Combustione di liquidi e solidi - Forum Prevenzione Incendi

Combustione di liquidi e solidi - Forum Prevenzione Incendi

Le sostanze utilizzate nei sistemi di estinzione Prof. Ing. Barbara Mazzarotta Dip. Ing. Chimica, Materiali e Ambiente Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Le sostanze estinguenti hanno il compito di contrastare le reazioni di combustione combustibile + comburente (ossigeno) la reazione procede attraverso la formazione di specie chimiche molto reattive (radicali liberi). Le reazioni di combustione sono esotermiche sviluppano calore La fase di formazione dei radicali endotermica richiede che al sistema sia fornita energia

inizialmente attraverso un innesco successivamente, attraverso il calore generato dalla reazione Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Le condizioni che devono essere tutte soddisfatte contemporaneamente perch si abbia una combustione sono: (1) presenza di combustibile (2) presenza di un comburente combustibile e comburente devono essere tra loro in proporzioni adeguate (3) un apporto di calore (4) che la catena delle reazioni di formazione dei radicali non si interrompa Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Meccanismi di azione degli estinguenti:

Riduzione dellapporto di combustibile Riduzione dellapporto di comburente Riduzione dellapporto energetico Interruzione della catena di reazione I vari estinguenti possono agire secondo uno o pi di questi meccanismi in funzione di: caratteristiche chimico-fisiche stato fisico modalit di erogazione Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Riduzione dellapporto di combustibile

riduzione del flusso di combustibile liquido o gassoso rimozione del combustibile solido dal percorso del fuoco raffreddamento del combustibile solido o liquido altobollente diluizione del combustibile liquido per miscelazione con un altro liquido soffocamento, ricoprendo il combustibile con uno strato di gas inerte, di schiuma, o di liquido pi leggero. Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Riduzione dellapporto di comburente Per sostenere la combustione, la concentrazione del combustibile in aria, in cui lossigeno il 21%, deve ricadere nellintervallo di infiammabilit La riduzione del tenore di ossigeno si pu ottenere

riducendo la concentrazione di ossigeno si porta la miscela al di fuori delle condizioni di infiammabilit. introducendo in un ambiente, chiuso, un gas inerte per soffocamento, ossia limitando, o impedendo, il contatto tra combustibile e aria. inefficace per i combustibili auto-ossidanti contengono ossigeno allinterno della propria molecola Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Riduzione dellapporto energetico Raffreddando la fiamma si riduce lenergia disponibile per la reazione di formazione dei radicali si riduce la velocit con cui procede la reazione di combustione Il metodo di raffreddamento pi efficace quello di utilizzare un liquido che abbia

elevata capacit termica soprattutto, elevato calore di vaporizzazione il liquido vaporizza per lelevata temperatura della fiamma. Generalit sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Interruzione della catena di reazione Lagente estinguente realizza una inibizione chimica della fiamma liberando delle sostanze in grado di reagire preferenzialmente con i radicali su cui si basa la reazione di combustione La concentrazione di radicali disponibili per il mantenimento della combustione si riduce o si annulla La reazione rallenta o si arresta Tipologie di incendi e di sostanze estinguenti Gli incendi sono classificati in base alle caratteristiche del combustibile coinvolto :

classe A classe B classe C classe D classe E incendi di materiali solidi; incendi di liquidi infiammabili; incendi di gas infiammabili; incendi di metalli combustibili incendi connessi ad apparecchiature e impianti elettrici. Tipologie di incendi e di sostanze estinguenti Le sostanze estinguenti possono essere classificate come segue:

acqua schiume gas inerti polveri fluidi che interferiscono con la reazione di combustione aerosol Tipologie di incendi e di sostanze estinguenti Non tutte le sostanze estinguenti possono essere utilizzate per tutte le tipologie di incendi: va evitato luso di estinguenti incompatibili ad esempio, acqua, per incendi di quadri elettrici la scelta va indirizzata in base a natura e caratteristiche dei prodotti combustibili

caratteristiche degli ambienti da proteggere Acqua Meccanismi di azione riduzione apporto energetico riduzione apporto comburente la vaporizzazione di 1 kg di acqua asporta 540 kcal 1 litro di acqua forma 1.7 m3 di vapore dacqua inerte riduzione apporto comburente raffredda il combustibile (solido o liquido alto bolente) pu diluire il combustibile liquido (se miscibile)

pu soffocare il combustibile liquido (se immiscibile e pi leggera) pu creare problemi se immiscibile e pi pesante del combustibile liquido Acqua Impiego incendi di classe A e B (solidi e liquidi) idranti e impianti sprinklers con getti di varia potenza water mist: goccioline finissime Incompatibilit apparecchiature elettriche in tensione; sostanze che reagiscono in modo violento con lacqua

metalli alcalini, carburi, composti metallorganici e idruri, magnesio, zinco e alluminio a alta T, metalli fusi; sostanze che reagiscono con lacqua originando composti tossici o corrosivi oggetti che si danneggiano a contatto con lacqua Schiume Sono formate a partire da soluzioni di schiumogeni (36%) in acqua Meccanismi di azione inizialmente, soffocamento successivamente, raffreddamento la schiuma forma un velo sulla superficie del combustibile lacqua scola dalla schiuma e raffredda il combustibile Classificazione

bassa espansione: 1:5-1:20 media espansione: 1:20-1:200 alta espansione: 1:200-1:1000 Schiume Tipologie chimiche: si forma CO2 che espelle la schiuma meccaniche: aerate meccanicamente Impiego incendi di classe A e B (solidi e liquidi) sistemi fissi e mobili in getti a bassa potenza

a base di agenti proteici, fluoro-proteinici, sintetici, fluoro-sintetici, resistenti agli alcoli a bassa e media espansione: soprattutto allaperto ad alta espansione: soprattutto al chiuso Incompatibilit le stesse dellacqua Gas inerti Azoto (N2), anidride carbonica (CO2), argon (Ar), vapore dacqua e miscele commerciali Argonite (50% N2 - 50% Ar) Inergen (52% N2 - 40% Ar - 8% CO2) Meccanismi di azione

riduzione dellapporto del comburente lossigeno viene diluito dallinerte fino a portarsi al di sotto della concentrazione necessaria a mantenere la combustione sono pi efficaci in ambienti chiusi o con scarsa ventilazione utilizzando CO2 c un effetto di raffreddamento la temperatura si porta a -79C e si forma anidride carbonica solida (ghiaccio secco) Gas inerti Il quantitativo necessario dipende dalle caratteristiche di gas inerte e combustibile Combustibile Acetone Alcool etilico Benzene Benzina Idrogeno Metano Propano

Azoto (% in volume) 45.2 49.6 47.1 45.2 76.4 42.8 45.6 Anidride carbonica (% in volume) 32.4 38.5 34.3 31.9 72.1 31.0 32.4 Gas inerti Impiego

soprattutto su incendi di classe B e C (liquidi e gas) e su incendi di classe E (apparecchi elettrici in tensione) sistemi fissi ed estintori portatili (anidride carbonica) Incompatibilit praticamente nessuna per estinguenti gassosi per lanidride carbonica oggetti che non resistono a brusche variazioni di temperatura e a temperature molto basse; presenza di metalli alcalini e idruri metallici; incendi di prodotti che contengano direttamente nella loro molecola ossigeno sufficiente a mantenere la combustione. Polveri Tipologie polveri chimiche (standard o polveri B-C)

polveri polivalenti (multiuso o polveri A-B-C) costituite da sali di ammonio (in prevalenza fosfati e solfati). polveri inerti: (polveri D) costituite essenzialmente da bicarbonato di sodio e di potassio. costituite da prodotti inerti, come grafite e allumina. Meccanismi di azione inibizione chimica della combustione soffocamento si decompongono generando prodotti che interferiscono con la reazione di combustione e inerti Polveri

Requisiti elevata superficie specifica buona fluidit e una certa idrorepellenza per evitarne limpaccamento. Impiego incendi di classe E (apparecchiature elettriche) linibizione chimica si esplica per adsorbimento delle specie radicaliche sulla superficie del solido; in funzione del tipo di polvere, incendi di classe A, B, C e D

prevalentemente in estintori mobili Incompatibilit oggetti delicati in cui la polvere possa penetrare Fluidi che interferiscono con la reazione di combustione Meccanismi di azione terminazione della reazione a catena di combustione; soffocamento; nel caso di liquidi, che vaporizzano alla temperatura dellincendio, anche un certo raffreddamento. Tipologie halons (halogenated hydrocarbons)

CFC clorofluorocarburi: vietati clean agent halocarbons HCFC idroclorofluorocarburi: vietati a partite dal 2015 HFC idrofluorocarburi FC fluorocarburi FK fluorochetoni Fluidi che interferiscono con la reazione di combustione Alcuni clean agent halocarbons Prodotto Nome commerciale Nome chimico Formula chimica CF3I triodide

Trifluoroiodiometano CF3Cl FC-3-1-10 CEA 308 Perfluoropropano CF3CF2CF3 FC-2-1-8 CEA 410 Perfluorobutano C4F10 FK-5-1-12 Novec Esafluorochetone CF3CF2COCF(CF3)2 HCFC-124 FE-241

Clorotetrafluoroetano CHClFCF3 HFC-125 FE-25 Pentafluoroetano CHF2CF3 HFC-227ea FM-200 Eptafluoroetano CF3CHFCF3 HFC-23 FE-13 Trifluorometano CHF3 HFC-236fa FE-36

Esafluoropropano CF3CH2CF3 Fluidi che interferiscono con la reazione di combustione Impiego su tutti incendi, in particolare quelli di classe B ed E, in ambienti chiusi o con poca ventilazione; non lasciano residui e non provocano brusco raffreddamento; non causano riduzione del livello di ossigeno nellambiente. per lo pi allo stato di gas liquefatto in bombole a pressione munite di gas propellente per la scarica. Incompatibilit:

prodotti che contengano nella molecola ossigeno sufficiente a mantenere la combustione; materiali ossidanti o soggetti a decomposizione termica; presenza di metalli o idruri reattivi. Aerosol Miscele di gas inerti e sali di metalli alcalini Meccanismi di azione interferenza con la reazione di combustione per inibizione chimica sulla superficie del solido; il solido (circa il 40% in massa dellaerosol) in forma di particelle finissime che offrono una notevole superficie. soffocamento da parte del gas inerte azoto, anidride carbonica o vapore dacqua. Aerosol

Impiego tutti gli incendi, tranne quelli di classe D (metalli combustibili). Incompatibilit metalli reattivi, come magnesio o alluminio; sostanze piroforiche, quali il fosforo bianco e composti metallorganici; prodotti ossidanti, come clorato o nitrato di sodio; prodotti che contengano nella molecola ossigeno sufficiente alla combustione. Conclusioni Nella scelta di una sostanza estinguente occorre tenere ben presenti

le caratteristiche dei beni da proteggere; la tipologia di ambiente in cui essi si trovano. In ambito museale i beni da proteggere possono essere danneggiati da le dimensioni e le caratteristiche degli ambienti agenti estinguenti a base dacqua, polveri e shock termici; possono rendere poco efficace lutilizzo di gas inerti. Sembrano pi adatti i fluidi inibitori della combustione Conclusioni Occorre verificare sempre attentamente la loro compatibilit con i manufatti da proteggere

contengono fluoro e cloro Soluzioni alternative impiego di aerosol sistemi di protezione fissa basati su sprinklers Per minimizzare i danni da bagnamento si pu ricorrere alla tecnica water mist, con goccioline finissime che vaporizzano molto rapidamente

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