corso base di specializzazione di prevenzione incendi
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MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO Generalità sulla combustione e sostanze pericolose Sostanze estinguenti TEST DI VERIFICA APPRENDIMENTO. Corso base di specializzazione di prevenzione incendi . MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO. 2. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO
Generalità sulla combustione e sostanze pericolose Sostanze estinguenti
TEST DI VERIFICA APPRENDIMENTO
Corso base di specializzazione di prevenzione incendi 1
Ing. Cristiano Cusin 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).
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MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO
Ing. Cristiano Cusin 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
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MODULO 2 CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO
Ing. Cristiano Cusin 4
…. 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 5
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
Comando VF Ferrara Ing. C. CUSIN 6
… in una parolasu che cosa si basa il mio lavoro ?
Comando VF Ferrara Ing. C. CUSIN 7
Ing. Cristiano Cusin 8
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 9
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 10
Parole chiave
• Sostanze (combustibile, comburente)
• Reazione chimica
Ing. Cristiano Cusin 11
Una sostanza
Ing. Cristiano Cusin 12
Molecola d’acqua
Ing. Cristiano Cusin 13
Molecole
Ing. Cristiano Cusin 14
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 15
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 16
Atomi
Ing. Cristiano Cusin 17
Atomo
Ing. Cristiano Cusin 18
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 19
Sistema periodico degli elementi
Ing. Cristiano Cusin 20
• 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
Sistema periodico degli elementi
Ing. Cristiano Cusin 21
Sistema periodico degli elementi
Ing. Cristiano Cusin 22
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)
Sistema periodico degli elementi
Ing. Cristiano Cusin 23
Gli atomi tendono infatti a completare il loro livello energetico esterno riempiendolo con il massimo numero di elettroni che può contenere
Ing. Cristiano Cusin 24
Atomi
1 protone 6 protoni
Ing. Cristiano Cusin 25
• 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 26
•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 27
• 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 28
Il metano
Il carbonio attrae i 4 elettroni dell’idrogeno formando 4 legami che permettono di raggiungere l‘ottetto
Ing. Cristiano Cusin 29
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 30
IONE POSITIVO
IONE NEGATIVO
Difetto di elettroni
Eccesso di elettroni
Ing. Cristiano Cusin 31
Perdendo un elettrone l’atomo di idrogeno diventa uno ione positivo H
+
Esempio di ione
Ing. Cristiano Cusin 32
Le reazioni chimiche
La combustione
Ing. Cristiano Cusin 33
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
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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
Ing. Cristiano Cusin 35
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 36
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 37
• comportano solitamente la rottura di alcuni legami nei reagenti e la formazione di nuovi legami, che andranno appunto a caratterizzare i prodotti
Le reazioni chimiche
Ing. Cristiano Cusin 38
reagenti prodotti
Le reazioni chimiche
energia
Ing. Cristiano Cusin 39
Le reazioni chimiche
• Una reazione chimica che produce calore è detta esotermica
• Una reazione chimica che assorbe calore è detta endotermica
Ing. Cristiano Cusin 40
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 41
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 42
La combustione
Comburente elettronegativo attrae gli elettroni (si riduce)
Combustibile li perde ( si ossida)
Ing. Cristiano Cusin 43
Esempio di combustione
Due molecole di Idrogeno
2H2
Una molecola di ossigeno
O2 2(H2O)Due molecole di acqua
Calore
+
Energia di attivazione
2x2= 4 grammi 32 grammi 2x18= 36 grammi
246x2= 492 kJ
Ing. Cristiano Cusin 44
Esempio di combustione
Una molecola di carbonio
CUna molecola di ossigeno
O2 CO2
Una molecola di CO2
Calore
+
Energia di attivazione
12 grammi 32 grammi 44 grammi
395 kJ
Ing. Cristiano Cusin 45
La combustione è una reazione esotermica, che libera calore perché i reagenti possiedono più energia dei prodotti di reazione
Ing. Cristiano Cusin 46
E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione?
?
Ing. Cristiano Cusin 47
Maggiore è energia cinetica, maggiore è il valore della temperatura e della pressione
E’ necessario che le molecole del combustibile e del comburente urtino fra loro con sufficiente energia
Ing. Cristiano Cusin 48
E’ sufficiente che siano presenti combustibile e comburente perché avvenga la combustione? ENERGIA ATTIVAZIONE
Ing. Cristiano Cusin 49
·
TRIANGOLO DEL FUOCO
CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI VERIFICHI LA COMBUSTIONE SONO:
1. PRESENZA COMBUSTIBILE2. PRESENZA COMBURENTE3. PRESENZA ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco)
INNESCO
Ing. Cristiano Cusin 50
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 51
NON SI DISPERDI
Ing. Cristiano Cusin 52
• 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 DISPERDEsi mantiene velocità di combustione
Ing. Cristiano Cusin 53
Ing. Cristiano Cusin 54
Ing. Cristiano Cusin 55
La velocità di combustione
Questa dipende da:
• temperatura• pressione • miscelazione e concentrazione dei reagenti• catalizzatori• ….. ambiente …….
Ing. Cristiano Cusin 56
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)
La combustione: generalità
*OH + H2
H*
H2O + Er
*O* + H2
H*
*OH
*O*
*OHH* + O2
*O*
*OH
H* + O2
*OH + H2H*
H2O + Er
*O* + H2 H*
*OH
*O*
*OHH* + O2
Ea + H2 → H* + H* Ea + O2 → *O* + *O*
La combustione: generalità
*OH + H2
H*
H2O + Er
*O* + H2
H*
*OH
*O*
*OHH* + O2
*O*
*OH
H* + O2
*OH + H2H*
H2O + Er
*O* + H2 H*
*OH
*O*
*OHH* + O2
Ea + H2 → H* + H* Ea + O2 → *O* + *O*
Ioni e Radicali
liberi
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AUTOCATALISI
La presenza di catalizzatori determina un abbassamento della energia di attivazione.
Ing. Cristiano Cusin
*O*
*OHH* + O2 Ea + O2 → *O* + *O*
SERVE MOLTA ENERGIA SERVE MENO ENERGIA
La combustione: generalità
*OH + H2
H*
H2O + Er
*O* + H2
H*
*OH
*O*
*OHH* + O2
*O*
*OH
H* + O2
*OH + H2H*
H2O + Er
*O* + H2 H*
*OH
*O*
*OHH* + O2
Ea + H2 → H* + H* Ea + O2 → *O* + *O*
Ioni e Radicali
liberi
Ing. Cristiano Cusin 61
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 62
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 63
·
QUADRILATERO DEL FUOCO
CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI MANTENGA LA COMBUSTIONE SONO:
TEM
PERA
TURAAUTOCATALISI
TEM
PERA
TURAAUTOCATALISI
1. PRESENZA COMBUSTIBILE2. PRESENZA COMBURENTE3. PRESENZA TEMPERATURA4. PRESENZA RADICALI LIBERI (autocatalisi)
Ing. Cristiano Cusin 64
·
TRIANGOLO DEL FUOCO
CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI VERIFICHI LA COMBUSTIONE SONO:
1. PRESENZA COMBUSTIBILE2. PRESENZA COMBURENTE3. PRESENZA ENERGIA ATTIVAZIONE (innesco)
INNESCO
Ing. Cristiano Cusin 65
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 66
Energia di accensione• Alcuni valori:
Acetilene 0.02 mJCarbone60 “Idrogeno 0.02 “Metano 0.2 “Ossido di etilene 0.087 “Polipropilene 30 “Propano0.3 “Propilene 0.282 “Zolfo 15 “
Ing. Cristiano Cusin 67
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. Cusin Cristiano 68
Classificazione degli inneschi
F iam m e libere
R eazionichim iche
esoterm iche
Faville
A utocom bustione
T erm iche
A ttrito
S urrisca ldam ento
M eccanich e
Apparecchiature
E le ttr iche
C auseIntrinseche
C onduz ion e
C onvezione
Irraggiam ento
Term iche
Scariche atm osferiche
E le ttr iche
C auseEstr insech e
C ausedi Innesco
Ing. Cusin Cristiano 69
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 70
ACCENSIONE INDIRETTA• AVVIENE PER EFFETTO DELLA PROPAGAZIONE DEL
CALORE
ESEMPI: STRUTTURE CHE
CONDUCONO IL CALORE
PASSAGGIO DI FUMI ATTRAVERSO VANI SCALA
EFFETTO DELL’IRRAGGIAMENTO
Ing. Cusin Cristiano 71
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 72
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. Cristiano Cusin 73
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.
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I comburenti
In alcuni casi, durante la reazione si forma Ossigeno, che a sua volta contribuisce alla combustione.
Ing. Cristiano Cusin
ESPLOSIVI
Ing. Cristiano Cusin 76
CLASSIFICAZIONE DEI FUOCHINorma EN 2
Ing. Cristiano Cusin 77
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.
LA COMBUSTIONE degli oli e grassi vegetali
Classe F: fuochi da oli e grassi vegetali o animali.
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.
Ing. Cristiano Cusin 81
La maggior parte delle combustioni avviene in fase gassosa
Ing. Cristiano Cusin 82
COMBUSTIONE DI GAS-VAPORI
Ing. Cristiano Cusin 83
GAS
COMBUSTIBILE
GAS
COMBURENTE
INNESCO
BASTA QUESTO PER AVERE COMBUSTIONE
VELOCITA’ DI REAZIONE
Ing. Cristiano Cusin 84
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 85
Limite inferiore di infiammabilità
• rappresenta la minima concentrazione di combustibile nella miscela aria-combustibile 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
Limite superiore di infiammabilità
• Il limite superiore di infiammabilità rappresenta la concentrazione massima di combustibile nella miscela aria-combustibile 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 87
0% 100 %Limite inferiore
Limite superiore
COMBUSTIONE DI GAS-VAPORI
CAMPO INFIAMMABILITA’
CONCENTRAZIONE COMBUSTIBILE IN UN DATO COMBURENTE
AD UNA DATA PRESSIONE E TEMPERATURA
Ing. Cristiano Cusin 88
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 dei limiti di infiammabilità sono diversi a seconda del combustibile e condizioni (PRESSIONE E TEMPERATURA)
* I valori rappresentano le percentuali di combustibile in volume nella miscela combustibile/comburente
Ing. Cristiano Cusin 89
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 90
Attenzione ai gas infiammabili!!
ARIAMETANO GPL
PiU’ LEGGERO DELL’ARIA
PIU’ PESANTE DELL’ARIA
Ing. Cristiano Cusin 91
Sotto il campo di infiammabilità
Dentro il campo di infiammabilità
Al di sopra del campo di infiammabilità
Risposta
GPL
Più pesante dell’aria
Ambiente chiuso
Ing. Cristiano Cusin 92
Sostanza Densità di vaporerelativa all'aria
Acetilene 0,90Acetone 2Benzina 3,5Gasolio 7
Idrogeno 0,07Metano 0,55Pentano 2,97
Ossido di etilene 1,52Ossido dicarbonio
0,97
In alto o in basso?
Ing. Cristiano Cusin 93
CLASSIFICAZIONE DEI GAS INFIAMMABILIIn funzione delle loro caratteristiche fisiche
GAS LEGGEROGas 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 PESANTEGas 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 94
¨ Gas compressi¨ Gas liquefatti¨ Gas Disciolti¨ Gas criogenici o refrigerati
GAS COMPRESSO
Sono i gas con temperatura critica(*) < -10 o CGas 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)¨ Ossido di carbonio (CO)
GAS Pressione di stoccaggio (bar) valori indicativi
metano 300 idrogeno 250 gas nobili 250 ossigeno 250 aria 250
(*) Temperatura critica = temperatura al di sopra della quale i gas non possono essere liquefatti qualunque sia la pressione
CLASSIFICAZIONE DEI GAS INFIAMMABILIIn funzione delle loro modalità di conservazione
Ing. Cristiano Cusin 95
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
GASLIQUEFATTO
Grado di riempimento (kg/dm3)
ammoniaca 0,53cloro 1,25butano 0,51propano 0,42GPL miscela 0,43-0,47CO2 0,75
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 96
GAS DISCIOLTI
Gas che sono conservati in fase gassosa disciolti entro un liquido ad una determinata pressioneAppartengono 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 97
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
Ing. Cristiano Cusin 98
Gasolio
Aria (21% O2)
T = 20 °C
Innesco
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
NO COMBURENTE
Ing. Cristiano Cusin 99
Gasolio
Aria (21% O2)
T = 20 °CInnesco
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
NO COMBUSTIBILE
Ing. Cristiano Cusin 100
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
COME E’ POSSIBILE LA COMBUSTIONE DEI LIQUIDI ?
Ing. Cristiano Cusin 101
Gasolio
Aria (21% O2)
T = 20 °CInnesco
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
MISCELA COMBUSTIBILE COMBURENTE
Ing. Cristiano Cusin 102
PERCHE’ NON BRUCIA ?
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
Ing. Cristiano Cusin 103
Miscela sotto il limite inferiore infiammabilità
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
Devo arricchire la miscela di
vapori innalzando la temperatura
Ing. Cristiano Cusin 104
0Va
pori
%
Campo di infiammabilità
Limite inferiore di infiammabilità
Limite superiore di infiammabilità
Zona povera di vapori
Zona satura di vapori
Liquido infiammabile
COMBUSTIONE DI LIQUIDI
Ing. Cristiano Cusin 105
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
106
Sostanza Temperatura di infiammabilità (°C)Valori indicativi
Acetone -18
Benzina -20
Gasolio 65
Alcol etilico 13
Alcool metilico 11
Toluolo 4
Olio lubrificante 149
Temperature di infiammabilità
Ing. Cristiano Cusin
Ing. Cristiano Cusin 107
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
108
BENZINATemperatura atmosferica 24°CPERCHE’ NON HA PRESO FUOCO
PERCHE’ SCHIUMA ?
Ing. Cristiano Cusin 109
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 110
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 111
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 112
Fattori che influenzano le T. di autoaccensione ed infiammabilità:
• Il tenore di ossigeno: un suo aumento abbassa la temperatura di accensione.
Ing. Cristiano Cusin 113
• 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.
Fattori che influenzano le T. di autoaccensione ed infiammabilità:
Ing. Cristiano Cusin 114
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 115
COMBUSTIONE DI SOLIDI
Ing. Cristiano Cusin 116
COMBUSTIONE DI SOLIDI
?
Ing. Cristiano Cusin 117
PIROLISI:
Fenomeno per il quale una sostanza solida portata ad una determinata temperatura emette vapori infiammabili.
COMBUSTIONE DI SOLIDI
Ing. Cristiano Cusin 118
I principali fattori che influenzano la combustione dei solidi sono:
¨ natura;¨ grado di porosità del materiale¨ pezzatura e forma (rapporto tra il
volume e la superficie esterna);¨ contenuto di umidità;
COMBUSTIONE DI SOLIDI
119
riscaldamento superficiale, distillazione (pirolisi) delle
frazioni liquide combustione delle parti
carboniose
Il legno (solido eterogeneo)
COMBUSTIONE DI SOLIDI
120
La gomma (solido omogeneo)
Pirolisi
Com
bust
ion
e
Materialeindisturbato
Fiam
ma
Avanzamento del fronte di fiamma
Aria
COMBUSTIONE DI SOLIDI
Ing. Cristiano Cusin 121
Anche le polveri bruciano, anzi addirittura spesso esplodono
Ing. Cristiano Cusin 122
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 123
Limite inf.(mg/litro)
Caffè 85
Carbone 55
Zolfo 35
Legno 20
Cellulosa 30
Polipropilene 20
Zolfo 35
Combustione di polveri
Ing. Cristiano Cusin 124
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 125
I PARAMETRI FISICI DELLA COMBUSTIONE
1.TEMPERATURA DI ACCENSIONE2.TEMPERATURA TEORICA DI
COMBUSTIONE3.ARIA TEORICA DI COMBUSTIONE4.POTERE CALORIFICO’
Ing. Cristiano Cusin 126
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 127
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 128
Temperature di combustione (combustione completa)
Combustibili Valori teoricicalcolati, °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 129
Temperatura di combustionenegli 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 130
Temperatura della combustione
Sostanza
TEMPERATURA DI COMBUSTIONE
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 131
ARIA TEORICA DI COMBUSTIONE
E’ la quantità minima di aria necessaria per raggiungere la combustione completa di tutti i materiali combustibili
Ing. Cristiano Cusin 132
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
ARIA TEORICA DI COMBUSTIONE
Ing. Cristiano Cusin 133
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).
Potere calorifico
1 Kg legna eq. = 4.400 kcal = 18,48 MJ
1 MJ = 238 Kcal
Ing. Cristiano Cusin 134
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
Potere calorifico
135
Combustibile Potere Calorifico Inferiore
Potere calorifico Superiore
MJ/kg
MJ/Nm3
MJ/dm3
MJ/kg
MJ/Nm3
MJ/dm3
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 - -
PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE
Corso base di specializzazione di prevenzione incendi 137
Ing. Cristiano Cusin 138
COMBUSTIONE
CALORE FIAMMA FUMO GAS DI COMBUSTIONE
REAZIONE CHIMICA DI UNA SOSTANZA COMBUSTIBILE CON UNA SOSTANZA COMBURENTE CON SVILUPPO DI:
Ing. Cristiano Cusin 139
PRODOTTI DELLA COMBUSTIONE
CALORE FIAMMA FUMO GAS DI COMBUSTIONE
Ing. Cristiano Cusin 140
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 141
Fiamme• La colorazione dipende:
– dalla composizione chimica della sostanza che brucia e dal tenore di ossigeno.
– dalla temperatura:
Ing. Cristiano Cusin 142
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 143
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 144
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 145
Da altri elementi presenti nel combustibile saranno prodotti altri gas di combustione
• C CO CO2
• H H2O• S SO2 SO3
• N NO2 NO3
• Cl HCl• C H N HCN• ………………
GAS di combustione
Ing. Cristiano Cusin 146
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.
147
Sostanza Prodotti tossici Prodotti maggiormente tossici
PVC CO-CO2-HCl-Benzene-Toluene
HCl-CO
Poliammidi CO-CO2-HCN HCN-COPoliesteri 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-Stirene-Benzene-Idrocarburi aromatici
CO -Idrocarburi aromatici
Legno e derivati CO-CO2 COLana CO-CO2-HCN CO-HCN
Prodotti di combustione
Ing. Cristiano Cusin 148
Effetti sull’uomo
Ing. Cristiano Cusin 149
Altri gas presenti
• gas inerti già presenti nel’aria come l'azoto
• di gas derivanti dalla decomposizione termica di eventuali sostanze organiche non combusti
GAS di combustione
Ing. Cristiano Cusin 150
e infine vi sono incombusti solidi o liquidi e residui minerali che vanno a formare i fumi
Prodotti di combustione
151
Fumi• Formati dalle particelle solide e liquide
(aerosol) incombuste, disperse nei gas di combustione.
Colore CombustibileBianco Fosforo, Paglia
Giallo – Marrone Nitrocellulosa, Polvere da sparo, Acido Nitrico, Zolfo, Acido solforico
Grigio – Marrone Carta, Legno, StoffaMarrone Olio da cucina
Marrone – Nero Nafta, Diluente per vernici
Nero Benzina, Carbone, Catrame, Plastica, Cherosene, Olio lubrificante
Viola Iodio
Ing. Cristiano Cusin 152
COMBUSTIONE
CALORE FIAMMA FUMO GAS DI COMBUSTIONE
REAZIONE CHIMICA DI UNA SOSTANZA COMBUSTIBILE CON UNA SOSTANZA COMBURENTE CON SVILUPPO DI:
Ing. Cristiano Cusin 153
Calore: effetti sulle strutture• L’energia termica rilasciata durante
l’incendio, inoltre, alterare in modo significativo le caratteristiche meccaniche delle strutture:
ENERGIA (kW/m2): CONSEGUENZE 12 DANNEGGIAMENTO CAVI ELETTRICI
13 DANNEGGIAMENTO SERBATOI METALLICI33 IGNIZIONE STRUTTURE IN LEGNO
Ing. Cristiano Cusin 154
Calore: effetti sulle strutture
Ing. Cristiano Cusin 155
Calore-fiamme: effetti sulle strutture
Ing. Cristiano Cusin 156
Effetti sull’uomo
Ing. Cristiano Cusin 157
Effetti sull’uomo
LE AZIONE SONO:- Tossica Irritante Fumi - Tossica Gas- Insufficienza di ossigeno - Riduzione visibilità- Termica - Meccanica- Psicofisica
Ing. Cristiano Cusin 158
Effetti della carenza di ossigeno sull’uomo
incoscienza
CONDIZIONI VIBILITA’• Temperatura • Concentrazione O2• Opacità aria• Concentrazione CO ed altri gas
• Altezza strato fumi
Ing. Cusin Cristiano 160
SVILUPPO DELL’INCENDIO
Ing. Cusin Cristiano 161
I FATTORI DELLO SVILUPPO
1) CARATTERISTICHE DEI COMBUSTIBILI
2) VENTILAZIONE
3) CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DEL LOCALE
4) CARATTERISTICHE DEI MATERIALI COSTITUENTI
STRUTTURE ED INFRASTRUTTURE
(compartimentazione)
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
Ing. Cusin Cristiano 163
VELOCITA’ DI COMBUSTIONE
• Indica la quantità di materiale che brucia nell’unità di tempo e si esprime in kg / min.
velocità propagazione fiamma
velocità propagazione fiamma
calore
COO2
fiamma
fumo
PER OGNI ELEMENTO COMBUSTIBILE
IGNIZIONE
Ing. Cusin Cristiano 167
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 168
PROPAGAZIONE DEL CALORE
CONDUZIONE
CONVEZIONE
IRRAGGIAMENTO
dQ=-K•A •(dT/dx) •dt
Q=h•A •t
Ing. Cusin Cristiano 169
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) A+R+T=1
Ing. Cusin Cristiano 170
CORPI IDEALI
CORPO NERO:
A=1, R,T=0 => ASSORBONO TUTTA L’ENERGIA!!!
CORPO GRIGIO:
A, R, T 0,
Ing. Cusin Cristiano 171
EMISSIVITÀ
CORPO NERO (A=1):
A SEGUITO DELL’ASSORBIMENTO DI ENERGIA, I CORPI LA EMETTONO SOTTO FORMA DI ONDE ELETTROMAGNETICHE.
CORPO GRIGIO (A, R, T)0:
QN=N·T4
N=costante di Stephan - Boltzmann
EMISSIVITÀ =QREALE/QNERO < 1
I CORPI GRIGI EMETTONO QUINDI ·QN < QN
propagazione
propagazione
CONDIZIONI AMBIENTE• Temperatura • Concentrazione O2• Opacità aria• Concentrazione CO
Ing. Cusin Cristiano 175
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 176
VENTILAZIONEDURANTE L'INCENDIO LA VENTILAZIONE PERMETTE
- L'INTRODUZIONE DI NUOVO COMBURENTE- L'ALLONTANAMENTO DEI PRODOTTI DI COMBUSTIONE
(gas, fumi, calore)
AERAZIONEPRIMA DELL'INNESCO
PERMETTE
- LA DILUIZIONE DI VAPORI INFIAMMABILI (sotto il Limite d'Inferiore d'Infiammabilità)
Ing. Cusin Cristiano 177
ESEMPI AEREAZIONE
Ing. Cusin Cristiano 178
ESEMPI AEREAZIONE
Ing. Cusin Cristiano 179
ESEMPI VENTILAZIONE
Ing. Cusin Cristiano 180
ESEMPI VENTILAZIONE
Ing. Cusin Cristiano 181
LA VENTILAZIONE
• 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.
La Ventilazione può essere:- NATURALE- ARTIFICIALE
Ing. Cusin Cristiano 182
VENTILAZIONE NATURALE IN EDIFICI ALTI
Ing. Cusin Cristiano 183
essere o non essere ......
VENTILARE O NON VENTILARE..... questo è il dilemma
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.
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
L’INCENDIO: La dinamica
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.
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
L’INCENDIO: La dinamica
Ing. Cusin Cristiano 188
PROPAGAZIONE
FILM
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.
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
L’INCENDIO: La dinamica
Ing. Cusin Cristiano 191
FLASH OVER
FILM
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
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
L’INCENDIO: La dinamica
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.
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
L’INCENDIO: La dinamica
Raffreddamento
Ing. Cusin Cristiano 196
VENTILARE IN UN INCENDIO ?
Migliorare la visibilità
Allontanare le fiamme ed i fumi
Abbassare la temperatura
LA VENTILAZIONE CONSENTE DI:
Ing. Cusin Cristiano 197
Prima del FLASH OVER
FLASHOVER
ELIMINARE FUMI E CALORE
ABBASSARE TEMPERATURA EVITARE IL
LA VENTILAZIONE CONSENTE DI:
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
Raffreddamento
INCENDIO GOVERNATO DAL COMBUSTIBILE
INCENDIO GOVERNATO DAL COMBURENTE
Ing. Cusin Cristiano 199
dopo il FLASH OVER
BACKDRAF
Introdurre comburente
che alimenta la combustione
FLIM!
LA VENTILAZIONE CONSENTE DI:
FILM 2
Ignizione
Propagazione
Incendio generalizzato Estinzione
Flash-over (o incendio generalizzato)
Tempo
Temperatura
Raffreddamento
INCENDIO GOVERNATO DAL COMBUSTIBILE
PROBLEMI PERSONE
INCENDIO GOVERNATO DAL COMBURENTE
PROBLEMI ELEMENTI STRUTTURALI
MECCANISMI DI ESTINZIONE
Corso base di specializzazione di prevenzione incendi 202
Ing. Cristiano Cusin 203
INNESCO
203Ing. Cristiano Cusin
TEM
PERA
TURAAUTOCATALISI
PER PREVENIRE INCENDIO DEVO ROMPERE IL ………. ?
TRIANGOLO QUADRILATERO
Ing. Cristiano Cusin 204
·
QUADRILATERO DEL FUOCO
CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE SI MANTENGA LA COMBUSTIONE SONO:
1. PRESENZA COMBUSTIBILE2. PRESENZA COMBURENTE3. PRESENZA TEMPERATURA4. PRESENZA RADICALI LIBERI (autocatalisi)
TEM
PERA
TURAAUTOCATALISI
TEM
PERA
TURAAUTOCATALISI
Ing. Cristiano Cusin 205
perché l’acqua spegne il fuoco ?
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:
RAFFREDDAMENTO
Normalmente per lo spegnimento di un incendio si utilizza una combinazione delle operazioni di esaurimento del combustibile, di soffocamento e di raffreddamento.
SOFFOCAMENTO
ESAURIMENTO DEL COMBUSTIBILE
RICAPITOLANDO
INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI
ANTICATALISI
SOSTANZE ESTINGUENTI
INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI
Scelte sbagliate possono
portare ad amplificare
l'entità dell'incidente
SOSTANZE ESTINGUENTI
INCENDIO E PREVENZIONE INCENDI
Le sostanze estinguenti normalmente utilizzate sono: ACQUA SCHIUMA POLVERI GAS INERTI IDROCARBURI ALOGENATI (HALON) agenti estinguenti alternativi all'halon
213
ACQUA
L’acqua è la sostanza estinguente per antonomasia conseguentemente alla facilità con cui può essere reperita a basso costo.
Azione antincendioLa 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
AttenzioneL’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.)
214
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 combustibileEsse sono impiegate normalmente per incendi di liquidi infiammabili.In base al rapporto tra il volume della schiuma prodotta e la soluzione acqua-schiumogeno 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 antincendioL’azione estinguente delle schiume avviene per:
¨ separazione del combustibile dal comburente¨ raffreddamento.
AttenzioneLa schiuma non può essere usata:
¨ su apparecchiature elettriche sotto tensione
215
liquidi schiumogeni fluoro-proteiniciSono 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 sinteticiSono 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 alcoliSono 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.
216
POLVERI
Le polveri sono costituite da particelle solide finissime a base di bicarbonato di sodio, potassio, fosfati e sali organici.
Azione antincendioL’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
AttenzioneLe 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 apertiDanni alle apparecchiature
217
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 antincendioL’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 gasSOSTANZA AZOTO (% in volume) CO2 (% in volume)acetone 45,2 32,4alcool etilico 49,6 38,5benzolo 47,1 34,3idrogeno 76,4 72,1metano 42,8 31propano 45,6 32,4benzina 45,2 31,9
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:
218
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 antincendioL’azione estinguente degli HALON avviene attraverso :
¨ azione chimica (interruzione chimica della reazione di combustione tramite catalisi negativa)
¨ effetto inertizzante, riduce il campo di infiammabilitਠazione secondarie :soffocamento e raffreddamento
AttenzioneHALON 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.
219
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-410HALON 1201
NAF S-IIIFE-241FE-25
FM-200PF-23FE-13
INERGEN
220
TIPI DI ESTINTORI
• Estintori ad Acqua
• Estintori a schiuma
• Estintori a polvere
• Estintori ad Anidride Carbonica
• Estintori a Idrocarburi Alogenati
Ormai in disuso
Soluzione di acqua e sostanze schiumogene miscelata con aria
Miscela di polveri a base di Bicarbonato di sodio o di potassio o di solfato di ammonio o fosfato di ammonio
Gas incolore, inodore, non nocivo per concentrazioni < 22 %
Attualmente in disuso. Il più usato è stato il bromotrifluorometano (HALON 1301)
SOSTANZA ANTINCENDIO
NATURA DELL'INCENDIO Acqua
Getto Nebulizz. Schiuma Polvere Anidridepieno Vapore Carbonica
Materiali comuni:Carbone, legname, tessuti, carta, paglia
SI SI SI SI SI
Liquidi infiammabili più leggeri dell'acqua e non miscibili: NO SI SI SI SIVernici, benzine, olii, lubrificantiLiquidi infiammabili più leggeri dell'acqua o più pesanti anche non miscibili: SI SI SI SI SIAlcooli, acetone, acrilonitrile, acido acetico, clorobenzoloSostanze comburenti:Nitrati, Nitriti Permanganati, clorati, perclorati
SI NO NO NO NO
Sostanze reagenti, pericolosamente con l'acqua:Carburo di calcio, sodio, potassio, acidi forti, metalli fusi
NO NO NO SI SI
Gas infiammabili:Etilene, idrogeno, gas liquefatti, metano, acetilene, CO
NO SI NO SI SI
Apparecchiature elettriche:Motori elettrici, cabine elettriche, interruttori, trasformatori
NO NO NO SI SI
Costruzioni particolari:Apparecchiature delicate, quadri, documenti, tappeti e mobili d'arte
NO NO NO SI SI