GAS di combustione
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Corso base di specializzazione di prevenzione incendi MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO Generalità sulla combustione e sostanze pericolose Sostanze estinguenti TEST DI VERIFICA APPRENDIMENTO 1 MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO • 2 PRIMA PARTE - FISICA E CHIMICA DELL'INCENDIO PRINCIPI DELLA COMBUSTIONE E CARATTERISTICHE DELLE SOSTANZE PERICOLOSE IN RELAZIONE ALLE FONTI D’INNESCO – Vengono analizzati, puntualmente, tutti i parametri, gli elementi coinvolti nell'innesco e nella propagazione dell'incendio (combustione, prodotti e reagenti, reazione di combustione, fonti di innesco ed energia di attivazione, campo di infiammabilità, temperatura di infiammabilità, temperatura di accensione, temperatura di combustione, prodotti della combustione, curva tempo-temperatura, sostanze pericolose combustibili ed infiammabili (caratteristiche e classificazione), esplosioni di miscele infiammabili di gas, vapori e polveri). Ing. Cristiano Cusin 2 MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO 3 • SECONDA PARTE – SOSTANZE ESTINGUENTI • Partendo dalla classificazione dei fuochi vengono descritti i meccanismi che influenzano l'estinzione dell'incendio e illustrate le peculiarità delle sostanze estinguenti (acqua, acqua frazionata/nebulizzata, schiume, polveri, gas inerti) effettuando le necessarie comparazioni fra le varie sostanze estinguenti. Completano l'argomento alcuni cenni sui nuovi prodotti e sulle procedure per la loro omologazione o approvazione ai fini antincendio. • TEST VERIFICA APPRENDIMENTO Ing. Cristiano Cusin 3 …. doverosa precisazione … Il presente elaborato è stato pensato solo per il supporto alla lezione dell’Autore e quindi non altro valore che per “memoria” per i discenti presenti alla lezione. …. ciò che è riportato non potrà essere usato contro di me …. Ing. Cristiano Cusin 4 non è solo farina del mio sacco! ma anche contributi di ….. • Ing. Dino Poggiali VV.F.-Pesaro • Ing. Alessandra Bascià VV.F.-Venezia • Comando VVF Milano …… e tanti - tanti altri Ing. Cristiano Cusin 5 … in una parola su che cosa si basa il mio lavoro ? Comando VF Ferrara Ing. C. CUSIN 6 Comando VF Ferrara Ing. C. CUSIN 7 L’incendio L’incendio è un fuoco con caratteristiche tali da rendere deducibile, in via normale ed alla stregua di norme d'esperienza, il pericolo per l'incolumità pubblica per proporzione, violenza, possibilità di sviluppo o difficoltà di spegnimento. INCENDIO ---- FUOCO NON CONTROLLATO Ing. Cristiano Cusin 8 La combustione Il FUOCO è una reazione chimica veloce nella quale una sostanza combustibile (“sostanza ossidabile”) reagisce con una sostanza comburente (“sostanza ossidante”) liberando energia INCENDIO – FUOCO N.C. – REAZIONE CHIMICA Ing. Cristiano Cusin 9 Parole chiave • Sostanze (combustibile, comburente) • Reazione chimica Ing. Cristiano Cusin 10 Una sostanza Ing. Cristiano Cusin 11 Molecola d’acqua Ing. Cristiano Cusin 12 Molecole Ing. Cristiano Cusin 13 Gli atomi • Sono gli elementi fondamentali della materia • Tutta la materia, quindi, è costituita da atomi legati tra loro che formano molecole Ing. Cristiano Cusin 14 Gli atomi • Gli atomi sono le più piccole particelle di cui è formata la materia • Esistono in natura 92 atomi diversi, ognuno di questi appartiene ad un elemento chimico diverso Ing. Cristiano Cusin 15 Atomi Ing. Cristiano Cusin 16 Atomo Ing. Cristiano Cusin 17 Livelli energetici degli elettroni • Gli elettroni occupano dei ben precisi livelli energetici nell’atomo • Quindi un elettrone può aver solo determinati valori energetici che corrispondono a determinati orbitali Ing. Cristiano Cusin 18 Sistema periodico degli elementi Ing. Cristiano Cusin 19 Sistema periodico degli elementi • gli elementi vengono scritti in ordine crescente di numero atomico in righe orizzontali o periodi e andando a capo dopo il completamento dell’ultimo livello • vengono raggruppati insieme gli elementi che hanno lo stesso numero di elettroni sull'ultima orbita Ing. Cristiano Cusin 20 Sistema periodico degli elementi Ing. Cristiano Cusin 21 Sistema periodico degli elementi le proprietà chimiche dell'elemento dipendono dal numero e dalla posizione degli elettroni di valenza, (nella maggior parte dei casi quelli del livello più esterno) Ing. Cristiano Cusin 22 Gli atomi tendono infatti a completare il loro livello energetico esterno riempiendolo con il massimo numero di elettroni che può contenere Ing. Cristiano Cusin 23 Atomi 1 protone 6 protoni Ing. Cristiano Cusin 24 • Gli orbitali sono quindi dei livelli energetici che gli elettroni possono assumere • L’idrogeno ha un elettrone nel primo orbitale che è completo con 2 Ing. Cristiano Cusin 25 •Ecco in parte spiegato perché la molecola di idrogeno è formata da due atomi • Perché gli elettroni vengono condivisi e vanno a completare l’orbitale Ing. Cristiano Cusin 26 • L’ossigeno ha 6 elettroni nell’orbitale più esterno che è completo con 8 elettroni •Questo elemento tenderà ad attrarre 2 elettroni per raggiungere una configurazione energetica più stabile, detta ottetto Ing. Cristiano Cusin 27 Il metano Il carbonio attrae i 4 elettroni dell’idrogeno formando 4 legami che permettono di raggiungere l‘ottetto Ing. Cristiano Cusin 28 Gli ioni • Gli atomi o le molecole sono generalmente neutri, cioè con uguale numero di protoni ed elettroni • In determinate circostanze possono assumere un potenziale elettrico positivo o negativo Ing. Cristiano Cusin 29 IONE POSITIVO Difetto di elettroni IONE NEGATIVO Eccesso di elettroni Ing. Cristiano Cusin 30 Esempio di ione Perdendo un elettrone l’atomo di idrogeno diventa uno ione positivo H + Ing. Cristiano Cusin 31 Le reazioni chimiche La combustione Ing. Cristiano Cusin 32 Le reazioni chimiche • Gli atomi di molti elementi presenti in natura tendono ad interagire fra loro •Queste interazioni avvengono se il livello energetico più esterno cioè l’orbitale più esterno è riempito solo parzialmente Ing. Cristiano Cusin 33 Le reazioni chimiche • Sono quindi gli elettroni situati sul livello energetico esterno che, interagendo fra loro, danno origine ai legami • L’elettronegatività indica la misura con la quale un atomo esercita la sua influenza attrattiva sugli elettroni di altri atomi. Ing. Cristiano Cusin 34 Le reazioni chimiche • L'elettronegatività è bassa fra atomi che hanno pochi elettroni nel livello esterno, particolarmente in quelli che ne hanno uno solo, • mentre è alta negli atomi che hanno 6 o 7 elettroni e sono perciò vicini a completare l'ottetto. Ing. Cristiano Cusin 35 Interazione a) Sodio poco elettronegativo b) Cloro molto elettronegativo I due elementi reagendo formano due ioni con l’ultimo livello energetico completo Ing. Cristiano Cusin 36 Le reazioni chimiche • comportano solitamente la rottura di alcuni legami nei reagenti e la formazione di nuovi legami, che andranno appunto a caratterizzare i prodotti Ing. Cristiano Cusin 37 Le reazioni chimiche energia prodotti reagenti Ing. Cristiano Cusin 38 Le reazioni chimiche • Una reazione chimica che produce calore è detta esotermica • Una reazione chimica che assorbe calore è detta endotermica Ing. Cristiano Cusin 39 L'energia di attivazione (a) è la barriera che si deve superare per poter liberare l'energia di reazione. Un catalizzatore (b) abbassa l'energia di attivazione, mentre un inibitore (c) l'aumenta Ing. Cristiano Cusin 40 La combustione reazione chimica nella quale un combustibile (“sostanza ossidabile” propensa a perdere elettroni) reagisce con un comburente (“sostanza ossidante” propensa a ricevere elettroni) liberando energia, in genere sotto forma di calore Ing. Cristiano Cusin 41 La combustione Comburente elettronegativo attrae gli elettroni (si riduce) Combustibile li perde ( si ossida) Ing. Cristiano Cusin 42 Esempio di combustione Energia di attivazione 2H2 Due molecole di Idrogeno 2x2= 4 grammi + Calore O2 246x2= 492 kJ 2(H2O) Una molecola di ossigeno 32 grammi Due molecole di acqua 2x18= 36 grammi Ing. Cristiano Cusin 43 Esempio di combustione Energia di attivazione C Una molecola di carbonio 12 grammi + Calore O2 395 kJ CO2 Una molecola di ossigeno 32 grammi Una molecola di CO2 44 grammi Ing. Cristiano Cusin 44 La combustione è una reazione esotermica, che libera calore perché i reagenti possiedono più energia dei prodotti di reazione Ing. Cristiano Cusin 45 ? E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione? Ing. Cristiano Cusin 46 E’ necessario che le molecole del combustibile e del comburente urtino fra loro con sufficiente energia Maggiore è energia cinetica, maggiore è il valore della temperatura e della pressione Ing. Cristiano Cusin 47 E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione? ENERGIA ATTIVAZIONE Ing. Cristiano Cusin 48 TRIANGOLO DEL FUOCO CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI VERIFICHI LA COMBUSTIONE SONO: 1. PRESENZA COMBUSTIBILE 2. PRESENZA COMBURENTE 3. PRESENZA ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco) INNESCO Ing. Cristiano Cusin 49 E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione? ENERGIA ATTIVAZIONE ed una volta innescata la reazione cosa serve per mantenerla? Ing. Cristiano Cusin 50 NON SI DISPERDI Ing. Cristiano Cusin 51 • Quindi maggiore è la temperatura e la pressione, maggiore sarà la percentuale di molecole che urtando tra loro con sufficiente energia cinetica produrranno la reazione • Un maggiore concentrazione dei reagenti determinerà una maggiore quantità di urti nell’unità di tempo ENERGIA NON SI DISPERDE si mantiene velocità di combustione Ing. Cristiano Cusin 52 Ing. Cristiano Cusin 53 Ing. Cristiano Cusin 54 La velocità di combustione Questa dipende da: • • • • • temperatura pressione miscelazione e concentrazione dei reagenti catalizzatori ….. ambiente ……. Ing. Cristiano Cusin 55 E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione? ENERGIA ATTIVAZIONE ed una volta innescata la reazione cosa serve per mantenerla? TEMPERATURA (pressione/velocità combustione) Ing. Cristiano Cusin 56 La combustione: generalità Ea + H2 → H* + H* H* + O2 Ea + O2 → *O* + *O* H2O + Er *OH + H2 H* + O2 *O* + H2 H* + O2 *O* + H2 *OH + H2 *O* *OH *OH H* H2O + Er H* *O* *OH La combustione: generalità Ea + H2 → H* + H* H* + O2 Ea + O2 → *O* + *O* *O* *OH H2O + Er *OH + H2 H* + O2 *O* + H2 H* + O2 *O* + H2 *OH + H2 *O* *OH *OH H* H2O + Er H* Ioni e Radicali liberi H* + O2 Ea + O2 → *O* + *O* SERVE MOLTA ENERGIA *O* *OH SERVE MENO ENERGIA AUTOCATALISI La presenza di catalizzatori determina un abbassamento della energia di attivazione. Ing. Cristiano Cusin 59 La combustione: generalità Ea + H2 → H* + H* H* + O2 Ea + O2 → *O* + *O* *O* *OH H2O + Er *OH + H2 H* + O2 *O* + H2 H* + O2 *O* + H2 *OH + H2 *O* *OH *OH H* H2O + Er H* Ioni e Radicali liberi E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione? ENERGIA ATTIVAZIONE ed una volta innescata la reazione cosa serve per mantenerla? TEMPERATURA (pressione/velocità combustione) AUTOCATALISI Ing. Cristiano Cusin 61 Propagazione della combustione • • • • Il propagarsi di un incendio e più in particolare di una fiamma richiede la presenza contemporanea di tre requisiti fondamentali: combustibile comburente temperatura autocatalisi Ing. Cristiano Cusin 62 QUADRILATERO DEL FUOCO CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI SONO: MANTENGA LA COMBUSTIONE 1. PRESENZA COMBUSTIBILE 2. PRESENZA COMBURENTE 3. PRESENZA TEMPERATURA 4. PRESENZA RADICALI LIBERI (autocatalisi) Ing. Cristiano Cusin 63 TRIANGOLO DEL FUOCO CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI VERIFICHI LA COMBUSTIONE SONO: 1. PRESENZA COMBUSTIBILE 2. PRESENZA COMBURENTE 3. PRESENZA ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco) INNESCO Ing. Cristiano Cusin 64 Energia di accensione • L'energia di accensione deve consentire che almeno una parte della miscela si porti alla temperatura di autoaccensione. • Il valore dell’energia richiesta dipende, quindi, dalla concentrazione combustibile – comburente. • L'energia di accensione è minima alla concentrazione stechiometrica. Ing. Cristiano Cusin 65 Energia di accensione • Alcuni valori: Acetilene 0.02 mJ Carbone 60 “ Idrogeno 0.02 “ Metano 0.2 “ Ossido di etilene 0.087 “ Polipropilene 30 “ Propano 0.3 “ Propilene 0.282 “ Zolfo 15 “ Ing. Cristiano Cusin 66 Energia di accensione • Es. di fonti di ignizione: - fiamme, calore diretto, superfici calde; - saldature e taglio alla fiamma; - scintille di origine meccanica; - energia chimica; - surriscaldamento; - elettricità statica; - archi elettrici Ing. Cristiano Cusin 67 Classificazione degli inneschi Cause di Innesco Cause Intrinseche Termiche Meccaniche Fiamme libere Attrito Reazioni chimiche esotermiche Surriscaldamento Cause Estrinseche Elettriche Apparecchiature Termiche Conduzione Elettriche Scariche atmosferiche Convezione Faville Irraggiamento Autocombustione Ing. Cusin Cristiano 68 ACCENSIONE DIRETTA • FIAMMA, SCINTILLA, CORPO INCANDESCENTE IN CONTATTO CON MATERIALE COMBUSTIBILE ESEMPI: OPERAZIONI DI TAGLIO E SALDATURA FIAMMIFERI, MOZZICONI, LAMPADE E RESISTENZE ELETTRICHE SCARICHE ELETTROSTATICHE Ing. Cusin Cristiano 69 ACCENSIONE INDIRETTA • AVVIENE PER EFFETTO DELLA PROPAGAZIONE DEL CALORE STRUTTURE CHE CONDUCONO IL CALORE ESEMPI: PASSAGGIO DI FUMI ATTRAVERSO VANI SCALA EFFETTO DELL’IRRAGGIAMENTO Ing. Cusin Cristiano 70 CAUSE D’INCENDIO PIÙ COMUNI • UTILIZZO NON CORRETTO DI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO PORTATILI O DI ALTRE FONTI DI CALORE OSTRUZIONE DELLA VENTILAZIONE DI APPARECCHI DI RISCALDAMENTO, MACCHINARI O DI APPARECCHIATURE ELETTRICHE E DI UFFICIO FUMARE IN AREE OVE E’ PROIBITO, NON USARE IL PORTACENERE NEGLIGENZE DI APPALTATORI O DI ADDETTI ALLA MANUTENZIONE Ing. Cusin Cristiano 71 Altre CAUSE D’INCENDIO INADEGUATA PULIZIA DELLE AREE DI LAVORO IMPIANTI ELETTRICI O UTILIZZATORI DIFETTOSI SCARSA MANUTENZIONE DELLE APPARECCHIATURE APPARECCHIATURE ELETTRICHE LASCIATE SOTTO TENSIONE ANCHE QUANDO INUTILIZZATE Ing. Cusin Cristiano 72 I comburenti • Sono le sostanze che provocano l’ossidazione (si riducono). • Nella maggior parte dei casi, l’Ossigeno dell’aria, ma anche: Nitriti e Nitrati (NOx), Cloro, Fluoro, Ozono, Ossidi, Perossidi, Permanganati… • Alcuni sono instabili: la reazione può essere violenta. Ing. Cristiano Cusin 73 I comburenti In alcuni casi, durante la reazione si forma Ossigeno, che a sua volta contribuisce alla combustione. ESPLOSIVI Ing. Cristiano Cusin 74 Domande ? [email protected] Ing. Cristiano Cusin 75 CLASSIFICAZIONE DEI FUOCHI Norma EN 2 Ing. Cristiano Cusin 76 LA COMBUSTIONE degli oli e grassi vegetali Classe F: fuochi da oli e grassi vegetali o animali. La recente norma EN2 del 2005 ha portato da 4 a 5 le classi di fuoco prese a riferimento per la qualificazione dei mezzi estinguenti aggiungendo la classe "F" che prevede i fuochi che interessano mezzi di cottura (oli e grassi vegetali o animali) in apparecchi di cottura. Ing. Cristiano Cusin 77 Ing. Cristiano Cusin 78 Ing. Cristiano Cusin 79 COSIDDETTO “FUOCO DI CLASSE E” (incendi di apparecchiature elettriche in tensione) •A tale categoria di fuochi si intendono appartenere tutte le apparecchiature elettriche ed i loro sistemi di servizio che, anche nel corso della combustione, potrebbero trovarsi sotto tensione. •La dicitura, anche se non garantita da esplicita norma, fornisce un elemento utile per valutare i limiti di un estintore, anche in riferimento alla tensione dichiarata. La maggior parte delle combustioni avviene in fase gassosa Ing. Cristiano Cusin 81 COMBUSTIONE DI GAS-VAPORI Ing. Cristiano Cusin 82 BASTA QUESTO PER AVERE COMBUSTIONE INNESCO GAS GAS COMBURENTE COMBUSTIBILE VELOCITA’ DI REAZIONE Ing. Cristiano Cusin 83 La velocità di propagazione della combustione varia notevolmente in relazione: •alla natura del gas •al rapporto tra combustibile e comburente •alla temperatura e pressione •alle dimensioni dell’ambiente di combustione Ing. Cristiano Cusin 84 Limite inferiore di infiammabilità • rappresenta la minima concentrazione di combustibile nella miscela ariacombustibile a pressione e temperatura standard, che consente a quest'ultima, se innescata, di reagire dando luogo ad una combustione in grado di propagarsi a tutta la miscela. Ing. Cristiano Cusin 85 Limite superiore di infiammabilità • Il limite superiore di infiammabilità rappresenta la concentrazione massima di combustibile nella miscela ariacombustibile a pressione e temperatura standard che consente a quest'ultima, se innescata, di reagire dando luogo ad una combustione in grado di propagarsi a tutta la miscela Ing. Cristiano Cusin 86 COMBUSTIONE DI GAS-VAPORI CONCENTRAZIONE COMBUSTIBILE IN UN DATO COMBURENTE AD UNA DATA PRESSIONE E TEMPERATURA CAMPO INFIAMMABILITA’ 0% Limite superiore 100 % Limite inferiore Ing. Cristiano Cusin 87 I valori dei limiti di infiammabilità sono diversi a seconda del combustibile e condizioni (PRESSIONE E TEMPERATURA) Combustibile Limite Inferiore Limite Superiore Benzina 0,9 7,5 Gas naturale 3 15 Gasolio 1 6 Butano 1,5 8,5 Metano 5 15 * I valori rappresentano le percentuali di combustibile in volume nella miscela combustibile/comburente Ing. Cristiano Cusin 88 Domande! Siamo sicuri, che in una stanza dove la concentrazione di gpl è inferiore al limite di infiammabilità, non si possa manifestare la combustione? E in una dove è superiore? Ing. Cristiano Cusin 89 Attenzione ai gas infiammabili!! PiU’ LEGGERO DELL’ARIA METANO GPL ARIA PIU’ PESANTE DELL’ARIA Ing. Cristiano Cusin 90 Risposta GPL Più pesante dell’aria Sotto il campo di infiammabilità Dentro il campo di infiammabilità Ambiente chiuso Al di sopra del campo di infiammabilità Ing. Cristiano Cusin 91 In alto o in basso? Sostanza Acetilene Acetone Benzina Gasolio Idrogeno Metano Pentano Ossido di etilene Ossido di carbonio Densità di vapore relativa all'aria 0,90 2 3,5 7 0,07 0,55 2,97 1,52 0,97 Ing. Cristiano Cusin 92 CLASSIFICAZIONE DEI GAS INFIAMMABILI In funzione delle loro caratteristiche fisiche GAS LEGGERO Gas avente densità rispetto all’aria 0,8 Un gas leggero quando liberato dal proprio contenitore tende a stratificare verso l’alto. Gas leggeri sono: (idrogeno, metano, etc.) GAS PESANTE Gas avente densità rispetto all’aria 0,8 Un gas pesante quando liberato dal proprio contenitore tende a stratificare ed a permanere nella parte bassa dell’ambiente ovvero a penetrare in cunicoli o aperture praticate a livello del piano di calpestio. Gas pesanti sono: (GPL, acetilene, etc.) Ing. Cristiano Cusin 93 CLASSIFICAZIONE DEI GAS INFIAMMABILI In funzione delle loro modalità di conservazione Gas Gas Gas Gas compressi liquefatti Disciolti criogenici o refrigerati GAS COMPRESSO Sono i gas con temperatura critica(*) < -10 o C Gas che vengono conservati allo stato gassoso ad una pressione superiore a quella atmosferica in appositi recipienti detti bombole o trasportati attraverso tubazioni. Appartengono a questa categoria: Idrogeno (H2) (gas con il maggior campo d’infiammabilità) Metano (CH4) GAS Pressione di stoccaggio (bar) valori indicativi Ossido di carbonio (CO) metano 300 (*) Temperatura critica = temperatura al di sopra della quale i gas non possono essere liquefatti qualunque sia la pressione Ing. Cristiano Cusin idrogeno gas nobili ossigeno aria 250 250 250 250 94 GAS LIQUEFATTI Il vantaggio della conservazione di gas allo stato liquido consiste nella possibilità di detenere grossi quantitativi di prodotto in spazi contenuti, in quanto un litro di gas liquefatto può sviluppare nel passaggio di fase fino a 800 litri di gas. Appartengono a questa categoria: butano propano ammoniaca cloro etilene I contenitori di gas liquefatto debbono garantire una parte del loro volume geometrico sempre libera dal liquido per consentire allo stesso l’equilibrio con la propria fase vapore; pertanto è prescritto un limite massimo di riempimento dei contenitori detto grado di riempimento. Ing. Cristiano Cusin GAS LIQUEFATTO ammoniaca cloro butano propano GPL miscela CO2 Grado di riempimento (kg/dm3) 0,53 1,25 0,51 0,42 0,43-0,47 0,75 95 GAS DISCIOLTI Gas che sono conservati in fase gassosa disciolti entro un liquido ad una determinata pressione Appartengono a questa categoria: acetilene (C2H2) GAS REFRIGERATI Gas che possono essere conservati in fase liquida mediante refrigerazione alla temperatura di equilibrio liquido-vapore con livelli di pressione estremamente modesti, assimilabili alla pressione atmosferica. Ing. Cristiano Cusin 96 COMBUSTIONE DI LIQUIDI Ing. Cristiano Cusin 97 COMBUSTIONE DI LIQUIDI Gasolio Aria (21% O2) T = 20 °C NO COMBURENTE Innesco Ing. Cristiano Cusin 98 COMBUSTIONE DI LIQUIDI Gasolio Aria (21% O2) Innesco T = 20 °C NO COMBUSTIBILE Ing. Cristiano Cusin 99 COMBUSTIONE DI LIQUIDI COME E’ POSSIBILE LA COMBUSTIONE DEI LIQUIDI ? Ing. Cristiano Cusin 100 COMBUSTIONE DI LIQUIDI Gasolio Aria (21% O2) Innesco T = 20 °C MISCELA COMBUSTIBILE COMBURENTE Ing. Cristiano Cusin 101 COMBUSTIONE DI LIQUIDI PERCHE’ NON BRUCIA ? Ing. Cristiano Cusin 102 COMBUSTIONE DI LIQUIDI Devo arricchire la miscela di vapori innalzando la temperatura Miscela sotto il limite inferiore infiammabilità Ing. Cristiano Cusin 103 0 COMBUSTIONE DI LIQUIDI Zona povera di vapori Limite inferiore di infiammabilità Campo di infiammabilità Vapori % Zona satura di vapori Limite superiore di infiammabilità Liquido infiammabile Ing. Cristiano Cusin 104 PUNTO D’INFIAMMABILITA’ La temperatura di infiammabilità è la più bassa temperatura alla quale un combustibile liquido ,a pressione atmosferica, emette vapori sufficienti a formare con l’aria una miscela che, se innescata, brucia Ing. Cristiano Cusin 105 Temperature di infiammabilità Sostanza Temperatura di infiammabilità (°C) Valori indicativi Acetone -18 Benzina -20 Gasolio 65 Alcol etilico 13 Alcool metilico 11 Toluolo 4 Olio lubrificante 149 Ing. Cristiano Cusin 106 Bassi valori della temperatura di infiammabilità indicano una maggiore pericolosità del liquido combustibile: •se la temperatura di infiammabilità è inferiore a 21°C il liquido è di categoria A •se la temperatura di infiammabilità è compresa tra 21°C e 65°C il liquidi è di categoria B •se la temperature di infiammabilità è superiori ai 65°C il liquidi è di categoria C Ing. Cristiano Cusin 107 BENZINA Temperatura atmosferica 24°C PERCHE’ NON HA PRESO FUOCO PERCHE’ SCHIUMA ? 108 PUNTO D’INFIAMMABILITA’ La temperatura di infiammabilità è la più bassa temperatura alla quale un combustibile liquido ,a pressione atmosferica, emette vapori sufficienti a formare con l’aria una miscela che, se innescata, brucia Ing. Cristiano Cusin 109 Temperatura di accensione (o autoaccensione) La temperatura di accensione rappresenta la temperatura minima alla quale un combustibile in presenza di aria, brucia senza necessità di innesco Ing. Cristiano Cusin 110 Sostanza Temperatura di accensione (°C) Valori indicativi Acetone 540 Benzina 250 Gasolio 220 Idrogeno 560 Alcool metilico 455 Carta 230 Legno 220-250 Gomma sintetica 300 Metano 537 Ing. Cristiano Cusin 111 Fattori che influenzano le T. di autoaccensione ed infiammabilità: • Il tenore di ossigeno: un suo aumento abbassa la temperatura di accensione. Ing. Cristiano Cusin 112 Fattori che influenzano le T. di autoaccensione ed infiammabilità: • La temperatura influenza il grado di infiammabilità agendo sulla velocità di reazione, sui limiti di infiammabilità, sulla tensione di vapore, sulla velocità di propagazione della fiamma, ecc. • Solitamente, aumentando la temperatura, la zona di infiammabilità si allarga, attraverso la diminuzione del limite inferiore e, soprattutto, l'aumento del limite superiore. Ing. Cristiano Cusin 113 Fattori che influenzano le T. di autoaccensione ed infiammabilità: • La pressione: un suo incremento corrisponde quasi ad una maggior quantità di ossigeno nel senso che abbassa il valore della temperatura di accensione. L'andamento non è lineare. Ing. Cristiano Cusin 114 COMBUSTIONE DI SOLIDI Ing. Cristiano Cusin 115 COMBUSTIONE DI SOLIDI ? Ing. Cristiano Cusin 116 COMBUSTIONE DI SOLIDI PIROLISI: Fenomeno per il quale una sostanza solida portata ad una determinata temperatura emette vapori infiammabili. Ing. Cristiano Cusin 117 COMBUSTIONE DI SOLIDI I principali fattori che influenzano combustione dei solidi sono: la natura; grado di porosità del materiale pezzatura e forma (rapporto tra il volume e la superficie esterna); contenuto di umidità; Ing. Cristiano Cusin 118 COMBUSTIONE DI SOLIDI Il legno (solido eterogeneo) riscaldamento superficiale, distillazione (pirolisi) delle frazioni liquide combustione delle parti carboniose 119 COMBUSTIONE DI SOLIDI Aria Pirolisi Fiamma Materiale indisturbato Combustione La gomma (solido omogeneo) Avanzamento del fronte di fiamma 120 Anche le polveri bruciano, anzi addirittura spesso esplodono Ing. Cristiano Cusin 121 Combustione di polveri • Il processo è influenzato dalla dimensione, dalla porosità e dalla forma del materiale. • Più è piccola la “pezzatura”, maggiore è la facilità con cui avviene la combustione. • Materiali in polvere, come carbone, segatura, farina, grano, zucchero, cacao, possono addirittura esplodere. Ing. Cristiano Cusin 122 Combustione di polveri Limite inf. (mg/litro) Caffè 85 Carbone 55 Zolfo 35 Legno 20 Cellulosa 30 Polipropilene 20 Zolfo 35 Ing. Cristiano Cusin 123 Autocombustione Materiale combustibile di piccola pezzatura, accumulato in mucchi o cataste in condizioni particolari (in carenza di O2, presenza umidità), può decomporsi, fermentare, producendo vapori infiammabili e calore. La temperatura può aumentare fino oltre la temperatura di autoaccensione ed un improvviso apporto d’aria può dunque “provocare” l’incendio. Ing. Cristiano Cusin 124 I PARAMETRI FISICI DELLA COMBUSTIONE 1.TEMPERATURA DI ACCENSIONE 2.TEMPERATURA TEORICA DI COMBUSTIONE 3.ARIA TEORICA DI COMBUSTIONE 4.POTERE CALORIFICO ’ Ing. Cristiano Cusin 125 Temperatura teorica di combustione Temperatura raggiunta dai prodotti della stessa combustione, cioè dai fumi, nell'ipotesi che non vi siano perdite di calore per convezione, conduzione e irraggiamento (T. di combustione adiabatica) e che la combustione sia completa ed avvenga con la quantità teorica di aria. Ing. Cristiano Cusin 126 Temperatura teorica di combustione Nella pratica i fumi non raggiungeranno mai la temperatura teorica, perché le perdite di calore sono inevitabili e perché è sempre necessario impiegare un certo eccesso di aria al fine di completare la combustione ed evitare la presenza di incombusti nei fumi Ing. Cristiano Cusin 127 Temperature di combustione (combustione completa) Combustibili Valori teorici calcolati, °C Idrogeno 2205 Ossido di carbonio 2430 Metano 2050 Etano 2085 Acetilene 2635 Benzene 2200 Petrolio 1800 Carbone amorfo 2040 Litantrace 1980 Ing. Cristiano Cusin 128 Temperatura di combustione negli incendi Nel caso di incendi la temperatura di combustione effettiva è molto più bassa di quella teorica: • si hanno perdite di calore sensibile per conduzione, alle quali si aggiungono le perdite per irraggiamento • difetto di aria: si verificano forti perdite per calore latente, dovute alla combustione incompleta, che ha come conseguenza la presenza di incombusti nei fumi (CO, particelle carboniose, gas prodotti dalla pirolisi,ecc.) Ing. Cristiano Cusin 129 Temperatura della combustione TEMPERATURA DI COMBUSTIONE Sostanza Massima teorica Massima reale Metano 2.218°C 1.880°C Etano 2.226°C 1.895°C Propano 2.232°C 1.925°C Butano 2.237°C 1.895°C Fiammifero - Oltre 1.000°C Ing. Cristiano Cusin 130 ARIA TEORICA DI COMBUSTIONE E’ la quantità minima di aria necessaria per raggiungere la combustione completa di tutti i materiali combustibili Ing. Cristiano Cusin 131 ARIA TEORICA DI COMBUSTIONE Combustibile Aria teorica Nm3/kg Legna secca 5,7 Gas naturale 9,5 Gasolio 11,8 Coke 8,2 Olio combustibile 11,2 Idrogeno 28,6 Cellulosa 4,0 Benzina 12,0 Propano 13 Ing. Cristiano Cusin 132 Potere calorifico Si definisce come la quantità di calore (kcal MJ ) sviluppata dalla combustione di una quantità unitaria di combustibile (kg per solidi e liquidi, in m3 in condizioni normali, cioè a pressione atmosferica e a 0°C). 1 Kg legna eq. = 4.400 kcal = 18,48 MJ 1 MJ = 238 Kcal Ing. Cristiano Cusin 133 Potere calorifico il potere calorifico superiore, per il quale si considera il calore sviluppato dalla reazione allorché tutti i prodotti della combustione sono alla temperatura ambiente e quindi l’acqua prodotta è allo stato liquido il potere calorifico inferiore, per il quale invece si considera l’acqua prodotta allo stato di vapore Ing. Cristiano Cusin 134 Combustibile Potere Calorifico Inferiore MJ/k MJ/N MJ/d g m3 m3 Potere calorifico Superiore MJ/ MJ/N MJ/d kg m3 m3 Benzina - - 31,4 - - 33,8 Coke 29,0 - - 30,0 - - Gas naturale - 34,5 - - 38,5 - Gasolio - - 35,5 - - 37,9 G.P.L. 46,0 - 25,0 50,0 - 27,2 Legna secca 16,7 - - 18,4 - - Olio combustibile 41,0 - - 43,8 - 135 Domande ? [email protected] Ing. Cristiano Cusin 136 Corso base di specializzazione di prevenzione incendi PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE 137 COMBUSTIONE REAZIONE CHIMICA DI UNA SOSTANZA COMBUSTIBILE CON UNA SOSTANZA COMBURENTE CON SVILUPPO DI: CALORE FIAMMA FUMO GAS DI COMBUSTIONE Ing. Cristiano Cusin 138 PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE CALORE FIAMMA FUMO GAS DI COMBUSTIONE Ing. Cristiano Cusin 139 Fiamme • Il calore generato innalza la temperatura a valori tali per cui i partecipanti alla reazione irradiano energia elettromagnetica con lunghezze d'onda comprese nel campo del visibile. • Le zone di reazione ci appaiono allora luminose e si parla di fiamme Ing. Cristiano Cusin 140 Fiamme • La colorazione dipende: – dalla composizione chimica della sostanza che brucia e dal tenore di ossigeno. – dalla temperatura: Ing. Cristiano Cusin 141 Gas di combustione I gas di combustione sono quei prodotti della combustione che rimangono allo stato gassoso anche quando raggiungono, raffreddandosi, la temperatura ambiente di riferimento (15°C) Ing. Cristiano Cusin 142 Gas di combustione Nelle combustioni in aria si ha la formazione di acqua liquida o vaporizzata,e di anidride carbonica dovuta alla presenza di carbonio e idrogeno nei combustibili Ma non solo !!! Ing. Cristiano Cusin 143 GAS di combustione • Se l'aria non è sufficiente ad ossidare completamente il carbonio si ha presenza, più o meno elevata, di ossido di carbonio, prodotto tipico delle combustioni in atmosfera povera di ossigeno Ing. Cristiano Cusin 144 GAS di combustione Da altri elementi presenti nel combustibile saranno prodotti altri gas di combustione • C • H • S • N CO H2O SO2 NO2 • Cl • C H N • ……………… CO2 SO3 NO3 HCl HCN Ing. Cristiano Cusin 145 Gas di combustione e fumi • Fra i principali: – Ossido di carbonio (CO) – è tossico perché si lega all’emoglobina del sangue – è incolore e inodore. – Anidride carbonica (CO2) – è asfissiante perché riduce il quantitativo di ossigeno ma non tossica. – Acido cianidrico (HCN) – è velenoso e odora come le mandorle amare. – Fosgene (CCl2O) – è tossico – si libera con la combustione di materie plastiche. Ing. Cristiano Cusin 146 Prodotti di combustione Sostanza Prodotti tossici Prodotti maggiormente tossici PVC CO-CO2-HCl-BenzeneToluene HCl-CO Poliammidi CO-CO2-HCN HCN-CO Poliesteri CO-CO2- HCN –HCl(per i materiali clorurati) HCN-CO Resine fenoliche CO-CO2-Fenolo e derivati CO-Fenolo Poliacrilici CO-CO2-Metacrilato di metile CO-Metacrilato di metile Polistirene CO-CO2-Toluene-StireneBenzene-Idrocarburi aromatici CO -Idrocarburi aromatici Legno e derivati CO-CO2 CO Lana CO-CO2-HCN CO-HCN 147 Effetti sull’uomo Ing. Cristiano Cusin 148 GAS di combustione Altri gas presenti • gas inerti già presenti nel’aria come l'azoto • di gas derivanti dalla decomposizione termica di eventuali sostanze organiche non combusti Ing. Cristiano Cusin 149 Prodotti di combustione e infine vi sono incombusti solidi o liquidi e residui minerali che vanno a formare i fumi Ing. Cristiano Cusin 150 Fumi • Formati dalle particelle solide e liquide (aerosol) incombuste, disperse nei gas di combustione. Colore Combustibile Bianco Fosforo, Paglia Giallo – Marrone Nitrocellulosa, Polvere da sparo, Acido Nitrico, Zolfo, Acido solforico Grigio – Marrone Carta, Legno, Stoffa Marrone Marrone – Nero Olio da cucina Nafta, Diluente per vernici Nero Benzina, Carbone, Catrame, Plastica, Cherosene, Olio lubrificante Viola Iodio 151 COMBUSTIONE REAZIONE CHIMICA DI UNA SOSTANZA COMBUSTIBILE CON UNA SOSTANZA COMBURENTE CON SVILUPPO DI: CALORE FIAMMA FUMO GAS DI COMBUSTIONE Ing. Cristiano Cusin 152 Calore: effetti sulle strutture • L’energia termica rilasciata durante l’incendio, inoltre, alterare in modo significativo le caratteristiche meccaniche delle strutture: ENERGIA (kW/m2): 12 13 33 CONSEGUENZE DANNEGGIAMENTO CAVI ELETTRICI DANNEGGIAMENTO SERBATOI METALLICI IGNIZIONE STRUTTURE IN LEGNO Ing. Cristiano Cusin 153 Calore: effetti sulle strutture Ing. Cristiano Cusin 154 Calore-fiamme: effetti sulle strutture Ing. Cristiano Cusin 155 Effetti sull’uomo Ing. Cristiano Cusin 156 Effetti sull’uomo - Tossica Irritante Fumi - Insufficienza di ossigeno - Termica - Psicofisica Ing. Cristiano Cusin LE AZIONE SONO: - Tossica Gas - Riduzione visibilità - Meccanica 157 Effetti della carenza di ossigeno sull’uomo incoscienza Ing. Cristiano Cusin 158 CONDIZIONI VIBILITA’ • • • • Temperatura Concentrazione O2 Opacità aria Concentrazione CO ed altri gas • Altezza strato fumi SVILUPPO DELL’INCENDIO Ing. Cusin Cristiano 160 I FATTORI DELLO SVILUPPO 1) CARATTERISTICHE DEI COMBUSTIBILI 2) VENTILAZIONE 3) CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DEL LOCALE 4) CARATTERISTICHE DEI MATERIALI COSTITUENTI STRUTTURE ED INFRASTRUTTURE (compartimentazione) Ing. Cusin Cristiano 161 Caratteristiche combustibile • quantità di calore rilasciata nell’unità di tempo • quantità di gas (CO) rilasciati nell’unità di tempo • quantità di ossigeno consumata nell’unità di tempo • quantità di fumi rilasciata nell’unità di tempo • velocità avanzamento fiamma VELOCITA’ DI COMBUSTIONE • Indica la quantità di materiale che brucia nell’unità di tempo e si esprime in kg / min. Ing. Cusin Cristiano 163 velocità propagazione fiamma velocità propagazione fiamma O2 CO PER OGNI ELEMENTO COMBUSTIBILE fumo fiamma calore IGNIZIONE PROPAGAZIONE DEL CALORE IL FLUSSO DI CALORE FA IN MODO CHE DOPO UN CERTO TEMPO, I DUE CORPI ABBIANO LA STESSA TEMPERATURA Ing. Cusin Cristiano 167 PROPAGAZIONE DEL CALORE CONDUZIONE dQ=-K•A •(dT/dx) •dt CONVEZIONE Q=h•A •t IRRAGGIAMENTO Ing. Cusin Cristiano 168 IRRAGGIAMENTO COEFFICIENTE D’ASSORBIMENTO A=E(assorbita)/E(incidente) COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE R=E(riflessa)/E(incidente) COEFFICIENTE DI TRASMISSIONE T=E(trasmessa)/E(incidente) Ing. Cusin Cristiano A+R+T=1 169 CORPI IDEALI CORPO NERO: A=1, R,T=0 => ASSORBONO TUTTA L’ENERGIA!!! CORPO GRIGIO: A, R, T 0, Ing. Cusin Cristiano 170 EMISSIVITÀ A SEGUITO DELL’ASSORBIMENTO DI ENERGIA, I CORPI LA EMETTONO SOTTO FORMA DI ONDE ELETTROMAGNETICHE. CORPO NERO (A=1): QN=NT4 N=costante di Stephan - Boltzmann CORPO GRIGIO (A, R, T)0: EMISSIVITÀ =QREALE/QNERO < 1 I CORPI GRIGI EMETTONO QUINDI QN < QN Ing. Cusin Cristiano 171 propagazione propagazione CONDIZIONI AMBIENTE • • • • Temperatura Concentrazione O2 Opacità aria Concentrazione CO CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DEI LOCALI • La forma dei locali, nonché la superfici delle pareti, del pavimento e del soffitto influenzano sensibilmente l’andamento dell’incendio. • Il tipo di materiale costituente le pareti (capacità di assorbire, trasmettere, riflettere il calore) influenza sensibilmente l’andamento dell’incendio. Ing. Cusin Cristiano 175 VENTILAZIONE DURANTE L'INCENDIO LA VENTILAZIONE PERMETTE - L'INTRODUZIONE DI NUOVO COMBURENTE - L'ALLONTANAMENTO DEI PRODOTTI DI COMBUSTIONE (gas, fumi, calore) AERAZIONE PRIMA DELL'INNESCO PERMETTE - LA DILUIZIONE DI VAPORI INFIAMMABILI (sotto il Limite d'Inferiore d'Infiammabilità) Ing. Cusin Cristiano 176 ESEMPI AEREAZIONE Ing. Cusin Cristiano 177 ESEMPI AEREAZIONE Ing. Cusin Cristiano 178 ESEMPI VENTILAZIONE Ing. Cusin Cristiano 179 ESEMPI VENTILAZIONE Ing. Cusin Cristiano 180 LA VENTILAZIONE La Ventilazione può essere: - NATURALE - ARTIFICIALE • La ventilazione naturale è generata dalle aperture del fabbricato (porte, finestre, lucernari). Il gradiente termico dei fumi ed il vento (se presente) provvede al ricambio di aria dell’edificio in fiamme. Ing. Cusin Cristiano 181 VENTILAZIONE NATURALE IN EDIFICI ALTI Ing. Cusin Cristiano 182 essere o non essere ...... VENTILARE O NON VENTILARE ..... questo è il dilemma Ing. Cusin Cristiano 183 Fasi dell'incendio • Ignizione: fase iniziale dell'incendio, dove i vapori delle sostanze combustibili, siano esse solide o liquide, iniziano il processo di combustione e la combustione è facilmente controllabile. L’INCENDIO: La dinamica Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo Fasi dell'incendio • Ignizione: fase iniziale dell'incendio, dove i vapori delle sostanze combustibili, siano esse solide o liquide, iniziano il processo di combustione e la combustione è facilmente controllabile. • Propagazione: caratterizzato da una scarsa quantità di combustibile coinvolta; il calore ma soprattutto le fiamme propagano l'incendio e si determina un lento innalzamento della temperatura, con emissione di fumi. L’INCENDIO: La dinamica Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo PROPAGAZIONE FILM Ing. Cusin Cristiano 188 Fasi dell'incendio • Ignizione: fase iniziale dell'incendio, dove i vapori delle sostanze combustibili, siano esse solide o liquide, iniziano il processo di combustione e la combustione è facilmente controllabile. • Propagazione: caratterizzato da una scarsa quantità di combustibile coinvolta; il calore ma soprattutto le fiamme propagano l'incendio e si determina un lento innalzamento della temperatura, con emissione di fumi. • Flash Over: brusco innalzamento della temperatura ed aumento massiccio della quantità di materiale che partecipa alla combustione. • Incendio generalizzato: tutto il materiale presente partecipa alla combustione, la temperatura raggiunge valori elevatissimi (anche oltre 1000 °C) e la combustione è incontrollabile. L’INCENDIO: La dinamica Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo FLASH OVER FILM Ing. Cusin Cristiano 191 Fasi dell'incendio • Ignizione: fase iniziale dell'incendio, dove i vapori delle sostanze combustibili, siano esse solide o liquide, iniziano il processo di combustione e la combustione è facilmente controllabile. • Propagazione: caratterizzato da una scarsa quantità di combustibile coinvolta; il calore ma soprattutto le fiamme propagano l'incendio e si determina un lento innalzamento della temperatura, con emissione di fumi. • Flash Over: brusco innalzamento della temperatura ed aumento massiccio della quantità di materiale che partecipa alla combustione. • Incendio generalizzato: tutto il materiale presente partecipa alla combustione, la temperatura raggiunge valori elevatissimi (anche oltre 1000 °C) e la combustione è incontrollabile. • Estinzione: fase di conclusione della combustione per esaurimento del combustibile (termine della pirolisi dei combustibili solidi); presenza di braci L’INCENDIO: La dinamica Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo Fasi dell'incendio • Ignizione: fase iniziale dell'incendio, dove i vapori delle sostanze combustibili, siano esse solide o liquide, iniziano il processo di combustione e la combustione è facilmente controllabile. • Propagazione: caratterizzato da una scarsa quantità di combustibile coinvolta; il calore ma soprattutto le fiamme propagano l'incendio e si determina un lento innalzamento della temperatura, con emissione di fumi. • Flash Over: brusco innalzamento della temperatura ed aumento massiccio della quantità di materiale che partecipa alla combustione. • Incendio generalizzato: tutto il materiale presente partecipa alla combustione, la temperatura raggiunge valori elevatissimi (anche oltre 1000 °C) e la combustione è incontrollabile. • Estinzione: fase di conclusione della combustione per esaurimento del combustibile (termine della pirolisi dei combustibili solidi); presenza di braci • Raffreddamento: fase post-conclusiva del incendio che comporta il raffreddamento della zona interessata ed è in concomitanza con il solidificarsi al suolo delle sostanze volatili più "pesanti" dei residui della combustione. L’INCENDIO: La dinamica Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Raffreddamento Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo VENTILARE IN UN INCENDIO ? LA VENTILAZIONE CONSENTE DI: Allontanare le fiamme ed i fumi Abbassare la temperatura Migliorare la visibilità Ing. Cusin Cristiano 196 Prima del FLASH OVER LA VENTILAZIONE CONSENTE DI: ELIMINARE FUMI E CALORE ABBASSARE TEMPERATURA EVITARE IL FLASHOVER Ing. Cusin Cristiano 197 INCENDIO GOVERNATO DAL COMBUSTIBILE INCENDIO GOVERNATO DAL COMBURENTE Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Raffreddamento Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo dopo il FLASH OVER LA VENTILAZIONE CONSENTE DI: Introdurre comburente che alimenta la combustione FLIM! FILM 2 BACKDRAF Ing. Cusin Cristiano 199 INCENDIO GOVERNATO DAL COMBUSTIBILE INCENDIO GOVERNATO DAL COMBURENTE PROBLEMI PERSONE PROBLEMI ELEMENTI STRUTTURALI Temperatura Flash-over (o incendio generalizzato) Ignizione Raffreddamento Incendio generalizzato Estinzione Propagazione Tempo Domande ? [email protected] Ing. Cristiano Cusin 201 Corso base di specializzazione di prevenzione incendi MECCANISMI DI ESTINZIONE 202 PER PREVENIRE INCENDIO DEVO ROMPERE IL ………. ? TRIANGOLO QUADRILATERO INNESCO Ing. Cristiano Cusin 203 QUADRILATERO DEL FUOCO CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI SONO: MANTENGA LA COMBUSTIONE 1. PRESENZA COMBUSTIBILE 2. PRESENZA COMBURENTE 3. PRESENZA TEMPERATURA 4. PRESENZA RADICALI LIBERI (autocatalisi) Ing. Cristiano Cusin 204 perché l’acqua spegne il fuoco ? Ing. Cristiano Cusin 205 Per ottenere lo spegnimento dell'incendio si può quindi ricorrere a tre sistemi: ESAURIMENTO DEL COMBUSTIBILE allontanamento o separazione della sostanza combustibile dal focolaio d'incendio INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI Per ottenere lo spegnimento dell'incendio si può quindi ricorrere a tre sistemi: SOFFOCAMENTO separazione del comburente dal combustibile o riduzione della concentrazione di comburente in aria; INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI Per ottenere lo spegnimento dell'incendio si può quindi ricorrere a tre sistemi: RAFFREDDAMENTO sottrazione di calore fino ad ottenere una temperatura inferiore a quella necessaria al mantenimento della combustione. INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI Per ottenere lo spegnimento dell'incendio si può quindi ricorrere a tre sistemi: ANTICATALISI Catturo i radicali liberi bloccando la catene della reazione INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI Per ottenere lo spegnimento dell'incendio si può quindi ricorrere a tre sistemi: RICAPITOLANDO RAFFREDDAMENTO SOFFOCAMENTO ESAURIMENTO DEL COMBUSTIBILE ANTICATALISI Normalmente per lo spegnimento di un incendio si utilizza una combinazione delle operazioni di esaurimento del combustibile, di soffocamento e di raffreddamento. INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI SOSTANZE ESTINGUENTI Scelte sbagliate possono portare ad amplificare l'entità dell'incidente INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI SOSTANZE ESTINGUENTI Le sostanze estinguenti normalmente utilizzate sono: ACQUA SCHIUMA POLVERI GAS INERTI IDROCARBURI ALOGENATI (HALON) agenti estinguenti alternativi all'halon INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI ACQUA L’acqua è la sostanza estinguente per antonomasia conseguentemente alla facilità con cui può essere reperita a basso costo. Azione antincendio La sua azione estinguente si esplica con le seguenti modalità: raffreddamento del combustibile per assorbimento del calore; azione di soffocamento per sostituzione dell’ossigeno con il vapore acqueo; diluizione di sostanze infiammabili solubili in acqua fino a renderle non più tali; imbevimento dei combustibili solidi. L’acqua quale agente estinguente è consigliato per incendi di combustibili solidi Attenzione L’acqua non può essere usato: su apparecchiature elettriche sotto tensione su idrocarburi e liquidi infiammabili più leggeri dell’acqua su sostanze che reagiscono con l’acqua dando origine ad esplosioni o altre pericolose reazioni (es. sodio e potassio a contatto con l’acqua liberano idrogeno, il carburo di calcio a contatto con l’acqua libera acetilene, sodio, etc.) 213 SCHIUMA La schiuma è un agente estinguente costituito da una soluzione in acqua di un liquido schiumogeno. Sono disponibili diversi tipi di liquidi schiumogeni che vanno impiegati in relazione al tipo di combustibile Esse sono impiegate normalmente per incendi di liquidi infiammabili. In base al rapporto tra il volume della schiuma prodotta e la soluzione acquaschiumogeno d’origine, le schiume si distinguono in: alta espansione 1:500 - 1:1000 media espansione 1:30 - 1:200 bassa espansione 1:6 - 1:12 Azione antincendio L’azione estinguente delle schiume avviene per: separazione del combustibile dal comburente raffreddamento. Attenzione La schiuma non può essere usata: su apparecchiature elettriche sotto tensione 214 liquidi schiumogeni fluoro-proteinici Sono formati da una base proteinica addizionata con composti fluorurati. Essi sono adatti alla formazione di schiume a bassa espansione, hanno un effetto rapido ed molto efficace su incendi di prodotti petroliferi. liquidi schiumogeni sintetici Sono formati da miscele di tensioattivi. Essi sono adatti alla formazione di tutti i tipi di schiume e garantiscono una lunga conservabilità nel tempo, sono molto efficaci per azione di soffocamento su grandi superfici e volumi. liquidi schiumogeni fluoro-sintetici (AFFF - Acqueous Film Forming Foam) Sono formati da composti fluorurati. Essi sono adatti alla formazione di schiume a bassa e media espansione che hanno la caratteristica di scorrere rapidamente sulla superficie del liquido incendiato. L’impiego degli schiumogeni AFFF realizza una più efficace azione estinguente in quanto consente lo spegnimento in tempi più rapidi con una minore portata di soluzione schiumogena per metro quadrato di superficie incendiata. liquidi schiumogeni per alcoli Sono formati da una base proteinica additivata con metalli organici. Essi sono adatti alla formazione di schiume a bassa espansione e sono molto efficaci su incendi di alcoli, esteri, chetoni, eteri, aldeidi, acidi, fenoli, etc. 215 POLVERI Le polveri sono costituite da particelle solide finissime a base di bicarbonato di sodio, potassio, fosfati e sali organici. Azione antincendio L’azione estinguente delle polveri, in seguito alla decomposizione delle stesse per effetto delle alte temperature raggiunte nell’incendio, determina: effetto chimico sulla fiamma e inibizione del processo di combustione con azione anticatalitica soffocamento (separazione del combustibile dal comburente) raffreddamento del combustibile incendiato Attenzione Le polveri sono adatte per fuochi di classe A, B e C, mentre per incendi di classe D devono essere utilizzate polveri speciali. Da usare in luoghi aperti Danni alle apparecchiature 216 GAS INERTI I gas inerti utilizzati per la difesa dagli incendi di ambienti chiusi sono generalmente l’anidride carbonica e in minor misura l’azoto. L’anidride carbonica non risulta tossica per l’uomo, è un gas più pesante dell’aria perfettamente dielettrico, normalmente conservato come gas liquefatto sotto pressione. Azione antincendio L’azione estinguente dell’anidride carbonica si esplica: soffocamento, riducendo la concentrazione del comburente fino ad impedire la combustione raffreddamento del combustibile, dovuto all’assorbimento di calore generato dal passaggio dalla fase liquida alla fase gassosa. 1 Kg di anidride carbonica (0 0 C e 1 Atm) = 509 litri di gas Nella seguente tabella sono riportate le percentuali in volume di anidride carbonica e di azoto necessarie per inertizzare l’atmosfera in modo tale da renderla incapace di alimentare la combustione di alcune sostanze infiammabili: SOSTANZA acetone alcool etilico benzolo idrogeno metano propano benzina AZOTO (% in volume) 45,2 49,6 47,1 76,4 42,8 45,6 45,2 CO2 (% in volume) 32,4 38,5 34,3 72,1 31 32,4 31,9 217 IDROCARBURI ALOGENATI - HALON Gli idrocarburi alogenati, detti anche HALON (HALogenated - hydrocarbON), sono formati da idrocarburi saturi in cui gli atomi di idrogeno sono stati parzialmente o totalmente sostituiti con atomi di cromo, bromo o fluoro. Gli HALON sono efficaci su incendi che si verificano in ambienti chiusi scarsamente ventilati e producono un’azione estinguente che non danneggia i materiali con cui vengono a contatto Azione antincendio L’azione estinguente degli HALON avviene attraverso : azione chimica (interruzione chimica della reazione di combustione tramite catalisi negativa) effetto inertizzante, riduce il campo di infiammabilità azione secondarie :soffocamento e raffreddamento Attenzione HALON per effetto delle alte temperature dell’incendio si decompongono producendo gas tossici per l’uomo già a basse concentrazioni, facilmente raggiungibili in ambienti chiusi e poco ventilati. Il loro utilizzo è stato vietato da disposizioni legislative (Legge 28/12/93 n. 549) emanate per la protezione della fascia di ozono stratosferico. 218 AGENTI ESTINGUENTI ALTERNATIVI ALL’HALON Gli agenti sostitutivi degli HALON generalmente combinano al vantaggio della salvaguardia ambientale lo svantaggio di una minore capacità estinguente rispetto agli HALON. Esistono sul mercato prodotti inertizzanti e prodotti che agiscono per azione anticatalitica. Agenti sostitutivi degli HALON che sono trattati nello standard NFPA 2001 (edizione 1994): Nome commerciale CEA-410 HALON 1201 NAF S-III FE-241 FE-25 FM-200 PF-23 FE-13 INERGEN 219 TIPI DI ESTINTORI • Estintori ad Acqua Ormai in disuso • Estintori a schiuma Soluzione di acqua e sostanze schiumogene miscelata con aria • Estintori a polvere Miscela di polveri a base di Bicarbonato di sodio o di potassio o di solfato di ammonio o fosfato di ammonio • Estintori ad Anidride Carbonica • Estintori a Idrocarburi Alogenati Gas incolore, inodore, non nocivo per concentrazioni < 22 % Attualmente in disuso. Il più usato è stato il bromotrifluorometano (HALON 1301) 220 SOSTANZA ANTINCENDIO NATURA DELL'INCENDIO Materiali comuni: Carbone, legname, tessuti, carta, paglia Liquidi infiammabili più leggeri dell'acqua e non miscibili: Vernici, benzine, olii, lubrificanti Liquidi infiammabili più leggeri dell'acqua o più pesanti anche non miscibili: Alcooli, acetone, acrilonitrile, acido acetico, clorobenzolo Sostanze comburenti: Nitrati, Nitriti Permanganati, clorati, perclorati Sostanze reagenti, pericolosamente con l'acqua: Carburo di calcio, sodio, potassio, acidi forti, metalli fusi Gas infiammabili: Etilene, idrogeno, gas liquefatti, metano, acetilene, CO Apparecchiature elettriche: Motori elettrici, cabine elettriche, interruttori, trasformatori Costruzioni particolari: Apparecchiature delicate, quadri, documenti, tappeti e mobili d'arte Acqua Getto pieno Nebulizz. Vapore Schiuma Polvere Anidride Carbonica SI SI SI SI SI NO SI SI SI SI SI SI SI SI SI SI NO NO NO NO NO NO NO SI SI NO SI NO SI SI NO NO NO SI SI NO NO NO SI SI Domande ? [email protected] Ing. Cristiano Cusin 222
