, soffocamento

–
successivamente, raffreddamento


la schiuma forma un velo sulla superficie del combustibile
l’acqua scola dalla schiuma e raffredda il combustibile
Classificazione
–
–
–
bassa espansione: 1:5-1:20
media espansione: 1:20-1:200
alta espansione: 1:200-1:1000
Schiume

Tipologie
–
–
chimiche: si forma CO2 che espelle la schiuma
meccaniche: aerate meccanicamente


Impiego
–
–
incendi di classe A e B (solidi e liquidi)
sistemi fissi e mobili in getti a bassa potenza



a base di agenti proteici, fluoro-proteinici, sintetici, fluorosintetici, resistenti agli alcoli
a bassa e media espansione: soprattutto all’aperto
ad alta espansione: soprattutto al chiuso
Incompatibilità
–
le stesse dell’acqua
Gas inerti

Azoto (N2), anidride carbonica (CO2), argon (Ar),
vapore d’acqua e miscele commerciali
–
–

Argonite (50% N2 - 50% Ar)
Inergen (52% N2 - 40% Ar - 8% CO2)
Meccanismi di azione
–
riduzione dell’apporto del comburente


–
l’ossigeno viene diluito dall’inerte fino a portarsi al di sotto
della concentrazione necessaria a mantenere la combustione
sono più efficaci in ambienti chiusi o con scarsa ventilazione
utilizzando CO2 c’è un effetto di raffreddamento

la temperatura si porta a -79°C e si forma anidride carbonica
solida (ghiaccio secco)
Gas inerti

Il quantitativo necessario dipende dalle
caratteristiche di gas inerte e combustibile
Combustibile
Acetone
Alcool etilico
Benzene
Benzina
Idrogeno
Metano
Propano
Azoto
(% in volume)
45.2
49.6
47.1
45.2
76.4
42.8
45.6
Anidride carbonica
(% in volume)
32.4
38.5
34.3
31.9
72.1
31.0
32.4
Gas inerti

Impiego
–
–

soprattutto su incendi di classe B e C (liquidi e gas) e su
incendi di classe E (apparecchi elettrici in tensione)
sistemi fissi ed estintori portatili (anidride carbonica)
Incompatibilità
–
–
praticamente nessuna per estinguenti gassosi
per l’anidride carbonica



oggetti che non resistono a brusche variazioni di
temperatura e a temperature molto basse;
presenza di metalli alcalini e idruri metallici;
incendi di prodotti che contengano direttamente nella loro
molecola ossigeno sufficiente a mantenere la combustione.
Polveri

Tipologie
–
polveri chimiche (standard o polveri B-C)

–
polveri polivalenti (multiuso o polveri A-B-C)

–
costituite da sali di ammonio (in prevalenza fosfati e solfati).
polveri inerti: (polveri D)


costituite essenzialmente da bicarbonato di sodio e di potassio.
costituite da prodotti inerti, come grafite e allumina.
Meccanismi di azione
–
–
inibizione chimica della combustione
soffocamento

si decompongono generando prodotti che interferiscono con la
reazione di combustione e inerti
Polveri

Requisiti
–
elevata superficie specifica

–
buona fluidità e una certa idrorepellenza


per evitarne l’impaccamento.
Impiego
–
incendi di classe E (apparecchiature elettriche)

–

l’inibizione chimica si esplica per adsorbimento delle specie
radicaliche sulla superficie del solido;
in funzione del tipo di polvere, incendi di classe A, B, C e D
prevalentemente in estintori mobili
Incompatibilità
–
oggetti delicati in cui la polvere possa penetrare
Fluidi che interferiscono con la
reazione di combustione

Meccanismi di azione
–
–
–

terminazione della reazione a catena di combustione;
soffocamento;
nel caso di liquidi, che vaporizzano alla temperatura
dell’incendio, anche un certo raffreddamento.
Tipologie
–
halons (halogenated hydrocarbons)

–
CFC clorofluorocarburi: vietati
clean agent halocarbons




HCFC idroclorofluorocarburi: vietati a partite dal 2015
HFC idrofluorocarburi
FC fluorocarburi
FK fluorochetoni
Fluidi che interferiscono con la
reazione di combustione

Alcuni clean agent halocarbons
Prodotto
Nome commerciale Nome chimico
Formula chimica
CF3I
triodide
Trifluoroiodiometano CF3Cl
FC-3-1-10
CEA 308
Perfluoropropano
CF3CF2CF3
FC-2-1-8
CEA 410
Perfluorobutano
C4F10
FK-5-1-12
Novec
Esafluorochetone
CF3CF2COCF(CF3)2
HCFC-124
FE-241
Clorotetrafluoroetano CHClFCF3
HFC-125
FE-25
Pentafluoroetano
CHF2CF3
HFC-227ea
FM-200
Eptafluoroetano
CF3CHFCF3
HFC-23
FE-13
Trifluorometano
CHF3
HFC-236fa
FE-36
Esafluoropropano
CF3CH2CF3
Fluidi che interferiscono con la
reazione di combustione

Impiego
–
su tutti incendi, in particolare quelli di classe B ed E, in
ambienti chiusi o con poca ventilazione;


–

non lasciano residui e non provocano brusco raffreddamento;
non causano riduzione del livello di ossigeno nell’ambiente.
per lo più allo stato di gas liquefatto in bombole a
pressione munite di gas propellente per la scarica.
Incompatibilità:
–
–
–
prodotti che contengano nella molecola ossigeno
sufficiente a mantenere la combustione;
materiali ossidanti o soggetti a decomposizione termica;
presenza di metalli o idruri reattivi.
Aerosol


Miscele di gas inerti e sali di metalli alcalini
Meccanismi di azione
–
interferenza con la reazione di combustione per
inibizione chimica sulla superficie del solido;

–
il solido è (circa il 40% in massa dell’aerosol) è in forma di
particelle finissime che offrono una notevole superficie.
soffocamento da parte del gas inerte

azoto, anidride carbonica o vapore d’acqua.
Aerosol

Impiego
–

tutti gli incendi, tranne quelli di classe D (metalli
combustibili).
Incompatibilità
–
–
–
–
metalli reattivi, come magnesio o alluminio;
sostanze piroforiche, quali il fosforo bianco e composti
metallorganici;
prodotti ossidanti, come clorato o nitrato di sodio;
prodotti che contengano nella molecola ossigeno
sufficiente alla combustione.
Conclusioni

Nella scelta di una sostanza estinguente occorre
tenere ben presenti
–
–

le caratteristiche dei beni da proteggere;
la tipologia di ambiente in cui essi si trovano.
In ambito museale
–
i beni da proteggere possono essere danneggiati da

–
le dimensioni e le caratteristiche degli ambienti

–
agenti estinguenti a base d’acqua, polveri e shock termici;
possono rendere poco efficace l’utilizzo di gas inerti.
Sembrano più adatti i fluidi inibitori della combustione
Conclusioni

Occorre verificare sempre attentamente la loro
compatibilità con i manufatti da proteggere
–

contengono fluoro e cloro
Soluzioni alternative
–
–
impiego di aerosol
sistemi di protezione fissa basati su sprinklers

Per minimizzare i danni da bagnamento si può ricorrere alla
tecnica water mist, con goccioline finissime che vaporizzano
molto rapidamente