16-"Combustione e Sostanze Pericolose"257pag.

Comando Provinciale Vigili del Fuoco Reggio Calabria Ordine degli Architetti Pianificatori Paesagisti Conservatori Corso base di specializzazione di prevenzione incendi art.16 Dlgs 139/2006

GeneralitĂ sulla combustione e sostanze pericolose Direttore Vice Dirigente Collini ing. Emilio

PROGRAMMA ODIERNO Reazione chimica Generalità sulla combustione Velocità di combustione La combustione Il triangolo del fuoco Tecniche di spegnimento Classificazione degli incendi Le fonti principali di innesco I prodotti dell’incendio I parametri fisici della combustione Combustione dei solidi Combustione dei liquidi Combustione dei gas Le fasi dell’incendio Effetti dell’incendio sulle persone Principali gas della combustione Principali cause d’incendio Accorgimenti comportamentali di prevenzione Sostanze pericolose

Reazione chimica Una reazione chimica consiste nella ridistribuzione degli atomi in molecole o aggregati diversi da quelli esistenti precedentemente e quindi nella formazione di sostanze nuove, costituite dagli stessi elementi (atomi) da cui hanno preso origine.

Queste trasformazioni comportano solitamente la rottura di alcuni legami nei reagenti e la formazione di nuovi legami che andranno appunto a caratterizzare i prodotti.

Reazione chimica Tutte le reazioni chimiche possono essere rappresentate attraverso equazioni chimiche, nelle quali a sinistra vengono scritti tutti i reagenti, a destra tutti i prodotti e fra di essi si pone una freccia che indica il verso della reazione: Reagenti ----------> Prodotti Il termine equazione sta a significare che in ognuna di queste reazioni chimiche tutto ciò che sta prima della freccia, cioè i reagenti, viene convertito in uno o piÚ prodotti: in questo passaggio nulla viene disperso (nulla si crea e nulla si distrugge ma tutto si trasforma Lavoisier 1772).

Reazione chimica Una reazione è completa quando nello stato finale le sostanze reagenti non sono più presenti o lo sono in quantità trascurabili ovvero tutti i reagenti si sono ricombinati trasformandosi in prodotti.

Per realizzare una reazione chimica completa occorre mettere insieme atomi e molecole delle varie sostanze in quantità proporzionali ai numeri indicati nella rispettiva equazione.

Tali numeri prendono il nome di coefficienti stechiometrici.

Reazione chimica Inoltre, per la conservazione della massa, la somma degli atomi di ciascun elemento al primo membro è uguale alla somma degli stessi atomi al secondo membro.

Nella reazione mostrata in figura la molecola di ossigeno reagisce con due molecole di idrogeno formando due molecole d’acqua.

Si noti che il bilancio complessivo degli atomi a sinistra e a destra della freccia è rimasto invariato, infatti il numero di atomi di idrogeno H presenti a sinistra della freccia è 4 e il numero degli atomi di ossigeno è 2.

La proporzione tra idrogeno e ossigeno si dice che è 2:1

Reazione chimica Una reazione è incompleta o parziale quando nello stato finale oltre ai prodotti della reazione è presente ancora una parte più o meno cospicua delle sostanze reagenti.

Analizzando nel particolare la combustione del metano si ha che la reazione stechiometrica di combustione è: CH4 + 2O2 -----------> CO2 + 2H2O

Reazione chimica Nella pratica non si brucia mai secondo la reazione stechiometrica.

Questo perché rispettando le giuste quantità si rischia di avere incombusti; ecco perché generalmente si cerca sempre di favorire un eccesso d'aria (o di ossigeno).

Stechiometricamente per 1 volume di metano servono 9,52 volumi di aria, nella realtà si ha che il rapporto metano/aria è di circa 1:10.

Generalità sulla combustione Si definisce combustione qualunque reazione chimica nella quale un combustibile, sostanza ossidabile, reagisce con un comburente, sostanza ossidante, liberando energia, in genere sotto forma di calore.

Nella definizione il termine ossidazione va inteso nel significato che ha in chimica, cioè come perdita di elettroni ovvero gli elettroni passano dal combustibile al comburente.

Quando più atomi entrano in competizione per gli stessi elettroni, i più elettronegativi hanno il sopravvento e attirano verso di sé gli elettroni contesi.

GeneralitĂ sulla combustione In particolare i combustibili, entrando in contatto con i comburenti, perdono elettroni (si ossidano), mentre i comburenti acquistano elettroni (si riducono).

L'ossigeno, che è fortemente elettronegativo, riesce a strappare elettroni a tutti gli elementi con la sola eccezione del fluoro, l'elemento piÚ elettronegativo in assoluto.

GeneralitĂ sulla combustione Vediamo cosa succede nella combustione piĂš semplice, quella che coinvolge idrogeno ed ossigeno: Energia di attivazione

2H2

+

Due molecole di Idrogeno allo stato di gas

Calore

O2 Una molecole di ossigeno allo stato di gas

2(H2O) Due molecole di acqua allo stato di gas

All'inizio nelle molecole di idrogeno ed ossigeno gli elettroni di legame sono egualmente condivisi tra gli atomi, come è logico che avvenga tra atomi identici.

Nel prodotto di reazione, invece, gli elettroni di legame sono di fatto completamente spostati verso l'ossigeno, piĂš elettronegativo.

GeneralitĂ sulla combustione Analogamente, nella combustione del carbonio: C + O2 --------------> CO2 + Energia Ogni atomo di carbonio mette in comune all'inizio i suoi elettroni di legame con gli altri atomi di carbonio.

Nel prodotto di reazione con l'ossigeno gli elettroni di legame risultano tutti spostati verso l'ossigeno, piĂš elettronegativo.

Generalità sulla combustione Ma come si spiega la liberazione di calore e quindi l'esotermicità delle reazioni di combustione?

Nelle reazioni di combustione i reagenti hanno più energia dei prodotti di reazione e la differenza di energia tra reagenti e prodotti è pari al calore emesso. (nulla si crea nulla si distrugge ma si trasforma)

Generalità sulla combustione Le sostanze combustibili più comuni sono, in larga parte, composte di idrogeno e carbonio e si presentano generalmente sotto la forma solida, liquida, gassosa (derivati del legno, del petrolio ed il metano).

Il comburente è quasi sempre l’ossigeno dell’aria

Generalità sulla combustione L’innalzamento della temperatura si manifesta con l’emissione di onde elettromagnetiche nel campo del visibile.

La zona di reazione appare allora luminosa e si parla di fiamme.

Nelle combustioni in aria di sostanze che contengono nella loro molecola idrogeno e carbonio si ha quindi formazione di acqua, liquida o vaporizzata, e di anidride carbonica.

Se però l'aria non è sufficiente ad ossidare completamente il carbonio (reazione incompleta) si ha presenza, più o meno forte, di ossido di carbonio (meglio conosciuto come monossido di carbonio)

Generalità sulla combustione Mescolati ai prodotti di reazione del carbonio e dell’idrogeno si trovano di solito i prodotti di reazione dello zolfo, presente in quasi tutti i combustibili, gas inerti come l'azoto, gas derivanti dalla decomposizione termica di eventuali sostanze organiche, ed infine incombusti e residui minerali chiamati fumi.

Quindi a seguito di una combustione si ha produzione di calore, fiamme, gas e fumi.

Velocità di combustione La combustione è un processo di ossidazione che in natura, di solito, ha luogo in presenza di ossigeno atmosferico.

Come tutte le reazioni che liberano energia, anche le combustioni dovrebbero avvenire spontaneamente.

PerchÊ si verifica allora che materiali combustibili in presenza dell’ossigeno rimangono in uno stato di "letargo" senza che nulla accada?

Le molecole "reagenti" devono infatti scontrarsi tra loro e ri-arrangiare opportunamente i loro atomi prima di riuscire a formare le molecole "prodotti".

Velocità di combustione Il ri-arrangiamento degli atomi può richiedere una elevata energia, detta appunto energia di attivazione, e non tutte le molecole che si scontrano hanno energia sufficiente a superare la barriera di attivazione.

Questa è la ragione per cui in un'atmosfera piena di ossigeno, non tutto ciò che è combustibile (inclusi noi stessi) prende fuoco (un foglio di carta in aria non brucia se non viene fornita un’adeguata energia di attivazione che da inizio alla reazione di combustione).

Velocità di combustione L'energia posseduta dalle molecole è di tipo cinetico, cioè legata al loro moto e quindi alla temperatura.

Più alta è la temperatura, più veloci si muovono le molecole, e quindi più probabile è che nell’urto superino la barriera di attivazione.

La temperatura è il parametro che più influenza la velocità di reazione.

Tutte le reazioni accelerano all'aumentare della temperatura perché le molecole, più veloci, collidono tra loro con maggior frequenza ed efficacia

VelocitĂ di combustione A bassa temperatura le molecole si urtano senza reagire.

Al contrario ad alta temperatura reagiscono tra di loro in quanto l'energia d'urto è superiore all'energia di attivazione.

A tal proposito si veda la figura dove viene rappresentato, partendo dal lato sinistro, il caso in cui comburente e combustibile si urtano senza dar vita a prodotti di reazione e il caso in cui il livello energetico è tale, invece, da permettere una vera e propria reazione di combustione con la produzione di calore e prodotti finali diversi da quelli iniziali.

Velocità di combustione Il concetto di energia di attivazione è illustrato nella figura che segue: la sfera non può precipitare dal livello superiore a quello inferiore liberando l'energia potenziale se prima non supera la barriera di attivazione.

Un catalizzatore fa procedere la reazione più velocemente perché fornisce un percorso alternativo in cui la barriera di attivazione è più bassa (curva b).

Al contrario l’inibitore rallenta la reazione perché innalza la barriera stessa (curva c).

Velocità di combustione Ma da cosa è costituita, in realtà, la barriera di attivazione?

Una spiegazione convincente si può trovare nella teoria dello stato di transizione.

Secondo questa teoria, ogni reazione per aver luogo deve superare una "cima di collina" rappresentata da un livello energetico, tipico dei complessi attivati, superiore al livello iniziale.

La velocità di reazione oltre ad essere fortemente influenzata dalla temperatura e dall’energia di attivazione, dipende inoltre dalla concentrazione, cioè dal numero per unità di volume, di complessi attivati che si formano nella miscela combustibile-comburente.

La concentrazione dei complessi attivati dipende a sua volta dalla temperatura.

VelocitĂ di combustione Sopra una certa temperatura detta temperatura di accensione o temperatura di ignizione, si verificano un gran numero di collisioni e la concentrazione dei complessi attivati aumenta e si verifica la combustione.

Sotto questa temperatura le collisioni molecolari sono poco probabili e la combustione procede perciò in forma lenta o latente.

Se poi, in un volume abbastanza grande, combustibile e comburente, ben miscelati, si portano alla temperatura di accensione, la liberazione di energia può avere l'andamento di una esplosione.

VelocitĂ di combustione Meccanismo radicalico Le reazioni di combustione avvengono attraverso un meccanismo a catena: u una prima reazione (iniziazione) porta alla formazione di specie molto reattive (radicali) generate per effetto termico u in una seconda reazione (propagazione) il primo radicale entra in reazione originando un secondo radicale; questo, in uno stadio successivo reagisce originando ancora un altro radicale e cosĂŹ via u a partire da questo momento il ciclo di reazioni si ripete (ramificazione), fino a quando non intervengono reazioni di rottura della catena con formazione di sostanze inerti (terminazione) Il radicale presenta un elettrone spaiato : tale elettrone rende il radicale estremamente reattivo, in grado di legarsi ad altri radicali o di sottrarre un elettrone ad altre molecole vicine

La combustione La combustione è una reazione chimica sufficientemente rapida di una sostanza combustibile con un comburente che dà luogo allo sviluppo di: calore, fiamma, gas caldi, fumo e luce.

La combustione può avvenire con o senza sviluppo di fiamme superficiali.

La combustione senza fiamma superficiale si verifica generalmente quando la sostanza combustibile non è più in grado di sviluppare particelle volatili e in questo caso si parla di braci.

L’incendio è una combustione rapida e “non controllata”.

INCENDIO e FUOCO L’incendio: Combustione sufficientemente rapida e non controllata che si sviluppa senza limitazioni nello spazio e nel tempo.

Fuoco : combustione limitata nello spazio e nel tempo.

La combustione Le condizioni necessarie per avere una combustione sono la contemporanea presenza di:

La combustione Il combustibile

COMBUSTIBILE: qualsiasi sostanza (solida, liquida, polvere, gassosa) in grado di bruciare

La combustione Il comburente

COMBURENTE: sostanza che consente e favorisce la combustione; il piÚ importante è l'ossigeno presente al 21% in volume nell'aria.

Un gas comburente partecipa alla combustione, la attiva e la mantiene anche in assenza di aria.

Il piÚ noto e diffuso comburente è l'ossigeno (O2).

Altri comburenti a base d'ossigeno sono il protossido di azoto (N2O), il biossido di azoto (NO2), l'ossido di azoto (NO).

Nella categoria dei comburenti rientrano anche gli alogeni (fluoro e cloro) e quindi le sostanze capaci di liberarli.

I gas comburenti sono ordinariamente conservati compressi o liquefatti.

La combustione Il comburente

L'ossigeno è una sostanza molto pericolosa in quanto nelle atmosfere sovraossigenate esiste un altissimo rischio di incendio.

Il rischio diventa elevato a concentrazioni di O2 superiori al 30%.

Nelle atmosfere sovraossigenate, in caso di presenza di gas infiammabile: · Il campo di infiammabilità si allarga poiché cresce il L.S. ( il L.S. del metano passa dal 15% al 61%); · Aumenta la velocità di propagazione dell’incendio nel metano si passa da 0,4 m/s a circa 40 m/s; · Diminuisce l’energia minima di innesco nel metano si passa da 0,3 mj a 0,003 mj (circa 100 volte inferiore); · Aumenta la temperatura teorica di combustione nel metano da 2000°C fino a 3000°C · Si abbassa la temperatura di autoaccensione.

La combustione Il comburente

Quasi tutte le sostanze sono combustibili in ossigeno puro, pertanto un aumento di concentrazione di ossigeno può cambiare la classificazione di una sostanza da non infiammabile ad infiammabile.

In atmosfere ricche di ossigeno il corpo umano brucia vigorosamente.

La combustione La maggior parte delle combustioni avviene in fase gassosa.

Ciò risulta ovvio per i combustibili che si presentano già come gas, ma vale anche per quelli liquidi e solidi.

Infatti, nel caso dei combustibili liquidi, si ha prima una evaporazione del liquido (le molecole di combustibile che si trovano in fase liquida per effetto della temperatura passano in fase gassosa) e successivamente avviene la combustione della fase aeriforme.

La combustione Anche nei solidi si ha prima un passaggio dalla fase solida a quella di vapore di alcune sostanze che bruciano subito e solo successivamente si ha la combustione del carbonio nel residuo.

Indipendentemente dal tipo di combustibile da cui provengano, i gas combustibili si trovano a reagire con l’ossigeno: il comburente.

Una volta che la reazione di combustione ha avuto inizio in un punto, il calore si propaga e riscalda le zone circostanti, tale riscaldamento determina l’innesco di altre reazioni e quindi la propagazione della combustione.

La combustione l'innesco

SORGENTE DI INNESCO: fonte di energia sotto le varie forme in cui essa può manifestarsi (calore, fiamma, scintilla, attrito.....)

Accensione diretta: quando una fiamma, una scintilla o altro materiale incandescente entra in contatto con un materiale combustibile in presenza di ossigeno Esempi: operazioni di taglio e saldatura, fiammiferi e mozziconi di sigaretta, lampade e resistenze elettriche, scariche statiche.

La combustione l'innesco

Accensione indiretta: quando il calore d’innesco si trasmette tramite convezione, conduzione e irraggiamento termico.

Esempi: correnti di aria calda generate da un incendio e diffuse attraverso un vano scala; propagazione di calore attraverso elementi metallici strutturali degli edifici e/o impianti.

La combustione l'innesco

Attrito: quando il calore è prodotto dallo sfregamento di due materiali.

Esempi: malfunzionamento di parti meccaniche rotanti quali cuscinetti, motori, urti, rottura violenta di materiali metallici.

La combustione l'innesco

Autocombustione o riscaldamento spontaneo: quando il calore viene prodotto dallo stesso combustibile come ad esempio lenti processi di ossidazione.

Esempi: cumuli di carbone, stracci o segatura imbevuti di olio di lino, polveri di ferro o nichel, fermentazione di vegetali.

La combustione l'innesco

Se però l'accensione spontanea è causata da una violenta reazione chimica esotermica con sviluppo di calore tale da provocare l'incendio della sostanza o delle sostanze presenti, è più esatto parlare di incendi provocati da reazioni pericolose e non da autocombustione.

Esempi: fosforo o altri componenti del fosforo che esposti all’aria si incendiano spontaneamente.

Inizialmente si verifica una lenta reazione di ossidazione o processo di fermentazione, con una certa produzione di calore.

Successivamente, dopo giorni o settimane, la temperatura della sostanza può crescere fino a raggiungere valori tali da originare un vero e proprio incendio.

La combustione l'innesco

In non pochi casi il processo si sviluppa senza effetti dannosi come, ad esempio, quando il calore prodotto viene dissipato da una sufficiente ventilazione e la massa non raggiunge mai una temperatura tale da dare inizio ad una ossidazione rapida.

Quando il materiale è ammucchiato in quantità, senza essere però troppo compatto, si ha la maggiore probabilità che si sviluppi un incendio.

La combustione l'innesco

Un altro fattore che può aumentare il rischio di incendio provocato dall'autocombustione è un'alta temperatura del materiale stesso o del locale in cui si trova.

Si può verificare che un materiale con scarsa tendenza all'autocombustione, in condizioni ordinarie di pressione e temperatura diventi pericoloso se: - Conservato in un ambiente molto caldo - Sistemato vicino ad un radiatore - Sistemato in prossimità di una tubazione di vapore.

La combustione il triangolo del fuoco

La combustione si schematizza con un triangolo i cui lati sono costituiti dai tre elementi necessari affinchĂŠ questa si possa sviluppare.

Se manca, o è in quantità insufficiente, uno dei tre elementi la combustione non avviene.

Tali considerazioni sono alla base dei sistemi utilizzati per spegnere gli incendi.

Tecniche di spegnimento Per ottenere l’estinzione dell’incendio si ricorre usualmente a tre sistemi Esaurimento del combustibile: allontanamento o separazione della sostanza combustibile dal focolaio d’incendio

Raffreddamento: sottrazione di calore fino ad ottenere una temperatura inferiore a quella necessaria al mantenimento della combustione

Soffocamento: Separazione del comburente dal combustibile o riduzione della concentrazione di comburente.

Tecniche di spegnimento Azione Chimica: Oltre i 3 sistemi visti in precedenza, esiste anche l'azione chimica di estinzione dell'incendio (azione anti-catalitica o catalisi negativa).

Sono sostanze che inibiscono il processo della combustione (es. halon, polveri).

Gli estinguenti chimici si combinano con i prodotti volatili che si sprigionano dal combustibile, rendendo questi ultimi inadatti alla combustione, bloccando la reazione chimica della combustione. Bloccano i radicali.

Tecniche di spegnimento Normalmente per lo spegnimento di un incendio si utilizza una combinazione delle operazioni di esaurimento del combustibile, di soffocamento, di raffreddamento e di azione chimica.

Un incendio, per ciò che riguarda il comburente, viene alimentato dall’ossigeno contenuto nell’aria.

Ne consegue che l'incendio si caratterizza per il tipo di combustibile e per il tipo di sorgente d’ innesco.

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi La classificazione degli incendi è tutt'altro che accademica, in quanto essa consente l'identificazione della classe d'incendio a cui corrisponde, una precisa azione operativa antincendio, ovvero la scelta opportuna del tipo di estinguente.

Gli incendi si classificano in relazione allo stato fisico dei materiali combustibili.

In particolare gli incendi, o i fuochi, secondo la Norma UNI EN 2:2005, vengono distinti in cinque classi, secondo lo stato fisico dei materiali combustibili.

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi CLASSE A: Incendi di materiali solidi con formazione di braci (carta, cartoni, libri, legna, segatura, trucioli, stoffa, filati, carboni, bitumi grezzi, paglia, fuliggine, torba, carbonella, celluloide, pellicole cinematografiche di sicurezza, materie plastiche, zolfo solido, ...)

A

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi CLASSE B: incendi di liquidi infiammabili e solidi che possono liquefare (petrolio, vernici, nafta, benzina, alcool, olii pesanti, etere solforico, glicerina, gomme liquide, resine, fenoli, zolfo liquido, trementina, ...)

B

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi CLASSE C: incendi di gas infiammabili (metano, propano, g.p.l., cloro, gas illuminante, acetilene, idrogeno, cloruro di metile, ....)

C

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi CLASSE D : Incendi di metalli combustibili e sostanze chimiche contenenti ossigeno comburente (magnesio, potassio, fosforo, sodio, titanio, alluminio, electron (Al-Mg), carburi, nitrati, clorati, perclorati, perossidi ....).

D

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi CLASSE F: Incendi che interessano sostanze usate nelle cucine, in apparecchi di cottura (oli e grassi vegetali o animali). Ăˆ stata recentemente introdotta dalla norma UNI EN2:2005.

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi La classificazione degli incendi consente l’identificazione della classe di rischio d’incendio a cui corrisponde una precisa azione operativa antincendio ovvero un’opportuna scelta del tipo diestinguente.

Un’altra categoria di incendi, non ricadente nei suddetti punti, tiene conto delle particolari caratteristiche degli incendi di natura elettrica nelle apparecchiature in tensione, un tempo definita «CLASSE E» - termine oggi inusuale.

Rientrano in questa categoria gli incendi di trasformatori, armadi elettrici, quadri, interruttori, cavi, ed in generale utilizzatori in tensione.

Tecniche di spegnimento Classe dei Fuochi

La norma UNI EN 2:2005 non definisce una classe particolare per i fuochi in presenza di un rischio dovuto all'elettricitĂ .

Pertanto la norma non comprende i fuochi di "Impianti ed attrezzature elettriche sotto tensione" (vecchia classe E) in quanto, gli incendi di impianti ed attrezzature elettriche sono riconducibili alle classi A o B.

Prodotti dell'incendio

Prodotti dell'incendio Gas di combustione Sono i prodotti della combustione che rimangono allo stato gassoso a temperatura ambiente di riferimento (15° C).

La tipologia di tali gas dipende dal tipo di combustibile, dalla percentuale di ossigeno e dalla temperatura raggiunta nell'incendio.

Nella stragrande maggioranza dei casi, la mortalità per incendio è da attribuire alla inalazione di questi gas che producono danni biologici per anossia o per tossicità .

Prodotti dell'incendio Gas di combustione

Prodotti della combustione Fiamme Le fiamme sono costituite dall'emissione di luce conseguente alla combustione di gas sviluppatisi in un incendio.

In particolare nell’incendio di combustibili gassosi è possibile valutare approssimativamente il valore raggiunto dalla temperatura di combustione dal colore della fiamma.

Prodotti della combustione Il fumo E’ l'elemento più caratteristico dell'incendio perché ne identifica la presenza da grandi distanze.

E’ formato da: Particelle solide, solide sostanze incombuste e ceneri che si formano nel processo di combustione e vengono trascinate dai gas caldi. Normalmente sono prodotte in quantità tali da impedire la visibilità ostacolando l’attività dei soccorritori e l’esodo delle persone.

Prodotti della combustione Il fumo E’ l'elemento più caratteristico dell'incendio perché ne identifica la presenza da grandi distanze.

E’ formato da: Particelle liquide (nebbie o vapori condensati): sono costituite essenzialmente da vapor d’acqua che al di sotto dei 100°C condensa dando luogo a fumo di colore bianco. E’ noto l’effetto irritante del fumo sulle mucose degli occhi e sulle vie respiratorie che si va a sommare alla normale carenza di ossigeno al momento dell’incendio.

Prodotti della combustione Il calore E’ la causa principale della propagazione degli incendi.

Realizza l'aumento della temperatura di tutti i materiali e i corpi esposti, provocandone il danneggiamento fino alla distruzione.

I parametri fisici della combustione La velocità con la quale la propagazione avviene varia notevolmente in relazione alla natura del combustibile, al rapporto tra combustibile e comburente, alle dimensioni dell’ambiente di combustione, ecc.

Non è facile stabilire delle regole che permettano di prevedere la velocità di propagazione della fiamma poiché le variabili del fenomeno risultano troppo numerose.

Si può tuttavia affermare che la velocità di propagazione è tanto maggiore quanto più la quantità di combustibile e quella di comburente risultano tra loro in un rapporto prossimo a quello detto stechiometrico, con cui effettivamente si combinano nella reazione di combustione.

I parametri fisici della combustione Per comprendere il fenomeno della propagazione della combustione risultano molto importanti i seguenti parametri: · limiti di infiammabilità · limiti di esplosività · temperatura di infiammabilità · temperatura di accensione o autoaccensione · temperatura teorica di combustione · aria teorica di combustione · potere calorifico

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilitĂ

Se ci troviamo in un ambiente saturo di vapori/gas combustibili/infiammabili ed abbiamo un innesco (scintilla, fiamma libera, ecc.) cosa succede ?

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilitĂ

Se ci troviamo in un ambiente saturo di vapori/gas combustibili/infiammabili ed abbiamo un innesco (scintilla, fiamma libera, ecc.) cosa succede ?

NULLA

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità Come abbiamo già sottolineato, affinché la combustione avvenga è necessaria la presenza contemporanea di tre elementi: un combustibile, un comburente e una energia di attivazione, che può essere fornita anche attraverso una fonte di innesco.

Affinché la combustione abbia inizio e si propaghi a tutta la miscela, risulta necessario che il rapporto tra combustibile e comburente sia compreso entro certi limiti, noti appunto come limiti di infiammabilità.

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità I limiti di infiammabilità vengono espressi come la percentuale in volume di combustibile nella miscela aria – combustibile.

Si ha un limite inferiore ed un limite superiore di infiammabilità; l’intervallo di concentrazione tra questi due limiti è detto campo di infiammabilità.

La miscelazione tra molecole di combustibile e di comburente (O2) deve essere tale da permettere un’adeguata probabilità di reazione.

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità limite inferiore di infiammabilità: la più bassa concentrazione in volume di vapore/gas al di sotto della quale non si ha accensione in presenza di innesco; l.i.i.

0%

Campo di infiammabilità

x%

l.s.i.

x%

100%

limite superiore di infiammabilità: la più alta concentrazione in volume di vapore/gas al di sopra della quale non si ha accensione in presenza di innesco;

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità Il campo di infiammabilità di ciascun combustibile è molto influenzato da tre parametri: • pressione • temperatura • tenore di ossigeno nella miscela Pressioni più alte tendono ad allargare il campo di infiammabilità, pressioni più basse a restringerlo.

L’aumento della temperatura allarga il campo di infiammabilità e viceversa.

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità L’ampiezza del campo di infiammabilità dei combustibili dipende dalla loro reattività, che a sua volta è determinata dal numero e dall’entità dei legami che tengono insieme gli atomi delle molecole.

L’intervallo compreso tra il limite inferiore e il limite superiore di infiammabilità rappresenta il valore delle concentrazioni di combustibile entro le quali avviene propagazione della fiamma.

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità Una volta avvenuta l’accensione, la turbolenza derivante dalla combustione a causa dell’aumento del volume e dell’espansione termica del gas, sia pure localizzata, favorisce il rimescolarsi del combustibile e del comburente e di conseguenza il propagarsi della reazione.

I parametri fisici della combustione Limiti di infiammabilità La velocità di propagazione risulta nulla in corrispondenza del limite inferiore e superiore di infiammabilità mentre è massima in corrispondenza del rapporto stechiometrico tra combustibile e comburente (concentrazione ideale affinché ogni molecola di combustibile reagisca con l’esatto numero di molecole di comburente).

LIMITI DI INFIAMMABILITĂ€ DI ALCUNI GAS E VAPORI (a temperatura e pressione ambiente ed aria come comburente)

Li % vol Metano 5 Etano 3 Propano 2,1 Butano 1,8 Pentano 1,4 Esano 1,2 Eptano 1,0 Ottano 0,9

Ls % vol 15 12,4 9,5 8,4 7,8 7,4 6,7 6,0

Li% vol Etilene 2,7 Propilene 2,4 Butilene 2,0 Butadiene 2,0 Acetilene 2,5 Benzene 1,3 Toluene 1,2 Xilene 1,1

Ls% vol 37 11 9,6 9,6 80 7,9 7,1 6,4

LIMITI DI INFIAMMABILITĂ€ DI ALCUNI GAS E VAPORI Li % vol Ls % vol Ammoniaca 15 28 Idrazina 4,7 100 Idrogeno 4,0 75 Ossido di carbonio 12,5 74 Solfuro di carbonio 4,0 44 Ossido etilene 3,0 100

Limiti di infiammabilità di alcuni combustibili in miscela con diversi ossidanti a 25 °C e P atm.

Aria Li Ls

Ossigeno Li Ls

Cloro Li Ls

Metano

5 15

5,1 61

5,6 70

Etano

3 12,4 3

66

Etilene

2,7 36

2,9

80

Idrogeno

4 75

4

94

6,1 58 4

89

Regola di Le Chatelier 100 Li = ----------------------c1 c2 cn ---- + ---- + ---l1 l2 ln dove Li = limite inferiore della miscela in aria c1, c2, ‌ cn = % di ciascun combustibili presente nella miscela senza aria nÊ gas inerti (c1+c2+..cn = 100 %) l1, l2,‌ ln = limiti inferiori dei singoli componenti

Esempio di applicazione della regola di Le Chatelier ad un gas naturale metano etano propano butano

80% 15% 4% 1%

(limite inferiore (" " (" " (" "

5,0%) 2,9%) 2,1%) 1,8%)

100 Li = -------------------------------------------- = 4,2% 80/5,0 + 15/2,9 + 4,0/2,1 + 1,0/1,8

Limiti di infiammabilitĂ di miscele binarie idrogenometano, idrogeno propano e idrogeno-ossido di carbonio Composizione della miscela % vol.

H2 CH4 C3H8 CO Idrogeno

metano

propano

23,08 50 28,57 42,85 50 77,78 6,24 24,97 50,0 64,32 83,33

76,92 50 -

71,43 57,15 50 22,22 -

Limite inferiore % vol.

Sperim.

Calcolato

mon. Carb

93,76 75,03 50,0 35,68 16,67

5,0 4,63 2,80 3,04 3,10 3,67 12,03 8,69 6,40 5,55 4,70

4,73 4,44 2,43 2,64 2,75 3,33 11,04 8,17 6,06 5,28 4,51

Limiti di infiammabilitĂ di miscele ternarie Composizione della miscela % vol H2 CH4 C2H4 C3H8 CO Idrogeno

metano

etilene

propano

mon. Carb.

7,70 40,00 33,34 12,50 8,33 40,00 33,40 51,00 14,29 7,15 33,33 83,33

84,60 40,00 33,33 12,50 83,34 40,00 33,30 29,40 14,29 85,70 33,33 8,34

7,70 20,00 33,33 75,00 -

8,33 20,00 33,30 19,60 71,42 -

7,15 33,34 8,33

Limite inferiore % vol Sperim. Calcolato 5,12 4,25 4,05 3,57 4,88 3,98 3,83 3,97 2,83 5,56 6,07 4,46

4,61 3,93 3,66 2,99 4,40 3,69 3,31 3,63 2,57 5,13 5,66 4,31

La legge di Le Chatelier è valida per le seguenti miscele •alcol etilico-acetato di etile-toluene •alcol metilico-etere etilico •alcol etilico-benzene-cicloesano •alcol metilico-acetone •alcol etilico-etere etilico-metilcicloesano •acetato di etile-benzene •alcol etilico-benzina •acetone-etere etilico •alcol etilico-benzina-etere etilico •acetone-metil etil chetone •alcol isopropilico-benzina •alcol etilico-alcol metilico

La legge di Le Chatelier non è valida per le seguenti miscele •alcol etilico-benzene •solfuro di carbonio-etere etilico •cloruro di etile-bromuro di metile

Limiti di infiammabilitĂ di alcuni gas/vapori e di alcune polveri Li, % vol.

Li, mg/L

Ls, % vol.

Ls, mg/L

38 35 47 70 3,7

15 36 7,9 13 75

126 700 300 390 270

Gas/Vapori metano etilene benzene acetone idrogeno

5,0 2,7 1,3 2,6 4,0

Polveri acido acetilsalicilico acido benzoico resina epossidica fenolo formaldeide polietilene

15 11 12 15 38

2-6 g/L " " " "

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività L’esplosione è il risultato di una rapida espansione di gas determinata da una reazione di combustione molto rapida.

Affinché una esplosione abbia luogo necessita quindi, di un combustibile, un comburente e un innesco.

Se uno di questi tre elementi manca o le proporzioni non sono giuste l’esplosione non si verifica.

Le sostanze in grado di produrre esplosioni di grande rilevanza sono: • miscele infiammabili di gas o vapori • polveri combustibili sospese in aria • esplosivi (per decomposizione) N.B. Per scoppio si intende normalmente la rottura meccanica di un recipiente.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Quando la reazione di combustione si propaga alla miscela infiammabile non ancora bruciata con una velocità minore di quella del suono, l'esplosione è chiamata deflagrazione (velocità tipiche sono intorno ai 100 m/s).

Quando la reazione procede nella miscela non ancora bruciata con una velocità superiore a quella del suono l'esplosione è detta detonazione (velocità tipiche sono generalmente maggiori di 1.000 m/s).

I picchi di pressione possono avere valori da 10 kN/mq a 1.500 kN/mq. (1 bar =100 kN/mq)

Palloncini di butano

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Gli effetti distruttivi delle detonazioni sono maggiori rispetto a quelli delle deflagrazioni.

La rapida e localizzata liberazione di energia determinata dall’esplosione è accompagnata da produzione di calore, ed effetti meccanici.

La pressione generata dall’onda di combustione (velocità di fiamma) dipende: • dalla velocità di propagazione della fiamma • dallo sviluppo della pressione stessa al di fuori della nube gassosa, governata dalle condizioni ambientali.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Il verificarsi o meno di una esplosione dipende, oltre che dalle caratteristiche della miscela, dalla pressione e dalla temperatura.

Affinché l’esplosione possa avvenire occorre che la composizione della miscela sia compresa entro certi limiti detti di esplosività. All’esterno di tali limiti la miscela può ancora reagire, ma con velocità bassa non esplosiva.

Il campo di esplosività è quindi interno al campo di infiammabilità.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Limite inferiore di esplosività Il limite inferiore di esplosività rappresenta la minima concentrazione di combustibile, in fase gas, presente nella miscela aria-combustibile che consente a quest'ultima, se innescata, di reagire dando luogo ad una esplosione.

Limite superiore di esplosività Il limite superiore di esplosività rappresenta la massima concentrazione di combustibile, in fase gas, presente nella miscela aria-combustibile che consente a quest’ultima, se innescata, di reagire dando luogo ad una esplosione.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Il campo di esplosività può essere molto ampio per certe miscele e molto ristretto per altre: • la miscela acetilene-aria è esplosiva entro i limiti del 3 e 53% in volume di acetilene; • quella idrogeno-aria fra il 10 ed il 66% in volume di idrogeno; • la miscela benzina-aria è esplosiva all’incirca entro i limiti dell’1 e 6% in volume di vapori del combustibile.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Qualitativamente si può affermare che: • le probabilità di esplosione crescono nell’intorno della composizione stechiometrica; • un intervallo ampio di infiammabilità, come ad esempio quello dell’idrogeno che va dal 4 al 75% in volume, è indice di particolare reattività e quindi di rischio di esplosione; • un intervallo ristretto di infiammabilità fa pensare, all’opposto, ad un evolversi lento della combustione.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosivitĂ Si passerĂ dunque dal triangolo del fuoco a quello che viene chiamato pentagono delle esplosioni.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Il combustibile può essere costituito oltre che dagli esplosivi propriamente detti anche da gas, vapori e nebbie infiammabili o polveri combustibili.

Il comburente è l’ossigeno (che in alcuni casi può essere presente nelle molecole del combustibile) o più frequentemente l’aria.

Il grado di dispersione del combustibile nel comburente.

Infatti per avere un’esplosione il combustibile ed il comburente devono trovarsi in proporzioni opportune, cioè entro i limiti di esplodibilità.

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosivitĂ In relazione al grado di confinamento per le miscele si distinguono tre tipi di esplosioni, ossia: Esplosioni confinate, in contenitori resistenti alla pressione.

In queste esplosioni la pressione raggiunge i massimi valori possibili (in genere tra gli 8 ed i 10 bar) Esplosioni semiconfinate.

In queste esplosioni la sovrappressione può variare da alcune decine di millibar ad alcuni bar

I parametri fisici della combustione Esplosioni e limiti di esplosività Esplosioni non confinate (UVCE), (UVCE) in cui la miscela forma una nube in ambiente aperto ed in condizioni teoricamente isobare.

In questi casi la sovrappressione può andare da pochi millibar ad alcune decine e centinaia di millibar.

Si può avere flash fire o UVCE: è assai più probabile la prima evenienza che non la seconda.

La conseguenza più grave per il flash fire è la radiazione termica, mentre per una UVCE è l’onda di pressione.

I parametri fisici della combustione Esplosioni di polveri Si è visto, trattando dei combustibili solidi, come uno dei parametri più importanti al fine di determinare la loro infiammabilità sia appunto il loro grado di polverizzazione (pezzatura).

La polverizzazione infatti aumenta la superficie esposta all’aria e quindi suscettibile di reazione.

Una nube di polveri combustibili (metalli, materie plastiche, prodotti agricoli) si può quindi assimilare ad una miscela infiammabile di gas, tanto più pericolosa quanto più piccola è la dimensione media delle particelle di polvere.

Una nube di polveri combustibili si può assimilare ad una miscela infiammabile di gas, tanto più pericolosa quanto più piccola è la dimensione media delle particelle di polvere.

Si intendono per polveri le sostanze composte da particelle più piccole di 420 micrometri.

I parametri fisici della combustione Esplosioni di polveri Le polveri si definiscono esplosive quando sono in grado di incendiarsi in presenza di un innesco (scintilla, fiamma ecc.).

Esse possono essere costituite da materiali di diversa natura come metalli, materie plastiche e prodotti agricoli.

Anche le polveri sono caratterizzate da una concentrazione limite inferiore di infiammabilità (anche di una superiore, che però non ha interesse pratico) e da una temperatura di accensione, al di sopra della quale la polvere si incendia; piÚ tale temperatura è bassa, piÚ pericolosa risulta la polvere.

I parametri fisici della combustione Esplosioni di polveri Tra i fattori che riducono il rischio di esplosioni va ricordata l’umidità del materiale e quindi l’elevata umidità relativa dell’aria durante le lavorazioni.

Durante le lavorazioni si possono diluire le polveri pericolose con polveri inerti o inibitrici di reazione, quali quelle usate negli estintori (carbonati di sodio e potassio).

I parametri fisici della combustione Esplosioni di polveri

Energia minima di accensione, mJ acetaldeide acetilene acetato di etile benzene cicloesano ciclopropano etere dietilico etil ammina idrogeno isoottano metil etil chetone propano tetraidrofurano benzina

0,4 0,003 1,42 0,55 1,38 0,24 0,49 2,40 0,016 1,35 0,53 0,25 0,54 0,28

acetone 1,15 ammoniaca 680 alcol metilico 0,21 butano 0,3 ciclopentano 0,54 dimetilsolfuro 0,48 etere dimetilico 0,29 furano 0,22 idrog. solforato 0,07 metano 0,21 pentano 0,28 solf. di carbonio 0,015 tiofene 0,39

1 J = energia assorbita da una lampadina da 100W in un centomillesimo di secondo

I parametri fisici della combustione Cenni sugli esplosivi Gli esplosivi sono sostanze che contengono nella loro molecola un quantità di ossigeno sufficiente a determinare una combustione (a differenza dei combustibili "tradizionali" in cui il comburente necessario per la combustione è costituito dall’ossigeno contenuto nell'aria).

Gli esplosivi sono soggetti alle disposizioni del TULPS "Testo unico delle leggi di pubblica sicurezza" (R.D. 18 giugno 1931, n. 773), e in base all'art. 82 del "Regolamento per l'esecuzione del TULPS" (R.D. 6 maggio 1940, n. 635),sono classificati in 5 categorie

I parametri fisici della combustione Cenni sugli esplosivi I Cat. - Polveri (1) e prodotti affini negli effetti esplodenti; II Cat. - Dinamiti (2) e prodotti affini negli effetti esplodenti; III Cat. - Detonanti (3) e prodotti affini negli effetti esplodenti; IV Cat. - Artifici (4) e prodotti affini negli effetti esplodenti; V Cat. - Munizioni di sicurezza (5) e giocattoli pirici.

Note: (1) I cat.: "Esplosivi deflagranti" (lenti); velocità di detonazione ≃ 100-1000 m/s (polvere nera, polveri senza fumo, cartucce cariche per fucili, ecc.)

(2) II cat.: "Esplosivi detonanti secondari"; (dinamiti, tritolo (velocità di detonazione ≃ 7000 m/s), polverulenti, micce detonanti con esplosivo ≤15 gr/m, ecc.)

(3) III cat.: "Esplosivi detonanti primari" o da innesco; (detonatori, micce detonanti con esplosivo >15 gr/m, ecc.)

(4) IV cat.: Artifici, fuochi artificiali, razzi da segnalazione, ecc.)

(5 ) V cat.: Micce a lenta combustione, bossoli innescati per cartucce, giocattoli pirici, ecc.)

I parametri fisici della combustione Temperatura di infiammabilità La temperatura di infiammabilità è definita come la minima temperatura alla quale un combustibile liquido sviluppa vapori in quantità tale da formare con l'aria una miscela che, in presenza di innesco, brucia spontaneamente.

I parametri fisici della combustione Temperatura di infiammabilità Particolarmente pericolosi sono quei liquidi che hanno una temperatura di infiammabilità inferiore alla temperatura ambiente in quanto, anche senza subire alcun riscaldamento, emettono quantità di vapori tali da dar luogo ad un incendio.

La benzina è più pericolosa del gasolio perché anche a basse temperature (anche a -20°C) è in grado di sviluppare vapori sufficienti a dal luogo ad una combustione. gasolio 65°C benzina -20°C alcool etilico 13°C olio lubrificante 149°C

acetone -18°C alcool metilico 11°C toluolo 4°C

Punto di infiammabilitĂ di miscele: alcol etilico/acqua alcol etilico 100 95 80 70 60 50 40 30 20 10 5

acqua 5 20 30 40 50 60 70 80 90 95

Ti °C 12 17 20 21 22 24 26 29 36 49 62

I parametri fisici della combustione Temperatura di autoaccensione La temperatura temperatura alla liquida o gassosa, continuo senza dall’esterno.

di accensione rappresenta la minima quale una sostanza combustibile, solida, inizia a bruciare spontaneamente in modo necessità di innesco o di energia

Si sfrutta la temperatura di accensione, ad esempio, nei motori Diesel.

In questi motori non è presente la candela, che nei motori a benzina determina l’innesco.

Viene prima preparata una quantità sufficiente d’aria alla temperatura di accensione del combustibile che viene poi iniettato all’interno della camera di combustione, dando luogo all’accensione per autoinnesco.

I parametri fisici della combustione Temperatura di autoaccensione Temperatura di autoaccensione di alcuni gas e vapori in 째C idrogeno 580 etano 515 etilene 490 benzene 498 xilene 464 cicloesano 246 alcol etilico 363 etere etilico 160 esano 225

metano 537 propano 493 propilene 455 toluene 482 stirene 490 alcol metilico 386 acetone 465 acetonitrile 524

QUESITO Quale delle due pentole si auto-accenderĂ per prima se somministriamo calore con un fornello sotto di esse?

RISPOSTA AL QUESITO IL GASOLIO

T aut. Benzina = 250 째C

T. aut. Gasolio = 220 째C

I parametri fisici della combustione Temperatura teorica di combustione La temperatura teorica di combustione è la massima temperatura che potrebbe essere raggiunta teoricamente nel corso di una combustione se tutto il calore sviluppato fosse speso unicamente per riscaldare i prodotti della combustione stessa.

A causa delle perdite di calore inevitabili, tale temperatura non si raggiunge mai.

La temperatura di combustione è condizionata dal potere calorifico del combustibile e dalla capacità termica dei prodotti di combustione.

I parametri fisici della combustione Temperatura teorica di combustione Il calcolo della temperatura teorica di combustione viene eseguito nell’ipotesi che tutta l’energia liberata dalla reazione vada esclusivamente ad aumentare la temperatura, senza che vi siano scambi di calore con l’esterno né perdite dovute a conversioni di energia termica in energia raggiante (in realtà 1/3 dell’energia termica prodotta è convertita in energia raggiante)

I parametri fisici della combustione Temperatura teorica di combustione Nella valutazione di tale parametro si deve tenere conto della dissociazione, i cui effetti diventano sensibili a temperature superiori a 1500° C. A tale temperatura infatti non è più possibile trascurare la dissociazione parziale delle molecole dei costituenti del gas di combustione.

Tali reazioni, fortemente endotermiche (cioè assorbono calore), comportano una temperatura finale più bassa di quella calcolata in assenza di dissociazione.

I parametri fisici della combustione Temperatura teorica di combustione Nelle combustioni reali, inoltre, bisogna prendere in considerazione l’eventuale eccesso d’aria impiegato, oltre alla temperatura alla quale l’aria si trova all’inizio della combustione (preriscaldamento).

Da quanto detto risulta che le temperature teoriche di combustione sono sempre maggiori di quelle reali.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico - H Il potere calorifico esprime la quantità massima di calore che si può ricavare dalla combustione completa di 1 kg di sostanza combustibile a temperatura e pressione ordinaria, ossia 15°C e 1 atm .

Per i combustibili gassosi, invece che al kg di massa, si fa riferimento al metro cubo in condizioni normali cioè alla massa di gas combustibile secco contenuta in 1 mc quando la sua temperatura sia 15°C e la pressione sia 1atm .

L'unità di misura utilizzata per esprimere tale parametro è MJ/kg o kcal/kg. Un MJ corrisponde a 238 kcal.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico Tenendo conto che nella combustione dell’idrogeno si formano molecole d’acqua, il potere calorifico si distingue tra: • Potere calorifico superiore (Hs) • Potere calorifico inferiore (Hi) Il potere calorifico superiore (Hs), è la quantità di calore sviluppata dalla reazione allorché tutti i prodotti della combustione sono alla temperatura ambiente e quindi il vapore d’acqua prodotto ritorna allo stato liquido.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico Il potere calorifico inferiore (Hi), è la quantità di calore sviluppata dalla reazione non considerando quindi il calore di condensazione del vapore d’acqua (ipotizzando cioè che il vapore acqueo prodotto non condensi).

Quindi tutti i combustibili che nella loro molecola contengono idrogeno saranno caratterizzati da un potere calorifico superiore e uno inferiore (es. tutti i derivati del petrolio).

Per i combustibili che non contengono né idrogeno nella loro molecola e né acqua al loro interno, non risulta alcuna differenza tra potere calorifico superiore ed inferiore.

E’ il caso, ad esempio, dell’ossido di carbonio CO.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico Il potere calorifico superiore si determina mediante la bomba calorimetrica di Mahler o apparecchi simili, in cui si fa avvenire una reazione stechiometrica completa tra una quantitĂ ben determinata di combustibile e l'ossigeno.

Il calore prodotto dalla reazione viene assorbito da una massa nota di acqua (o di altro liquido), di cui si misura l'aumento della temperatura.

Di qui si risale alla quantitĂ di calore scambiata.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico Il potere calorifico inferiore è legato al potere calorifico superiore dalla relazione: P.C. sup = P.C. inf. + m 600 in cui : · m è la quantità d'acqua (espressa in kg) prodotta nella combustione di un kg di sostanza; · 600 kcal/kg è il calore latente di condensazione dell'acqua.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico Il potere calorifico è un parametro essenziale che consente, inoltre, di valutare il rischio di incendio all’interno di un locale.

Conoscendo il potere calorifico di un dato materiale combustibile e la quantità stoccata è possibile determinare il “carico di incendio”, e quindi stabilire la durata espressa in minuti di resistenza al fuoco della struttura.

I parametri fisici della combustione Potere calorifico

SECONDO LA CIRCOLARE M.I.S.A. 91/61

Σni gi . Hi

q = ----------------------4400 . A gi Hi

= peso in Kg dell’iesimo combustibile = potere calorifico superiore in Kcal/Kg dell’iesimo combustibile 4400 = potere calorifico superiore del legno in Kcal A = superficie del locale (compartimento) in mq

I parametri fisici della combustione Potere calorifico

D.M. 9 marzo 2007 Il carico di incendio specifico di progetto è espresso da:

qf,d = dq1 · dq2 · dn · qf qf è il carico di incendio specifico [MJ/m2]

Σ ni gi . Hi . Mi .

qf = -----------------------

[MJ/m2]

A Hi

= potere calorifico inferiore

Poteri calorifici Materiali (MJ/Kg)

Hi

Materiali Hi (MJ/Kg)

Abiti

19

ABS

36

Acetilene

48

Acetone

34

Benzina

44

Butano

46

Catrame

38

Cellulosa

17

Cera,paraf. 47

Cotone

18

Gasolio

41

Idrogeno

120

Legno

19

PVC

17

Polietilene

44

Truciolato

18

I parametri fisici della combustione Aria teorica di combustione L’aria teorica di combustione è la quantità di aria necessaria per raggiungere la combustione completa di una determinata quantità di combustibile.

L’ossigeno che alimenta la combustione è fornito dall’aria in cui è contenuto nel rapporto in volume di 1/5 circa.

L’aria, infatti, è un miscuglio di gas composto prevalentemente da azoto e ossigeno, con tracce di altri gas e con quantità variabili di vapore acqueo, di anidride carbonica e di pulviscolo atmosferico.

I parametri fisici della combustione Aria teorica di combustione Espressa in percentuale in volume la composizione dell’aria è approssimativamente la seguente: 20,946 % ossigeno (O2) 78,084 % azoto (N2) 0,035 % anidride carbonica (CO2) 0,935 % argon e altri gas rari La quantità di aria strettamente necessaria alla combustione dipende dalla composizione chimica del combustibile: l’aria necessaria è tanto maggiore quanto più elevato è il potere calorifico del combustibile.

La quantità di aria strettamente necessaria alla combustione dipende dalla composizione chimica del combustibile: l’aria necessaria è tanto maggiore quanto più elevato è il potere calorifico del combustibile.

I parametri fisici della combustione Aria teorica di combustione Pertanto per bruciare in maniera completa un kg di legna sono necessari 5 mc di aria, mentre per bruciare in maniera completa un 1 kg di benzina ne sono necessari 12.

Piccolo flash di chimica Massa atomica

Aria teorica di combustione Massimo calore sviluppato con combustione stechiometrica

C +

O2

CO2 + 395 KJ

per 12g di C (1 mole) sono necessari 22,4 litri (Vol di una mole) di O2 per un combustione completa

2 H2

+

O2

2 H2O

per 4 g di H (2 moli) sono necessari 22,4 litri di O2 (volume di una mole a 0째 C) per un combustione completa

ma O2 in aria 21% Varia = 100/21 x VO2 = 4,76 x VO2

a 0째 C

Aria teorica di combustione dal volume di O2 ricaviamo il volume di aria CH4

+

2 O2

CO2 + 2H2 O

per la combustione completa di 1 mole di metano sono necessari 2 moli di O2 (2 . 22,4 l = 44,8 litri) e di aria Varia = 4,76 x VO2 = 4,76 x 44,8 l = 213,25 l per 1 m3 metano Varia = 1000 / 22,4 l x 213,24 l= 9,52 m3 16 g CH4 (1 mole) reagisce con 64 g di O2 (2 moli) reazione completa se per 1 g di CH4 ce ne sono 4 g di O2

Aria teorica di combustione C3H8

+

5 O2

3 CO2 + 4 H2 O

per la combustione completa di 1 mole di propano sono necessarie 5 moli di O2 (112 litri) e di aria Varia = 4,76 x VO2 = 4,76 x 112 l = 533,12 l aria per 1 m3 propano Varia = 1000/22,4 x 533,12 = 23,8 m3 aria 44 g C3H8 (1 mole) reagisce con 160 g di O2 (5 moli), per la reazione completa di 1 g di C3H8 necessitano 160/44 = 3,64 g di O2

Tale valore viene indicato con r0

Aria teorica di combustione I grammi di O2 necessari alla combustione di 1 g di combustibile si chiama Oxigen-Fuel Mass Ratio à r0 Considerato il peso di una mole di aria = 28,82 g Considerato il peso di una mole di O2 = 32 g la quantità di aria in grammi per la combustione di 1 grammo di combustibile è raria = (1 / 0,21 ) x (28,82/32) x r0 = 4,29 x r0 per il metano raria = 4,29 x 4 = 17,16 g per il propano raria = 4,29 x 3,64 = 15,61 g

Aria teorica di combustione Poca aria < calore di combustione

ma presenza CO

Molta aria > calore di combustione ma Temp. < in quanto si distribuisce il calore su una massa dâ&#x20AC;&#x2122;aria maggiore

Energia Termica Liberata Pc : Energia termica liberata da una sostanza combustibile durante la combustione, per unitĂ di peso di aria consumata Pc legno Hi / raria = 18,42 MJ/Kg / 5,7 garia/gcomb = 3,23 MJ/Kgaria In generale per molti combustibili il rapporto tra potere calorifico Hi e lâ&#x20AC;&#x2122;aria teorica di combustione è di circa di 3 MJ/Kgaria

QuantitĂ in grammi di ossigeno (r0) e di aria (raria) per la combustione di 1 g di combustibile

Energia Pc (Energia termica liberata da una sostanza combustibile durante la combustione, per unità di peso di aria consumata) è la proprietà su cui si basano le misure della potenza termica rilasciata da un combustibile durante la combustione, cioè del valore della velocità di rilascio del calore noto come

Energia

I parametri fisici della combustione

A

solidi

I combustibili solidi sono i piĂš abbondanti e quelli che vengono usati da piĂš tempo.

PIROLISI: le sostanze solide combustibili, portate ad una determinata temperatura, emettono vapori combustibili che sono legati chimicamente allâ&#x20AC;&#x2122;interno della matrice solida.

Lâ&#x20AC;&#x2122;energia rilasciata dalle fiamme sotto forma di irraggiamento termico, riscalda il solido stesso favorendo ulteriore pirolisi.

I parametri fisici della combustione

A

solidi Terminato il fenomeno di distillazione delle sostanze nel solido la combustione continua in assenza di fiamma sotto forma di brace (CARBONIZZAZIONE).

La combustione delle sostanze solide è caratterizzata dai seguenti parametri: · grado di porosità del materiale · pezzatura e forma del materiale · contenuto di umidità

I parametri fisici della combustione

A

solidi Alla classe dei combustibili solidi appartiene il più antico ed il più noto fra i combustibili: il legno. Questo si produce continuamente nelle piante come risultato di sintesi biochimiche tra l’anidride carbonica e l’acqua con l’utilizzazione dell’energia solare.

Il legno è costituito da cellulosa (il componente fondamentale), lignina, zuccheri, resine, gomme e sostanze minerali varie, che danno luogo, al termine della combustione, alle ceneri.

I parametri fisici della combustione

A

dei solidi Stesse caratteristiche presentano tutte le sostanze che derivano dal legno come la carta, il lino, la juta, la canapa, il cotone, ecc.

Il grado di combustibilità di tutte queste sostanze, può essere alterato a seguito di particolari trattamenti (ad es. pittura).

Il legno può bruciare con fiamma piÚ o meno viva, addirittura senza fiamma, o carbonizzare a seconda delle condizioni in cui avviene la combustione.

I parametri fisici della combustione

A

solidi La temperatura d’accensione del legno è di circa 250° C, tuttavia se il legno è a contatto con superfici calde per molto tempo possono avvenire fenomeni di carbonizzazione con possibilità di accensione spontanea a temperature anche molto minori.

Una caratteristica importante del legno per quanto riguarda la combustione è la pezzatura, definita come il rapporto tra il volume del legno e la sua superficie esterna.

Se un combustibile ha una grande pezzatura vuol dire che le sue superfici a contatto con l’aria sono relativamente scarse ed inoltre ha una massa maggiore per disperdere il calore che gli viene somministrato

I parametri fisici della combustione

A

solidi In generale, quando il combustibile è suddiviso in piccole particelle, la quantità di calore da somministrare è tanto più piccola quanto più piccole sono le particelle, sempre che naturalmente si raggiunga la temperatura di accensione.

Così il legno che in grandi dimensioni può essere considerato un materiale difficilmente combustibile, quando invece è suddiviso allo stato di segatura o addirittura di polvere può dar luogo addirittura ad esplosioni.

I parametri fisici della combustione

A

solidi Per un combustibile solido diventa quindi fondamentale la sua suddivisione.

Una grossa pezzatura comporta un basso rischio di incendio, mentre con una pezzatura piccola lo stesso materiale risulta molto pericoloso.

Va notato che nel caso di materiali di grossa pezzatura diventa rilevante non solo il fatto che la sorgente di calore abbia una temperatura elevata ma anche il tempo di esposizione alla sorgente di calore.

La bassa conduttivitĂ termica del legno (proprietĂ di trasmettere il calore) determina una minore velocitĂ di propagazione della combustione.

I parametri fisici della combustione solidi

cassettiera

materasso

A

I parametri fisici della combustione liquidi infiammabili

B

I combustibili liquidi artificiali sono pochi e di scarsa importanza, mentre ben più importante è la classe dei combustibili liquidi naturali, alla quale appartengono i petroli.

Il petrolio non è un’unica sostanza, ma una miscela formata prevalentemente da un gran numero di idrocarburi (composti chimici formati esclusivamente da carbonio ed idrogeno) con proprietà chimiche e fisiche molto diverse.

I parametri fisici della combustione liquidi infiammabili

B

Nei diversi tipi di petroli possono essere presenti anche sostanze diverse dagli idrocarburi, ad esempio composti dello zolfo, che sono una delle principali cause dell'inquinamento da anidride solforosa nelle grandi cittĂ .

Si deve tenere presente che, anche se il petrolio nel suo complesso è un liquido, i diversi idrocarburi che lo compongono possono essere liquidi, solidi o gassosi (benzine, plastiche, GPL).

Il petrolio appena estratto è chiamato greggio e non viene usato come tale, ma trasportato in diversi modi (oleodotti, navi cisterna) fino a particolari impianti, chiamati raffinerie, nei quali viene lavorato per ottenere i suoi derivati piÚ importanti.

I parametri fisici della combustione liquidi infiammabili

B

La principale lavorazione a cui viene sottoposto il greggio è la distillazione. Questa è una tecnica che consente di separare i diversi componenti di una miscela liquida scaldandola lentamente e raccogliendo i vapori delle sostanze componenti man mano che evaporano alle diverse temperature. La prima grossolana distillazione consente di separare frazioni che distillano in intervalli di temperatura piuttosto ampi.

Successivamente queste frazioni vengono ulteriormente distillate per ottenere i prodotti finali: gas di raffineria, benzine, cherosene, gasolio.

I parametri fisici della combustione liquidi infiammabili

B

La parte liquida che rimane come residuo della distillazione costituisce l’olio pesante, quella solida il bitume. Le benzine sono la frazione che si separa fra i 60°C ed i 200°C ed il loro impiego più importante è come carburanti nei motori a scoppio, ad esempio nelle automobili.

Il cherosene è la frazione che distilla fra 160° e 270°C,molto usato nel riscaldamento domestico, come carburante per i trattori agricoli e per turboreattori d’aviazione.

Il gasolio quella che distilla fra 250° e 340° che trova l’impiego più importante quale combustibile dei motori Diesel.

I parametri fisici della combustione liquidi infiammabili

B

Gli oli pesanti vengono di solito sottoposti a trattamenti che consentono di trasformarli in benzine, ben più preziose, mentre il bitume viene usato prevalentemente per la pavimentazione delle strade.

Come visto in precedenza un liquido, se riscaldato, tende ad evaporare.

Nei liquidi combustibili è di fondamentale importanza sapere qual è il valore della temperatura in corrispondenza del quale il liquido emette una quantità di vapori sufficienti, affinché, opportunamente miscelati con l’aria e in presenza di innesco, generano una reazione di combustione.

La temperatura di infiammabilità

I parametri fisici della combustione liquidi infiammabili

B

La normativa di prevenzione incendi classifica i liquidi combustibili/infiammabili in base alla temperatura di infiammabilità del liquido (D.M. 31/07/1934): Categoria A Temp. inf. < 21° C liquidi facilmente infiammabili Categoria B 21< Temp. inf < 65° C

liquidi infiammabili

Categoria C 65 < Temp. inf. < 125° C

liquidi combustibili

Categoria D Temp. inf. > 125° C

oli lubrificanti

I parametri fisici della combustione gas

C

I gas non possiedono forma e volume propri ma quelli del recipiente che li contiene.

La combustione avviene quando il gas miscelandosi con l’ossigeno dell’aria in concentrazioni comprese nel campo di infiammabilità viene opportunamente innescato.

Si miscelano rapidamente con l’ossigeno presente in aria.

Si diffondono rapidamente nell’ambiente in cui sono dispersi.

Sviluppano fiamme con temperature dell’ordine di 1000°C.

I parametri fisici della combustione gas

C

Sono definiti gas solo quelle sostanze che si trovano allo stato gassoso nelle condizioni normali di pressione e di temperatura (pressione atmosferica e temperatura di circa 15° C).

Più precisamente un gas è un aeriforme caratterizzato da una temperatura, detta temperatura critica, inferiore alla temperatura ambiente; gli aeriformi per cui ciò non avviene si trovano nello stato di vapore.

Si definisce critica la temperatura al di sopra della quale una sostanza non può esistere allo stato liquido, neanche essendo sottoposta a compressione.

I parametri fisici della combustione gas Per estensione vengono detti gas anche: - gli aeriformi che hanno una temperatura critica maggiore a quella ambiente: un esempio è dato dal GPL, caratterizzato da una temperatura critica di 97° C; - gli aeriformi che si trovano ad una temperatura superiore a quella critica: un esempio è dato dal vapore d'acqua, caratterizzato da una temperatura critica superiore a quella ambiente (374° C). Il vapore viene definito come "gas d'acqua" quando viene portato a superare questa temperatura.

C

I parametri fisici della combustione gas

C

I gas vengono conservati allâ&#x20AC;&#x2122;interno di contenitori in quattro modalitĂ diverse (compressi, liquefatti, refrigerati o criogenici, disciolti) a seconda delle loro caratteristiche fisiche ed in particolare della temperatura critica.

I combustibili gassosi piĂš importanti sono senza dubbio il metano, il propano e il butano.

I parametri fisici della combustione gas

C

Il metano, gas naturale, è molto diffuso nel sottosuolo di un gran numero di paesi, inclusa l’Italia, e spesso si trova associato ai giacimenti petroliferi.

L’uso principale del metano è nelle attività domestiche (fornelli ed impianti di riscaldamento a gas), ma non mancano naturalmente gli impieghi industriali.

Fra i combustibili gassosi artificiali, merita un cenno l’idrogeno, che può essere ottenuto a partire dall’acqua attraverso un procedimento chiamato idrolisi ed attualmente oggetto di un gran numero di studi per il suo possibile impiego come combustibile pulito (l’unico prodotto della sua combustione è infatti il vapore d’acqua).

Classificazione dei gas

GAS LEGGERO Gas avente densità rispetto all’aria inferiore a 0,8.

Un gas leggero, quando liberato dal proprio contenitore, tende a stratificare verso l’alto.

Gas leggeri sono:idrogeno, metano, etc.

C

Classificazione dei gas GAS PESANTE Gas avente densitĂ rispetto allâ&#x20AC;&#x2122;aria superiore a 0,8.

Un gas pesante, quando liberato dal proprio contenitore, tende a stratificare ed a permanere nella parte bassa dellâ&#x20AC;&#x2122;ambiente ovvero a penetrare in cunicoli o aperture praticate a livello del piano di calpestio.

Gas pesanti sono: GPL, acetilene, etc.

C

Classificazione dei gas GAS PESANTE

Locale chiuso

0%

Sotto il campo di infiammabilità L.I.

Dentro il campo di infiammabilità L.S. 100 %

Al di sopra del campo di infiammabilità

C

Modalità di stoccaggio dei gas Gas compressi I gas compressi sono caratterizzati da una temperatura critica minore della temperatura ambiente. (< -10 °C) Sono conservati allo stato gassoso sotto pressione alla temperatura ambiente in appositi recipienti (bombole).

Tali recipienti vengono riempiti di gas fino al raggiungimento di una data pressione di carica che è funzione della resistenza della bombola stessa.

Modalità di stoccaggio dei gas Di norma, la pressione alla quale i gas compressi vengono conservati è maggiore di quella atmosferica; pertanto si dicono compressi i gas conservati a pressioni rilevanti (non liquefatti, né disciolti).

Il valore della pressione ordinariamente prescelto è 20 ÷ 25 MPa (200 ÷ 250 bar).

Tipo di gas Metano Idrogeno Gas nobili Ossigeno Aria

Pressione di stoccaggio (kg/cm2) 300 250 250 250 250

Modalità di stoccaggio dei gas Gas liquefatti Un gas si dice liquefatto se viene conservato o impiegato allo stato liquido e sottoposto ad una pressione relativamente bassa (meno di 10 atmosfere) come il butano, il propano, l’ammoniaca e il cloro.

Non tutti i gas possono essere liquefatti per compressione.

Per liquefare un gas mediante compressione occorre che esso si trovi a temperatura inferiore alla sua temperatura critica.

L’ammoniaca può essere liquefatta a temperatura ordinaria (20° C) comprimendola a circa 9 atmosfere.

Ciò è possibile perché la temperatura critica dell’ammoniaca è 132°C.

Modalità di stoccaggio dei gas Altro parametro fondamentale che caratterizza i gas liquefatti è il rapporto di espansione.

Questo parametro fornisce una indicazione del volume di gas che si può ottenere da un litro di gas allo stato liquido.

Il rapporto di espansione di un gas liquefatto è definito come il rapporto tra il volume occupato da una data massa di gas allo stato aeriforme e il volume occupato dalla stessa quantità di gas allo stato liquido.

Il valore del rapporto di espansione dei gas varia da 7 a 800.

Modalità di stoccaggio dei gas Per il GPL questo valore è pari a 270 ovvero 1 litro di GPL in fase liquida espande sino ad occupare un volume di 270 litri in fase gassosa.

Qualora la temperatura del gas liquefatto dovesse raggiungere il valore critico si avrebbe un istantaneo passaggio di tutto il gas dallo stato liquido a quello gassoso con conseguenze disastrose (scoppio del suo contenitore per effetto dell’aumento di volume).

L’aumento di volume del gas dal passaggio da liquido a gas sarà tanto maggiore quanto più alto è il rapporto di espansione del gas presente all’interno del contenitore.

ModalitĂ di stoccaggio dei gas Il riempimento del recipiente non deve essere mai completo in quanto un aumento della temperatura provocherebbe un aumento di volume del liquido ed un aumento della pressione (essendo il liquido incomprimibile), per cui il recipiente potrebbe scoppiare.

Per evitare tale rischio, è prescritto un limite massimo di riempimento chiamato grado di riempimento.

I parametri fisici della combustione gas

Anidride Carbonica

C

I parametri fisici della combustione gas

C

Per rendere liquido il butano alla temperatura ambiente (20°C) è sufficiente sottoporlo ad una pressione di circa 3 bar, notevolmente inferiore a quella del propano. Ne consegue il maggiore impiego del butano rispetto al propano in quelle situazioni in cui non sono necessari grandi quantitativi di combustibile e si impiegano contenitori (serbatoi) con pareti non particolarmente spesse.

ModalitĂ di stoccaggio dei gas

Bleve - dimostrazione

Bleve - realtĂ

Treno merci con GPL 1

Treno merci con GPL 2

ModalitĂ di stoccaggio dei gas

Gas refrigerati o criogenici Sono conservati allo stato liquido in particolare contenitori, a temperature molto basse e pressioni moderate.

Per la conservazione del gas a basse temperature è necessario lâ&#x20AC;&#x2122;uso di contenitori con doppia parete, con intercapedine stagna e sottovuoto, con uno speciale rivestimento isolante idoneo a mantenerne la coibenza termica.

Modalità di stoccaggio dei gas I pericoli per la presenza di gas refrigerati dipendenti dalla temperatura di conservazione, generalmente molto bassa (es. l’azoto liquido è conservato a –196° C), consistono nel congelamento dei tessuti umani, nell’indurimento delle materie plastiche e nella fragilità indotta negli acciai.

I pericoli dovuti all’elevato grado di espansione è lo scoppio del recipiente che può rapidamente prodursi in conseguenza di un innalzamento della temperatura del gas al di sopra di quella critica e quindi all’aumento della sua pressione.

La temperatura dell’ambiente circostante può generare aumenti di pressione; è necessario quindi rendere possibile una minima evaporazione, che consenta di “smaltire”, come calore di evaporazione, il calore assorbito dall’ambiente esterno.

Modalità di stoccaggio dei gas Gas disciolti Sono conservati in fase gassosa disciolti entro un liquido ad una determinata pressione.

Ad esempio: - l’acetilene disciolto in acetone, posto in bombole, nel cui interno è posta una massa solida porosa; - l’anidride carbonica disciolta in acqua gassata.

Le fasi dell'incendio Nellâ&#x20AC;&#x2122;evoluzione dellâ&#x20AC;&#x2122;incendio si possono individuare quattro fasi caratteristiche: l I - Fase iniziale o di ignizione l II - Fase di propagazione l III - Incendio generalizzato (flash over) l IV - Estinzione e raffreddamento Il flashover costituisce uno stadio irreversibile, in cui le fiamme da uno stato di incendio localizzato si propagano velocemente a tutto il volume del compartimento.

Le fasi dell'incendio Fase di ignizione E’ la fase più studiata perché è in essa che si cercano quegli elementi necessari a contrastare l’incendio quando ancora i danni sono ridotti.

Questa fase ha inizio nel momento in cui un materiale combustibile viene posto a contatto con una sorgente di calore anche modesta.

Perché il materiale combustibile si accenda è necessario che esso sia in grado di sviluppare vapori infiammabili in tempi relativamente brevi.

Se ciò non avviene accade che la sorgente termica si esaurisce prima che si verifichi l’accensione.

Al termine di questo stadio l’aumento della temperatura media è molto modesto.

Le fasi dell'incendio Fase di ignizione La fase di ignizione è influenzata dai seguenti fattori: • infiammabilità del combustibile; • possibilità di propagazione della fiamma; • grado di partecipazione al fuoco del combustibile; • geometria e volume degli ambienti; • possibilità di dissipazione del calore nel combustibile; • ventilazione dell’ambiente; • caratteristiche superficiali del combustibile; • distribuzione nel volume del combustibile, punti di contatto.

Le fasi dell'incendio Fase di propagazione Tale fase è caratterizzata da: • produzione dei gas tossici e corrosivi; • riduzione di visibilità a causa dei fumi di combustione; • aumento della partecipazione alla combustione dei combustibili solidi e dei liquidi combustibili; • aumento rapido delle temperature; • aumento dell’energia di irraggiamento.

Le fasi dell'incendio Fase di propagazione

In questo stadio vengono coinvolti altri oggetti combustibili (mobili, rivestimenti di pareti ecc.) e la dimensione del fuoco va via via aumentando.

Il progredire dellâ&#x20AC;&#x2122;incendio dipende dalle caratteristiche dei materiali.

La continuazione della combustione dipende dalla natura dello strato prossimo a quello superficiale e dalla sua inerzia termica (conduttivitĂ e capacitĂ termica).

Le fasi dell'incendio Fase di propagazione Se il calore fornito non è sufficiente ad innalzare la temperatura della parte di materiale combustibile adiacente non ancora coinvolta nell’incendio si può verificare una graduale estinzione.

Se invece il bilancio è positivo allora la combustione continuerà ad una velocità sempre maggiore; la temperatura ambiente aumenterà con conseguente aumento della velocità di combustione.

Le fasi dell'incendio Fase di propagazione

Nel caso la ventilazione sia insufficiente, la quantità di ossigeno si riduce, determinando una combustione incompleta, una diminuzione della temperatura e un rallentamento della velocità di combustione.

Il progredire dell’incendio è generalmente irregolare; viene facilitato dalla rottura dei vetri delle finestre ed ostacolato, fino ad una possibile autoestinzione, da deficienza di ossigeno o da una insufficiente esposizione degli oggetti circostanti la cui temperatura può non raggiungere quella di ignizione.

Le fasi dell'incendio Incendio generalizzato (flash over)

Tale fase è caratterizzata da: • brusco incremento della temperatura; • crescita esponenziale della velocità di combustione; • forte aumento di emissioni di gas e di particelle incandescenti, che si espandono e vengono trasportate in senso orizzontale, e soprattutto in senso ascensionale; si formano zone di turbolenze visibili; • i combustibili vicini al focolaio si autoaccendono, quelli più lontani si riscaldano e raggiungono la loro temperatura di combustione con produzione di gas di distillazione infiammabili.

Le fasi dell'incendio Incendio generalizzato (flash over) L’incendio si propaga, le fiamme raggiungono il soffitto dove si accumulano gas e fumi caldi.

La temperatura aumenta più rapidamente, ma non raggiunge valori tali da determinare l’ignizione spontanea di tutte le sostanze combustibili.

Con una adeguata ventilazione, l’incendio prosegue da oggetto a oggetto, mentre le fiamme e i gas caldi irradiano, in tutte le direzioni, l’energia termica che si produce.

In questo stadio la temperatura raggiunge un valore tale per cui risulta molto improbabile l’autoestinzione.

Le fasi dell'incendio Incendio generalizzato (flash over)

La maggior parte del materiale combustibile prende fuoco per effetto del calore che riceve o per irraggiamento o per convezione.

Si sviluppano grandi quantitĂ di fumo che fuoriesce dalle finestre o dalle altre aperture.

Tutti i materiali combustibili esposti emettono gas infiammabili.

Lâ&#x20AC;&#x2122;incendio si sviluppa con pieno vigore e le temperature crescono rapidissimamente.

Le fasi dell'incendio Incendio generalizzato (flash over)

La maggior parte del materiale combustibile prende fuoco per effetto del calore che riceve o per irraggiamento o per convezione.

Si sviluppano grandi quantitĂ di fumo che fuoriesce dalle finestre o dalle altre aperture.

Tutti i materiali combustibili esposti emettono gas infiammabili.

Lâ&#x20AC;&#x2122;incendio si sviluppa con pieno vigore e le temperature crescono rapidissimamente.

Le fasi dell'incendio Estinzione e raffreddamento Quando l’incendio ha terminato di interessare tutto il materiale combustibile ha inizio la fase di decremento delle temperature all’interno del locale a causa della progressiva diminuzione dell’apporto termico residuo e della dissipazione di calore attraverso i fumi e di fenomeni di conduzione termica.

Il calore accumulatosi permane per tempi abbastanza lunghi e la sua restituzione avviene in relazione soprattutto alla ventilazione del locale.

Una notevole potenza termica continua ad essere asportata con i fumi, a disperdersi per irradiazione attraverso le finestre, mentre l’afflusso di aria fresca abbassa gradualmente la temperatura media.

Le fasi dell'incendio Estinzione e raffreddamento Flash over - simulazioni

Camera appartamento

Camera albergo

Propagazione dell'incendio convezione-conduzione-irraggiamento Convezione Il principale veicolo per la propagazione dell’incendio è costituito dalle correnti di fumo caldo (convezione) che lasciano la zona di combustione.

Irraggiamento Il calore di irraggiamento viene trasmesso direttamente dalla sorgente per via elettromagnetica. La potenza irradiata diminuisce con il quadrato della distanza e quindi l’irraggiamento è tanto più pericoloso quanto più vicini sono i corpi interessati.

Conduzione Attraverso le strutture di separazione. A causa della continuità che esiste tra le diverse parti di un edificio, la propagazione termica attraverso pareti e solette può portare alla temperatura di accensione anche sostanze combustibili contenute in locali non direttamente investiti dalle fiamme.

Le fasi dell'incendio ruolo della ventilazione Per descrivere gli effetti che accompagnano l'evoluzione di un incendio bisogna esaminare: La tipologia e quantità di materiale combustibile (carico di incendio) Superficie di ventilazione in relazione alla forma , dimensione ed ubicazione delle aperture Caratteristiche dei materiali che delimitano il compartimento, denistà ρ , calore specifico cp , conduttività termica λ [ l'inerzia termica b = (ρ . cp. λ)1/2 influenza la quantità di calore disperso verso l'esterno] Fattore di ventilazione O = Av . (heq ½ ) /At

Le fasi dell'incendio ruolo della ventilazione Fattore di ventilazione O = Av . (heq ½ ) / At Av = superfice aperture ventilazione ricavate sulle pareti del compartimento espresse in mq At = superfice totale del compartimento espresse in mq heq = altezza equivalente : media ponderata delle altezze proprie di tutte le ventilazioni presenti e pari a heq = Σi ( Avi . Hi ) / Av

Le fasi dell'incendio ruolo della ventilazione ESEMPIO Calcolare O per il magazzino:

Le fasi dell'incendio ruolo della ventilazione AV = 2 x (2,0 x 2,2) m2 + 4 x (2,0 x 1,5) m2 + 5 x (2,5 x 1,5) m2 = = 2 x 4,4 + 4 x 3,0 + 5 x 3,75 m2 = = 39,55 m2 Atot = 2 x (23 x 19)m2 + 2 x (19 + 23) x 3,6 m2 = 1.176,40 m2 AV / Atot = 39,55 m2 / 1.176,40 m2 = 3,362 x 10-2 heq = ( â&#x2C6;&#x2018;i Avihi ) / AV = [ (2x4,4x2,2) + (4x3x1,5) + (5x3,75x1,5) ] / 39,55 m2 = [ 17,6 + 18,0 + 28,125 ] m2 / 39,55 m2 = 63,725 m2 / 39,55 m2 = 1,611m O = 3,362 x 10-2 (1,611)0,5 = 0,0426 m0,5

INCENDIO NATURALE

Controllato dalla superfice di ventilazione Quando la quantità di aria disponibile è minima rispetto alla superficie del combustibile → ossigeno scarso e limita la combustione : Velocità combustione cresce per bassi valori del O e poi rimane costante

Controllato dal combustibile.

Quando la quantità di aria è sufficiente per la combustione stechiometrica “Si ha un elevato fattore di ventilazione” O La velocità di combustione è influenzata fortemente dalla forma, pezzatura, porosità, ecc. del combustibile

SVILUPPO D’INCENDIO - da esperimenti - per carichi d’incendio ≈ 50 ÷ 60 kg/m2 di legna equivalente velocità combustione influenzata da O ≤ (0,07 ÷ 0,08) m1/2 invece se O > 0,08 m1/2 si ha che la velocità di combustione è controllata dal combustibile (quantità, forma, porosità, distribuzione, ecc.)

Nota: nell’esempio precedente se raddoppio le finestre ho: hv = 1,611 m Av / Atot = 6,724 x 10-2 O = 0,0853 Si passa da un incendio controllato dalla superfice di ventilazione (scarso O2) ad uno controllato dal combustibile (quantità, forma,porosità,distribuzione,ecc.)

ANALISI DEGLI INCENDI NATURALI Potenza termica totale rilasciata formalmente RHR (t) = mC(t) . H (KW) dove mC = portata di combustibile bruciato (Kg/s) (Velocità di combustione)

H = potere calorifico del combustibile (Mj/Kg) Nota: l’area sottesa da 1 e 2 è la stessa

RHR e mC sono direttamente proporzionali

• Il modo di somministrare energia influisce su: - Temperature locali - portate di gas combusti Con valori di RHR elevati, si hanno elevate Tlocali e forti sviluppi di gas e fumi.

NOTA In generale, la velocità di combustione è definita: mc = (qf + qr - qrf ) / LV dove LV = energia termica necessaria per pirolisi (kJ/kg) qf = flusso termico radiante della fiamma che colpisce il combustibile qr = flusso termico convettivo qrf = flusso termico re–irraggiato dalla superficie del combustibile

In buone condizioni di ventilazione, per incendi naturali al chiuso: * riferita ad 1 m2 di superficie incendiata SOSTANZA

* mc [kg / s]

Policloruro vinile (PVC)

0,016

Politetrafluoro-etilene (Teflon)

0,007

Polimetilmetacrilato (Perspex, Plexiglas)

0,028 รท 0,030

Poliuretano espanso (lastre)

0,022 รท 0,025

Poliuretano schiuma

0,021 รท 0,027

Carta corrugata

0,014

Legno

0,011

Polipropilene (PPE)

0,024

Alcol Metilico

0,022

Kerosene

0,065

In generale, si trova in letteratura che la potenza termica viene rilasciata: 2/3 per convezione 1/3 per irraggiamento Nota: sono valori di prima approssimazione, che prendono efficacia al crescere di T, in prossimitĂ dei valori di RHRlimite Dai dati esposti si desumono indicazioni sulla pericolositĂ dei combustibili H [kJ/kg]

mc [kg/s]

RHR [kW]

Legno

17.500

0,011

192,5

Polistirene

40.000

0,037

1.480

Kerosene

44.000

0,065

2.860

VARIAZIONE NEL TEMPO Di RHR Incendio controllato dal combustibile o all’aperto

t0 : tempo di incubazione RHR = α (t - t0)2 [KW] [α] = kj / s3 costante di crescita dell’incendio A = esiste un massimo che dipende solo da pezzatura e tipo di combustibile A – B = tratto a RHR costante B – C = esaurimento del combustibile

Incendio naturale al chiuso

Fasi: - dopo lâ&#x20AC;&#x2122;innesco della pirolisi il combustibile brucia, consuma aria e progredisce richiedendone quantitĂ sempre maggiori; - se ci sono condizioni per lo sviluppo: * la T dello strato di gas cresce; * il flusso termico prodotto cresce ed investe tutti i materiali presenti; * ad un certo istante tutto il combustibile brucia (flash over) ed aumentano, quasi a gradino, T e RHR

Nota: le probabilità di raggiungere il flash over sono: - inversamente proporzionali alle dimensioni in pianta del locale; - minime se l’incendio è localizzato.

Nel processo di combustione dell’edificio (all’interno) il valore massimo che la potenza termica può raggiungere, dipende dalla quantità di aria.

DEFINIZIONE DI FLASH OVER (Norma ISO-TR 13387-2 “Fire safety engineering – Part 2: Design fire scenarios and desig fires”) Il flash over è una fase di transizione in corrispondenza della quale la temperetura di gas caldi a soffitto raggiunge il valore di 600 °C e il flusso termico a pavimento è pari a 20 kW / m2.

In genere, prima del flash over, i vetri degli infissi si rompono e l’aria fresca entra ad alimentare l’incendio: - poiché l’aria entrante non è sufficiente a far bruciare all’interno tutti i vapori e le particelle, parte dei prodotti di pirolisi lascia il compartimento per reagire all’esterno: * fiamme che fuoriescono dalle aperture; * minor rilascio di energia termica in ambiente, con conseguenti minori temperature ambiente rispetto a quelle teoriche; * pericolo di VENT FIRES: i prodotti di pirolisi incombusti possono dar luogo a fiammate improvvise in prossimità delle aperture.

FASE SUCCESSIVA AL FLASH OVER Nella fase successiva al flash over l’incendio è controllato dalla ventilazione, quindi il parametro significativo è la superficie delle aperture presenti; Il valore massimo della velocità di combustione dipende dalla forma, posizione, dimensioni delle aperture di ventilazione (a parità di superficie è più influente l’altezza rispetto alla larghezza).

Se l’aria di alimentazione non è sufficiente: la combustione è più lenta, l’incendio ha tempo di durata maggiore, la potenza massima RHRmax ha un valore minore di quello teorico limite, minore è la velocità di diminuzione della T nella fase di decadimento.

Nota: 1) Eurocodice 1 (Norma UNI EN 1991-2 Azioni sulle strutture – Parte 1-2: Azioni sulle stutture esposte al fuoco): - in un locale incendiato fino all’inizio della fase di decadimento è stato consumato il 70% della massa del combustibile presente.

2) Norma ISO TR 13387-2 “Fire safety engineering – Part 2: design fire scenarios and design fires” - in un locale incendiato fino all’inizio della fase di decadimento, è stato consumato l’80% della massa di tutto il combustibile presente.

fase O-F:

d(RHR) / dt

1÷10 KW/s

da Eurocodice RHR = f(t2) fase F-A: RHRF → RHRMAX quasi a gradino ma si può approssimare tA – tF ≈ 60 s tA = [RHRMAX (tg2 / 1.000)]0,5

FASE DI CRESCITA DELL’INCENDIO Lo studio di questa fase è importantissimo, perché nel tempo fino al flash over si corrono i maggiori rischi per le persone presenti nel locale, per la T, i gas, il calore.

CONCETTO: nella fase di crescita, RHR aumenta con il t2 RHR = α . t2 Sono state introdotte quattro curve: - incendio a SVILUPPO LENTO: tg - incendio a SVILUPPO MEDIO: tg - incendio a SVILUPPO VELOCE: tg - incendio a SVILUPPO ULTRAVELOCE:

= 600 s = 300 s = 150 s tg = 75 s

FASE DI CRESCITA DELL’INCENDIO Da quanto prima valutato α = 1.000 / tg2 ne segue: -

INCENDIO LENTO: α = 1.000 kW / 6002 s2 = 2,77x10-3 kJ/s3 “ MEDIO: α = 1.000 kW / 3002 s2 = 11,11x10-3 kJ/s3 “ VELOCE: α = 1.000 kW / 1502 s2 = 44,44x10-3 kJ/s3 “ ULTRAVELOCE: α = 1.000 kW / 752 s2 = 177,77x10-3 kJ/s3 La VELOCITA’ di COMBUSTIONE sarà: mc = (α / H) t2 dove H = potere calorifero

Esempio - Incendio di legna a sviluppo medio: α = 1.000 kW / 3002 s2 = 11,11x10-3 Kj/s3 H = 17,50x103 kJ/kg (α/H)medio = (11,11x10-3 kJ/s3 )/17,50x103 Kj/kg = = 6,35x10-7 kg/s3 dopo 300 s : mc = 6,35x10-7 kg/s3 * 3002 s2 = 0,0571 kg/s

Esempio Valutare lo sviluppo nel tempo della potenza termica rilasciata durante la fase di crescita di un incendio in un ufficio, in cui: M = 120 kg di combustibile H = 16 Mj/kg Si preveda un incendio a sviluppo veloce Îą = 0,044 kJ/s3 , tg = 150 s RHRmax = 6.000 kW (limite da ventilazione) RHRF = 4.800 kW

Etot = 16 MJ/kg x 120 kg = 1920 MJ tA = (RHRmax / αveloce )0,5 = (6.000 kW / 44,44x10-3 kJ/s3) 0,5 = 367,4 s La fase di crescita inizia a tg (quando T = Tg ) e termina al flash over (t = tA) Energia rilasciata a tempo tA ERil(t=ta) = (αveloce tA3 / 3) = (44,44x10-3 kJ/s3 / 3) (367,4)3 s3 = 734,9 MJ Poiché ERil(t=ta) < Etot deve essere presente un periodo a RHR costante.

La quantità di combustibile bruciata tra tg e tA è QA = ∫tg tA α/4 t2 dt = ∫0 tA α/H t2 dt = 1/3 α/H tA3 = = 1/3 (44,44x10-3 kJ/s3 / 16.000 kJ/kg) (367,4)3 s3 = 45,9 kg I restanti 74,1 Kg di combustibile bruceranno nella fase a velocità combustione costante ed a quella di decadimento

Ipotizziamo ora lo stesso scenario, ma con incendio lento Etot = 16 MJ/kg x 120 kg = 1920 MJ tA = (RHRmax/αlento )0,5 =(6.000 kW / 11,11x10-3 kJ/s3) 0,5 = 1.472 s ERil(t=ta) = (αlento tA3 / 3) = (11,11x10-3 kJ/s3 / 3) (1472)3 s3 = 2.945 MJ > 1920 MJ Poiché ERil(t=ta) > Etot non si raggiunge la fase a (RHRmax) costante, quindi il combustibile brucia in un tempo tx< tA tx= (3 Etot / αlento )1/3 = (3x 1920x10-3 kJ / 11,11x10-3 kJ/s3) = 1.276,4 s Al tempo tx la potenza RHRx è RHRx = RHRmax (tx/ tA)2 = 6000 (1276,4 / 1472)2 = 4.511,3 kW < 4.800 NON si raggiunge il flash over

Effetti dell'incendio sulle persone ANOSSIA (a causa della riduzione del tasso di ossigeno nell’aria) AZIONE TOSSICA DEI FUMI RIDUZIONE DELLA VISIBILITÀ AZIONE TERMICA (ustioni)

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti dei gas di combustione Anossia La riduzione del tenore di ossigeno nell’aria produce la progressiva riduzione della forza fisica.

La concentrazione dell’ossigeno nell’aria, per effetto della combustione, può scendere sotto il 20,9% della normalità.

Alla diminuzione del tenore di ossigeno si verifica inizialmente la difficoltà di movimento, successivamente l’abbassamento della capacità valutativa sino al collasso ed asfissia.

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti dei gas di combustione Azione tossica I gas prodotti in una combustione possono essere tossici sia in relazione ai materiali coinvolti sia in relazione alla quantità di ossigeno presente nel luogo dell’incendio.

Al primo posto per numero di vittime è il "famigerato" ossido di carbonio (CO) legato ad una combustione che si sviluppa in carenza di ossigeno.

Tra gli altri gas più noti per la tossicità si rammentano l’idrogeno solforato, l’acido cianidrico, l’ossido di azoto, l’ammoniaca, l’anidride solforosa, ecc.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione CO - OSSIDO DI CARBONIO L’ossido di carbonio (o monossido di carbonio) si sviluppa in incendi covanti in ambienti chiusi ed in carenza di ossigeno.

E’ spesso presente in grandi quantità negli incendi e costituisce di solito il pericolo più grande.

E’ sempre presente in grandi quantità quando si tratti di fuochi sviluppatisi in ambienti chiusi con scarsa ventilazione e in tutti i casi dove scarseggia l’ossigeno necessario alla combustione. Negli incendi risulta il più pericoloso tra i tossici del sangue sia per l’elevato livello di tossicità, sia per i notevoli quantitativi generalmente sviluppati.

Caratteristiche : • incolore • inodore • tossico • non irritante • infiammabile

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione CO - OSSIDO DI CARBONIO La presenza di ossido di carbonio nell’aria determina un legame preferenziale tra questo e l’emoglobina, in quanto l’affinità di legame che intercorre tra l’ossido di carbonio e l’emoglobina è di circa 220 volte superiore a quella tra l’emoglobina e l’ossigeno.

L’esposizione in ambienti contenenti l’1,3% di monossido di carbonio produce incoscienza quasi istantaneamente e la morte dopo pochi minuti.

La percentuale dello 0,15% per 1 ora o dello 0,05% per 3 ore può risultare mortale.

La percentuale dello 0,4% è fatale in meno di 1 ora.

Sintomatologia: cefalea, nausea, vomito, palpitazioni, astenia (mancanza di forza), tremori muscolari.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione H2S - IDROGENO SOLFORATO Si sviluppa in tutti quegli incendi in cui bruciano materiali contenenti zolfo, come ad esempio la lana, le gomme, le pelli, la carne ed i capelli.

Caratteristiche: • incolore • tossico • infiammabile • odore caratteristico di uova marce ma tale sensazione che si ha alle prime inalazioni scompare dopo poco tempo.

Esposizioni ad aria contenente percentuali tra lo 0,04 e lo 0,07% per più di mezz’ora possono essere pericolose in quanto provocano vertigini e vomito.

In percentuali maggiori diviene molto tossico ed attacca il sistema nervoso provocando dapprima affanno e successivamente il blocco della respirazione.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione SO2 - ANIDRIDE SOLFOROSA Si può formare nella combustione di materiali contenenti lo zolfo quando questa avviene in eccesso d’aria.

In genere se ne formano quantità relativamente modeste salvo che negli incendi di zolfo.

Caratteristiche: • incolore • irritante • non infiammabile • solubile in acqua • odore pungente Percentuali dell’ordine dello 0,05% sono da considerarsi pericolose anche per esposizioni di breve durata.

E’ un gas irritante delle mucose degli occhi e delle vie respiratorie.

A basse concentrazioni gli effetti del biossido di zolfo sono principalmente legati a patologie dell’apparato respiratorio come bronchiti, asma e tracheiti e ad irritazioni della pelle, degli occhi e delle mucose.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione NH3 - AMMONIACA Si forma nella combustione di materiali contenenti azoto (lana, seta, materiali acrilici, fenolici e resine melamminiche).

Caratteristiche: • incolore • tossica • poco infiammabile • odore irritante e pungente L’ammoniaca è impiegata in alcuni impianti di refrigerazione e costituisce un notevole rischio di intossicazione in caso di fuga.

Produce sensibili irritazioni agli occhi, al naso, alla gola ed ai polmoni.

L’esposizione per mezz’ora all’aria contenente 0,25-0,65% di ammoniaca può causare seri danni all’organismo e addirittura la morte.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione HCN - ACIDO CIANIDRICO L’acido cianidrico si sviluppa in modesta quantità in incendi ordinari attraverso combustioni incomplete (carenza di ossigeno) di lana, seta, resine acriliche, uretaniche e poliammidiche (cuscini, imbottiture).

E’ impiegato come fumigante per distruggere i parassiti.

Caratteristiche: • incolore • altamente tossico • infiammabile • odore mandorle amare Una concentrazione dello 0,03% è già da considerare mortale.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione HCL - ACIDO CLORIDRICO E' un prodotto della combustione di tutti quei materiali contenenti cloro come la maggioranza delle materie plastiche.

Caratteristiche : • incolore • altamente tossico • non infiammabile • di odore pungente • irritante delle mucose, in particolare dei polmoni.

La concentrazione di 1.500 p.p.m. è fatale in pochi minuti.

La sua presenza viene facilmente avvertita a causa dell’odore pungente e del suo effetto irritante per le mucose.

L’acido cloridrico ha inoltre la proprietà di corrodere i metalli in presenza di umidità, liberando idrogeno gassoso altamente infiammabile

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione CH2CHCHO - ALDEIDE ACRILICA O ACROLEINA E' un gas altamente tossico ed irritante.

Si forma durante l’incendio di prodotti derivati dal petrolio, di oli, grassi ed altri materiali comuni, dalle resine fenoliche ed amminoplastiche (piatti e bicchieri) , poliammidiche e poliuretaniche (cuscini, materassi, imbottiture ecc.).

Caratteristiche:• altamente tossico e irritante • infiammabile • odore pungente Concentrazioni superiori a 10 p.p.m. possono risultare mortali.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione NO2 - BIOSSIDO DI AZOTO E’ un gas che si forma insieme ad altri vapori nitrosi nella combustione della nitrocellulosa, del nitrato di ammonio e di altri nitrati organici.

Gas di colore rosso bruno altamente tossico.

Caratteristiche: • altamente tossico e irritante delle vie polmonari • non infiammabile • odore pungente e soffocante Esposizioni all’aria con percentuali dallo 0,02% allo 0,07% possono essere mortali in breve tempo.

Effetti dell'incendio sulle persone Principali gas di combustione COCL2 - FOSGENE Gas altamente tossico, è presente nelle combustioni di materiali contenenti cloro, come ad esempio alcuni materiali plastici.

La formazione di tale gas è da temere soprattutto se l’incendio si sviluppa in un ambiente chiuso.

Usato come arma chimica nella prima guerra mondiale.

Caratteristiche: • incolore • altamente tossico e irritante • non infiammabile • odore di fieno ammuffito Il fosgene a contatto con l’acqua o con l’umidità si scinde in ossido di carbonio e acido cloridrico.

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti dei fumi di combustione Riduzione della visibilitĂ Il fumo produce un effetto irritante degli occhi e delle vierespiratorie, riduce la visibilitĂ con ostacolo per la evacuazione e per lâ&#x20AC;&#x2122;intervento dei soccorsi.

Simulazione 3D

Incendio scrivania

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti del calore di combustione Azione termica Il contatto diretto con la fiamma ed il calore da essa irradiato provocano ustioni.

I gas caldi di combustione possono provocare stress da calore, disidratazione ed edemi.

Il calore è dannoso per lâ&#x20AC;&#x2122;uomo potendo causare la disidratazione dei tessuti, difficoltĂ o blocco della respirazione e scottature.

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti dei calore di combustione Una temperatura dell’aria di circa 150°C è da ritenere la massima sopportabile sulla pelle per brevissimo tempo, a condizione che l’aria sia sufficientemente secca.

Tale valore si abbassa se l’aria è umida.

Purtroppo negli incendi sono presenti notevoli quantità di vapore acqueo.

Una temperatura di circa 60°C è da ritenere la massima respirabile per breve tempo.

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti del calore di combustione Lâ&#x20AC;&#x2122;irraggiamento genera ustioni sullâ&#x20AC;&#x2122;organismo umano che possono essere classificate a seconda della loro profonditĂ in: ustioni di I grado -superficiali -facilmente guaribili ustioni di II grado -formazione di bolle e vescicole -consultazione struttura sanitaria ustioni di III grado -profonde -urgente ospedalizzazione

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti del calore di combustione Oltre alle lesioni alla superficie cutanea, l'ustione può comportare altre gravi patologie che interessano organi vitali: Intossicazioni, dovute all'inalazione di ossido di carbonio, vapori o gas bollenti che possono provocare una compromissione delle vie aeree fino al tessuto polmonare; Infezioni, provocate dall'assenza di protezione esercitata dalla pelle contro l'ingresso di microrganismi; Insufficienza renale, per l'eccessivo sforzo a cui è sottoposto il rene per riassorbire i detriti metabolici provenienti dai tessuti distrutti.

Effetti dell'incendio sulle persone Effetti del calore di combustione Effetti dell’irraggiamento (KW/mq) 40,0 1% di probabilità di sopravvivenza 26,0 innesco incendi di materiale infiammabile 19,0 50% di probabilità di sopravvivenza 5,0 danni per operatori con indumenti di protezione esposti per lungo tempo 2,0 scottature di 2°grado 1,8 scottature di 1°grado 1,4 limite di sicurezza per persone vestite esposte per lungo tempo 1,0 paragonabile all’irraggiamento estivo

Sostanze pericolose In tutta l’Unione Europea sono considerati pericolosi, e come tali regolamentati, le sostanze ed i preparati rientranti in una o più delle seguenti categorie: Esplosivi Possono esplodere, detonare o deflagrare anche senza l’azione dell’ossigeno atmosferico.

Comburenti A contatto con altre sostanze provocano una forte reazione esotermica.

Infiammabili Rientrano fra gli infiammabili moltissimi materiali con diverso grado d’infiammabilità: da estremamente infiammabili ad altamente o facilmente infiammabili oppure infiammabili.

Sostanze pericolose Tossici Possono essere letali oppure provocare lesioni acute o croniche in piccola o piccolissima quantitĂ .

Nocivi Possono essere letali oppure provocare lesioni acute o croniche.

Corrosivi Possono esercitare nel contatto con tessuti vivi unâ&#x20AC;&#x2122;azione distruttiva.

Irritanti Possono produrre al contatto diretto, prolungato o ripetuto con la pelle o le mucose una reazione infiammatoria.

Sostanze pericolose Cancerogeni Possono provocare il cancro o aumentarne la frequenza.

Mutageni Possono produrre difetti genetici ereditari o aumentarne la frequenza.

Tossici per il ciclo riproduttivo Possono provocare o rendere piĂš frequenti effetti nocivi non ereditari nella prole o danni a carico della funzione o delle capacitĂ riproduttive maschili e femminili.

Pericolosi per lâ&#x20AC;&#x2122;ambiente Qualora si diffondano in ambiente presentano o possono presentare rischi immediati o differiti per una o piĂš componenti ambientali.

Sostanze pericolose Gli elementi che si hanno a disposizione per il riconoscimento del tipo di sostanza sono i seguenti: l informazione da parte delle persone presenti sul luogo; l documenti vari; l targhe di identificazione del pericolo e del materiale; l forma dei contenitori e degli impianti; l etichettatura di pericolo; l colorazioni delle ogive e delle tubazioni; l misure con rilevatori di gas o con esplosimetro; l odori caratteristici.

Sostanze pericolose SCHEDE DI SICUREZZA

Gasolio

acetilene

Acido acetico

Soda

Sostanze pericolose Cisterne per trasporto di un liquido combustibile od infiammabile a pressione atmosferica

Sostanze pericolose Cisterne per trasporto di un liquido combustibile od infiammabile a pressione atmosferica

Sostanze pericolose Trasporto di un gas liquefatto SEZIONE CILINDRICA ESTREMITA’ SEMISFERICHE

Sostanze pericolose Trasporto di un gas liquefatto SEZIONE CILINDRICA ESTREMITA’ SEMISFERICHE

Sostanze pericolose Trasporto di corrosivi PIU’ PICCOLE A CAUSA DEL PESO SPECIFICO MAGGIORE

Sostanze pericolose Trasporto di corrosivi PIU’ PICCOLE A CAUSA DEL PESO SPECIFICO MAGGIORE

Sostanze pericolose Carri bombolai

Sostanze pericolose

Le materie pericolose sono suddivise nelle seguenti classi secondo quanto stabilito dalla normativa internazionale per i trasporti su strada ADR: Classe 1a Materie ed oggetti esplosivi Classe 1b Oggetti caricati con materie esplosive Classe 1c Mezzi di accensione, artifizi e merci simili Classe 2 Gas compressi, liquefatti o disciolti sotto pressione Classe 3 Materie liquide infiammabili Classe 4.1 Materie solide infiammabili Classe 4.2 Materie soggette ad accensione spontanea Classe 4.3 Materie che, a contatto con lâ&#x20AC;&#x2122;acqua, sviluppano gas infiammabili Classe 5.1 Materie comburenti Classe 5.2 Perossidi organici Classe 6.1 Materie tossiche Classe 6.2 Materie ripugnanti o che possono causare infezioni Classe 7 Materie radioattive Classe 8 Materie corrosive

Sostanze pericolose Trasporto su ferrovia Le materie pericolose sono suddivise nelle seguenti categorie secondo quanto stabilito dalla normativa internazionale per i trasporti su ferrovia RID: Categoria 1 Infettanti Categoria 2 Corrosivi Categoria 3 Veleni Categoria 4 Materie solide di facile accensione Categoria 5 Materie comburenti Categoria 6 Materie soggette ad accensione spontanea Categoria 7 Decomponibile e tensivi Categoria 8 Materie liquide infiammabili Categoria 9 Perossidi organici Categoria 10 Materie accensibili per sfregamento e materie che si accendono a contatto con lâ&#x20AC;&#x2122;aria Categoria 11 Mezzi di accensione â&#x20AC;&#x201C; Munizioni per armi portatili e materiali fumogeni â&#x20AC;&#x201C; Giocattoli pirici Categoria 12 Esplosivi veri e propri e munizioni prive di innesco Categoria 13 Artifizi e miscugli pirotecnici per illuminazione, per segnalazione e per spettacoli Categoria 14 Inneschi detonanti e munizioni innescate Categoria 15 Materie radioattive

Sostanze pericolose Trasporto aereo Il trasporto aereo delle materie pericolose è regolamentato dalle norme internazionali IATA che prevedono sulle confezioni e gli imballi le stesse classi di pericolositĂ ONU ed etichettature simili a quelle adottate per il trasporto su strada con lâ&#x20AC;&#x2122;aggiunta delle etichette di pericolo.

Segnalazione del pericolo Le cisterne ed i contenitori che trasportano materie pericolose su strada o ferrovia devono essere identificate con apposite segnalazioni di pericolo: pannelli di pericolo ed etichette di pericolo.

Sostanze pericolose Pannelli di pericolo Quando viene effettuato il trasporto di materie pericolose tutte le unità di trasporto devono essere munite di due pannelli di segnalazione del pericolo di colore arancione (retro-riflettente), di 40 cm per 30 cm, con un bordo nero di 15 mm max, posti uno davanti e uno dietro a ciascuna unità di trasporto.

I pannelli di pericolo sono orizzontalmente in due spazi: Su quello superiore è riportato il “numero di identificazione del pericolo” o numero KEMLER; Su quello inferiore è riportato il numero di identificazione della sostanza o numero ONU che serve ad individuare esattamente la materia.

Sostanze pericolose La prima cifra del numero di identificazione del pericolo indica il pericolo principale, essenzialmente connesso con lo stato di aggregazione e con il tipo di sostanza, come segue: 2 Gas 3 Liquido infiammabile 4 Solido infiammabile 5 Materia comburente o perossido organico 6 Materia tossica 8 Corrosivo

Sostanze pericolose La seconda e la terza cifra indicano i pericoli secondari: 0 Nessun significato 1 Esplosione 2 Emissione di gas 3 Infiammabile 5 ProprietĂ comburenti 6 TossicitĂ 8 CorrosivitĂ 9 Pericolo di reazione dovuta a decomposizione spontanea o a polimerizzazione

Sostanze pericolose Le prime due cifre uguali indicano un accresciuto pericolo principale: 66 Sta ad indicare una materia estremamente tossica 33 Sta ad indicare un liquido estremamente infiammabile (punto di infiammabilità inferiore a 21 °C) 88 Una materia estremamente corrosiva 22 Un gas refrigerato 42 Un solido che a contatto con l’acqua può emettere gas X Aggiunta davanti alla prima cifra indica una materia che reagisce violentemente con l’acqua.

Sostanze pericolose Numero di identificazione Per lâ&#x20AC;&#x2122;identificazione della sostanza si fa riferimento ad un numero di quattro cifre ad essa attribuito dalle raccomandazioni ONU predisposte da un apposito comitato di esperti sul trasporto delle merci pericolose.

Sostanze pericolose Etichette La figura seguente mostra il sistema di etichettatura che, per le norme vigenti, deve essere apposto sulle cisterne o contenitori movimentati su strada, in modo da rendere piĂš facile lâ&#x20AC;&#x2122;individuazione del pericolo della sostanza, unitamente alla pannellatura arancione di cui si è detto sopra.

Le etichette di segnalazione di pericolo vengono applicate direttamente sulle cisterne ed hanno la forma di un quadrato di 30 cm di lato.

Sostanze pericolose Pericolo principale (stato di aggregazione)

2 – Gas

3 - Liquido Infiammabile

5 – Comburente

6 - Tossico

7 - Radioattive

8 – Corrosive

4 – Solido infiammabile

Sostanze pericolose Ubicazione pannelli ed etichette

Sostanze pericolose

Etichettature di imballaggi e confezioni Sull’imballaggio, direttamente o a mezzo di etichette, devono apparire i seguenti simboli ed indicazioni dei pericoli insiti nell’utilizzazione nonché il nome della sostanza o del preparato.

ESPLOSIVO: una bomba che esplode COMBURENTE: una fiamma sopra un cerchio FACILMENTE INFIAMMABILE: una fiamma TOSSICO: un teschio su tibie incrociate NOCIVO: una croce di Sant’Andrea IRRITANTE: una croce di Sant’Andrea CORROSIVO: la raffigurazione dell’azione di un acido RIFIUTI: una lettera R

Sostanze pericolose

Sostanze pericolose Questi simboli sono sempre accompagnati da frasi di rischio R e consigli di prudenza S; devono essere conformi a quelli stabiliti a norma dell’art.6 ed essere stampati in nero su fondo giallo/arancione.

Frasi R (indicazioni di pericoli particolari) R2 Rischio di esplosione per urto, sfregamento, fuoco R5 Pericolo di esplosione per riscaldamento R6 Esplosivo a contatto o senza contatto con l’aria R7 Può provocare un incendio R10 Infiammabile R11 Facilmente infiammabile R12 Altamente infiammabile R13 Gas liquefatto altamente infiammabile R14 Reagisce violentemente con l’acqua R45 Può provocare il cancro

Sostanze pericolose Frasi S (misure di sicurezza â&#x20AC;&#x201C; consigli di prudenza) S1 Conservare sotto chiave S2 Conservare fuori della portata dei bambini S3 Conservare in luogo fresco S7 Conservare il recipiente ben chiuso S8 Conservare al riparo dallâ&#x20AC;&#x2122;umiditĂ

Sostanze pericolose Identificazione gas in bombola Norma UNI-EN 1089-3

Sostanze pericolose Identificazione gas in bombola GIALLO - Tossico ; corrosivo

VERDE BRILLANTE - Asfissiante (inerte) ROSSO - Infiammabile BLU CHIARO - Ossidante

Sostanze pericolose Identificazione gas in bombola

La codificazione dei colori secondo la nuova norma prevede l'apposizione della lettera N maiuscola, in colore contrastante con quello dell'ogiva, in posizioni opposte l'una dall'altra

Sostanze pericolose Identificazione gas in bombola Per i gas pi첫 comuni sono previsti colori specifici Azoto Ossigeno Protossido d'azoto Elio

Sostanze pericolose Identificazione gas in bombola

Sostanze pericolose Identificazione gas in tubazioni Le tubazioni contenenti liquidi e gas nocivi o pericolosi di diversa natura, esse e le relative apparecchiature devono essere contrassegnate con distinta colorazione il cui significato deve essere reso noto ai lavoratori mediante tabella esplicativa.

verde

Acqua

giallo

grigio-argento

Vapore

violetto

Acidi e alcali

Combustibili e oli

azzurro

Aria

marrone

Gas (stato liquido o gassoso)

Le tubazioni contenenti altri liquidi devono essere contrassegnate in nero.

Grazie per lâ&#x20AC;&#x2122;attenzione

Direttore Vice Dirigente

Dott. Ing. Emilio Collini Comando Provinciale Vigili del Fuoco Reggio Calabria sito web: http://www.vigilfuoco.it