PRELEGEREA 1 (2 cursuri) NOŢIUNI GENERALE DESPRE ARDERI ŞI INCENDII 1.1 Fenomene de ardere 1.1.1 Arderea Arderea , fizico-chimic, este o reacţie de oxidare a unei substanţe aflată în stare gazoasă. Arderea , tehnic, este o reacţie exotermă a unei substanţe combustibile (care are caracteristica de combutibilitate) cu un agent oxidant (EN ISO 13943-2008) sau comburant însoţită de emisie luminoasă (flăcări sau incandescenţă), evantual emisie de fum (SR ISO 8421/1). Combustibilitatea substanţelor, materialelor, produselor pentru construcţii este caracteristica acestora de a se aprinde şi arde în continuare, contribuind la creşterea cantităţii de căldură. Comburantul, obişnuit, poate fi oxigenul, oxigenul din aer sau altă substanţă care poate ceda oxigenul prin reacţia de oxidare. Temperatura de ardere este temperatura minimă de la care arde un combustibil până la epuizare. Flacăra este un amestec de aer şi gaz combustibil în reacţie care emite lumină. Produsele de ardere, ca rezultatul al arderii, sunt: - gazele de ardere; - căldura (disipată în cantitate mare); - fumul şi oxidul de carbon, ca produs intermediar, care prezintă un pericol deosebit, putând provoca asfixieri şi intoxicaţii (cazul arderilor incomplete); - resturile minerale - cenuşa (cazul substanţelor solide). Fumul este un ansamblu vizibil de particule şi/sau lichide în suspensie. Intensitatea arderii este dată de cantitatea de căldură degajată în timpul arderii, exprimată în J (Jouli); raportarea acesteia la cantitatea unitară de combustibil ce o produce (1 kg în cazul substanţelor lichide şi solide sau 1 m 3 N (N indică condiţii 11
Transcript
PRELEGEREA 1 (2 cursuri)NOŢIUNI GENERALE DESPRE ARDERI ŞI INCENDII
1.1 Fenomene de ardere
1.1.1 Arderea
Arderea, fizico-chimic, este o reacţie de oxidare a unei substanţe aflată în stare gazoasă.Arderea, tehnic, este o reacţie exotermă a unei substanţe combustibile (care are caracteristica
de combutibilitate) cu un agent oxidant (EN ISO 13943-2008) sau comburant însoţită de emisie luminoasă (flăcări sau incandescenţă), evantual emisie de fum (SR ISO 8421/1).
Combustibilitatea substanţelor, materialelor, produselor pentru construcţii este caracteristica acestora de a se aprinde şi arde în continuare, contribuind la creşterea cantităţii de căldură.
Comburantul, obişnuit, poate fi oxigenul, oxigenul din aer sau altă substanţă care poate ceda oxigenul prin reacţia de oxidare.
Temperatura de ardere este temperatura minimă de la care arde un combustibil până la epuizare.
Flacăra este un amestec de aer şi gaz combustibil în reacţie care emite lumină.Produsele de ardere, ca rezultatul al arderii, sunt:- gazele de ardere;- căldura (disipată în cantitate mare);- fumul şi oxidul de carbon, ca produs intermediar, care prezintă un pericol deosebit, putând
Fumul este un ansamblu vizibil de particule şi/sau lichide în suspensie.Intensitatea arderii este dată de cantitatea de căldură degajată în timpul arderii, exprimată în J
(Jouli); raportarea acesteia la cantitatea unitară de combustibil ce o produce (1 kg în cazul substanţelor lichide şi solide sau 1 m3N (N indică condiţii normale) în cazul substanţelor gazoase) defineşte puterea calorifică, exprimată în J/kg sau J/m3N. Reglementările europene, care au preluat terminologia ISO 13943-2008, utilizează pentru această caracteristică a materialelor combustibile expresia de căldură de ardere.
Puterea calorifică sau căldura de ardere, după modul de condensare a vaporilor de apă rezultaţi în procesul de încercare, poate fi (tabelul 1.1):
- superioară (PCS) sau căldură de ardere brută (importantă pentru clasificarea produselor pentru construcţii din punctul de vedere al reacţiei la foc, SR EN ISO 1716);
- inferioară (PCI) sau căldură de ardere netă (notată Hui în SR EN 1991-1-2, importantă pentru calculul sarcinii termice).
Tabelul 1.1 Puteri calorifice sau călduri de ardereNr. crt. Substanţa
15 Hârtie reviste 12,7 - 37 Silicon spumă 14,0...19,5 -16 Hârtie ziar 19,7 - 38 Ulei de in 39,2...39,4 -17 Hârtie cerată 21,5 39 Ulei mineral 45,8...46,0 -18 Lemn fag 20,0 18,7 40 Unt 38,5 -19 Lemn brad 21,0 19,6 41 Untură 40,1 -20 Lemn stejar 20,2 18,7 42 Uree
formaldehidă15,9 14,61
21 Lemn molid 21,8 20,4 43 Tutun 15,8 -22 Lemn pin 19,2 17,8 44 Ţiţei 43,0...47,1 40,9...43,9
Viteza de ardere este cantitatea de combustibil, măsurată în unităţi de masă, volum sau lungime consumată în unitatea de timp prin ardere (tabelul 1.2).
Tabelul 1.2 Viteze de ardereNr. crt.
Substanţa combustibiăViteza de ardere dată prin
masa de ardere(kg/m3.min.)
lungimea de ardere(mm/min.)
1 Lemn (grinzi, mobilă în încăpere) 0,65 ... 0,90 -2 Lemn tăiat în stive, în aer liber 6,70 -3 Cherestea în stive pe teren descoperit 6,67 -4 Bumbac afânat 0,24 -5 Cărţi pe rafturi de lemn 0,33 -6 Hârtie afânată 0,48 -7 Fibră artificială scurtă afânată 0,40 -8 Textolit 0,40 -9 Cauciuc natural 0,80 -10 Cauciuc sintetic 0,53 -11 Articole tehnice de cauciuc 0,67 -12 Film pe bază de celuloid 70,0 -13 Polistiren 0,86 -14 Sticlă organică 0,86 -15 Fenoplaste 0,36 -16 Sodiu metalic 0,70 ... 0,90 -17 Acetonă 2,83 3,3018 Benzen 2,30 3,1519 Benzină 2,70 ... 3,20 3,80 ... 4,5020 Alcool butilic 0,81 1,1021 Eter dietilic 3,60 5,0022 Izopentan 6,30 10,0023 Petrol (ţiţei) 1,70 1,6024 Petrol lampant 2,90 3,6025 Păcură 2,10 2,2026 Sulfură de carbon 2,20 2,7027 Toluen 2,30 2,7028 Alcool etilic 1,60 ... 2,00 2,00 ... 2,50
12
Procesul de ardere, pentru a avea loc, trebuie să întrunească, în timp şi spaţiu, condiţiile de prezenţă a:
- substanţei, materialului sau produsului combustibil;- substanţei comburant;- sursei de aprindere (care să asigure energie suficientă pentru iniţierea arderii).
Fenomenul arderii are la bază, în concepţia actuală, teoria reacţiilor în lanţ. Această teorie presupune formarea radicalilor liberi, în timpul reacţiei de oxidare, care, în urma reacţiei cu alte molecule, formează noi radicali liberi ce reacţionează la rândul lor cu molecule neutre. Aceste reacţii sunt denumite reacţii secundare de continuare a lanţului. În acest mod apare un lanţ de reacţii ce se repetă şi pe timpul cărora produsele finale se formează printr-o serie de faze intermediare, care iniţiază începutul unui nou lanţ ce constituie centrul activ al reacţiei. Reacţia, susţinută de centrii activi, încetează când lanţul se întrerupe ca urmare a ciocnirilor atomilor sau radicalilor cu molecule inerte (de exemplu, de haloni) sau cu o suprafaţă care absoarbe energia acestora (de exemplu, particule de pulberi stingătoare).
Arderea substanţelor combustibile are loc în faza lor gazoasă (excepţie făcând arderea mocnită).
Clasificarea arderilor după tipul de reacţie, distinge:- arderea completă, cazul arderii în întregime a substanţei combustibile, existând o cantitate
suficientă de oxigen pentru procesul de oxidare; - arderea incompletă, cazul arderii parţiale a substanţei combustibile, neexistînd la dispoziţie
o cantitate suficientă de oxigen pentru procesul de oxidare.
Clasificarea arderilor după percepţie, distinge:- arderea cu flacără, cazul arderii combustibilului în faza gazoasă cu emisie de lumină
(arderea cel mai des întâlnită);- arderea cu incandescenţă, cazul arderii combustibilului cu emisie vizibilă de lumină la
suprafaţa acestora (arderea cu incandescenţă);- arderea mocnită, cazul arderii combustibilului fără emisie vizibilă de lumină, adesea pusă în
evidenţă de creşterea temperaturii mediului ambiant şi apariţia fumului.
Clasificarea arderilor după căldura degajată (în consecinţă, după creşterea temperaturii) şi viteza de propagare a arderi, distinge:
- arderea lentă, la care creşterea de temperatură este suficientă/sesizabilă, fără atingerea valorii care să conducă la emisia de lumină;
- arderea normală, la care propagarea se face cu o viteză de ordinul centimetrilor până la un metru pe secundă (care are loc în spaţii deschise);
- arderea rapidă (deflagraţa, explozia), la care propagarea se face cu o viteză de ordinul zecilor de metri pe secundă (subsonică) şi cu degajare mare de căldură (care are loc, de regulă, în spaţii închise);
- detonaţia, la care propagarea se face cu o viteză de ordinul kilometrilor pe secundă (supersonică), însoţită de undă de şoc.
Aprinderea este procesul de iniţiere a arderii cu flacără susţinută. Aprinderea unei substanţe combustibile se produce numai în faza gazoasă, cu atât mai uşor cu cât emanarea de vapori şi gaze începe la o temperatură mai mică şi este funcţie de starea de agregare a substanţei combustibile (gazoasă, lichidă sau solidă).
Aprinderea substanţelor combustibile gazose este procesul de iniţiere a arderii, după care, îndepărtând sursa de aprindere, combustia continuă până când tot amestecul arde (figura 1.1); aceasta este caracterizată de:
13
Figura 1.1 Schema generală a proceselor de ardere
- inflamabilitatea, care este caracteristica unei substanţe combustibile, aflată în faza gazoasă, de a trece şi rămâne în stare de ardere cu emisie de lumină (iniţial noţiunea s-a utilizat pentru gazele cu proprietatea de a fi inflamabile şi ulterior s-a extins la substanţele lichide şi solide);
- temperatura de inflamabilitate, care este temperatura la care inflamabilitatea se produce; constituie unul dintre parametrii importanţi în stabilirea pericolului proceselor de ardere la substanţele combustibile (cu cât această temperatură este mai mică, cu atât substanţa respectivă prezintă un pericol mai mare pentru declanşarea arderii);
- temperatura de aprindere, care este temperatura minimă până la care trebuie încălzită o substanţă combustibilă gazoasă în prezenţa oxigenului sau aerului şi unei surse de iniţiere (de exemplu, scânteie) pentru a se produce aprinderea şi arderea în continare (după îndepărtarea sursei şi fără aport de energie din exterior);
- temperatura de autoaprindere, care este temperatura minimă până la care trebuie încălzită o substanţă combustibilă gazoasă în prezenţa oxigenului sau aerului şi fără a veni în contact direct cu o sursă de aprindere (de exemplu, prin încălzire adiabatică) pentru a se produce aprinderea şi arderea în continuare (fără încălzire ulterioară), tabelul 1.3.
Tabelul 1.3 Temperatura de autoaprindere a unor substanţe combustibile gazoaseNr. crt. Substanţa combustibilă gazoasă Temperatura de autoaprindere 0C
Aprinderea substanţelor lichide este procesul de iniţiere a arderii, prin degajarea de vapori şi aprinderea acestora (figura 1.1); aceasta este caracterizată de:
- temperatura de inflamabiltate (flash-point), care este temperatura minimă, la presiune atmosferică normală, la care vaporii degajaţi de un lichid combustibil formează cu aerul (deasupra
14
suprafeţei sale) un amestec de o anumită concentraţie ce se aprinde la contactul cu o sursă de aprindere (la temperatura de inflamare un lichid combustibil nu arde), tabelul 1.4;
- temperatura de aprindere este temperatura minimă la care un lichid combustibil, după ce s-au aprins vaporii, arde în continuare (prin evaporare continuă), tabelul 1.4;
- temperatura de autoaprindere este temperatura până la care trebuie încălzit un lichid combustibil, în prezenţa oxigenului sau aerului şi fără a veni în contact direct cu o sursă de aprindere, ca, după ce s-au aprins vaporii, să ardă în continuare (la majoritatea lichidelor combustibile aceasta variază între 2500C şi 6500C).
Tabelul 1.4 Temperaturi de inflamablitate şi aprindere a unor substanţe combustibile lichideNr. crt. Substanţa combustibilă lichidă Temperatura de
Notă.1. În afară de lichide se mai inflamează şi vaporii unor substanţe solide (camfor, naftalină, fosfor), din cauză că aceste substanţe se volatilizează la temperatura normală.
Aprinderea substanţelor solide este procesul de iniţere a arderii, prin descompunerea chimică a substanţei sub acţiunea căldurii (piroliză) cu degajare de amestecuri de gaze şi aerosoli (incluzând şi particule suspendate, efluenţii arderii) şi aprinderea acestora (figura 1.1); aceasta este caracterizată de:
- temperatura de aprindere, care este temperatura minimă de suprafaţă la care debitul de volatile este suficient pentru a asigura o flacără susţinută, tabelul 1.5.
Autoaprinderea sau aprinderea spontană este fenomenul de aprindere bazat pe autoîncălzirea substanţei combustibile solide şi poate fi:
- chimică, produsă în masa substanţelor ce au capacitate intensă de combinare cu oxigenul din aer, cu apa sau alte substanţe; substanţele combustibile predispuse la autoaprindere chimică pot fi împărţite în trei grupe:
- substanţe care se aprind spontan în contact cu aerul la temperatura normală (substanţe pirofore), precum: fosforul, metalele alcaline etc.;
- substanţe care reacţionează violent în contact cu apa în condiţii normale, precum: carbura de calciu, metalele alcaline etc.;
15
- substanţe care se aprind violent în contact cu substanţe organice (oxidanţi şi peroxizi), precum: cloratul de potasiu în contact cu acidul oxalic, acidul azotic şi sulfuric în contact cu materiale celulozice etc.;
Tabelul 1.5 Temperatura de aprindere a unor substanţe combustibile solideNr. crt. Substanţa combustibilă solidă Temperatura de aprindere 0C
- fizico-chimică, stimulată de factori de natură fizică şi de procese chimice (suprafaţă specifică, grad de aerare, izolare termică faţă de mediul exterior, prezenţa unor impurităţi); susceptibile la acest gen de autoaprindere sunt: cărbunele, bumbacul, azotatul de amoniu, lacurile de ulei, seminţele şi turtele de floarea soarelui;
- biologică, specifică unor produse de natură vegetală (furaje, borhot, rumeguş de lemn, tutun, tăiţei de sfeclă etc.) sau animală (lână, păr etc.), stimulată de acţiunea microorganismelor, care, în urma propriilor procese fiziologice, generează substanţe chimice ce conduc la reacţii chimice care produc cantitatea de căldură necesară iniţierii procesului de ardere.
Fenomenul autoaprinderii poate genera incendii instantanee sau mocnite (în stare ascunsă), apariţia şi dezvoltarea acestora fiind favorizată de factori aleatori (umiditate, aerare, prezenţă de impurităţi, grad de concasare etc.).
Inerţia termică este o caracteristică a substanţelor solide, definită ca produsul dintre conductivitatea termică (λ), densitate masică (ρ) şi căldura specifică (c), tabelul 1.6 (materialele cu inerţie termică mică pot fi aprinse de surse de energie termică redusă: muc de ţigară, flacără de chibrit etc.).
Tabelul 1.6 Inerţia termică a unor substanţe combustibile solideNr. crt. Substanţa combustibilă
Explozia este o ardere, produsă de o reacţie de oxidare foarte rapidă şi violentă a amestecurilor explozive, cu degajare de căldură, lumină şi generare de presiuni mari; este improprie folosirea termenului de explozie pentru a desemna spargerea unui recipient presurizat, cauzată de suprapresiune interioară (eventual, combinată cu defecte de fabricaţie).
Exploziile pot fi cauze ale unor incendii, după cum, în unele cazuri, şi incendiile pot fi cauze ale unor explozii.
Concentraţiile explozive sunt amestecuri de gaze combustibile şi/sau vapori combustibili şi/sau praf al unor substanţe solide combustibile cu aerul care se exprimă în % de volum sau g/m3; în general, o explozie se produce în momentul în care amestecul exploziv are o anumită concentraţie şi vine în contact cu o sursă de aprindere.
Limita inferioară de explozie este concentraţia minimă a gazelor, vaporilor sau prafurilor combustibile în aer la care se poate produce explozia; sub limita inferioară de explozie amestecul nu poate să producă explozia din cauza excesului de aer.
Limita superioară de explozie este concentraţia maximă a gazelor, vaporilor sau prafurilor combustibile în aer de la care explozia nu mai este posibilă; peste limita superioară de explozie nu mai poate avea loc explozia din cauza lipsei de aer.
Interval de explozie este dat de zona dintre limitele inferioară şi superioară de explozie; intervalul de explozie are un rol determinant în stabilirea pericolului de explozie la gaze, lichide şi prafuri combustibile, explozia acestora devenind posibilă numai între aceste limite.
Limita inferioară/superioară de explozie a amestecurilor formate din mai multe substanţe se poate calcula cu relaţia 1.1 (a lui Le Chatelier):
17
(1.1)
unde:L este concentraţia care defineşte limita inferioară/superioară de explozie a amestecului, în %;a, b, c, ..., n - conţinutul în % de volum pentru fiecare component din amestecul considerat;A, B, C, ..., N - limita inferioară/superioară de explozie pentru fiecare component din amestecul considerat.
Limitele de explozie nu au o valoare constantă, deoarece amestecurile explozive sunt supuse acţiunii unor factori ca: temperatura mediului ambiant, presiunea la care este supus amestecul exploziv etc.. Limitele de explozie, inferioară şi superioară, publicate în literatura de specialitate sunt determinate pentru temperatura normală (200C) şi presiunea atmosferică. În unele situaţii reale, în special la obiectivele industriale, se poate depăşi temperatura şi presiunea la care au fost determinate limitele de explozie pentru unele substanţe indicate în literatura de specialitate. În acest caz, limitele de explozie se pot calcula cu relaţiile 1.2:
(1.2)
unde: este limita inferioară/superioară de explozie la temperatura t;
- limita inferioară/superioară de explozie la temperatura de 200C; t - temperatura la care a ajuns amestecul, respectiv temperatura dată, în 0C.
Cu creşterea temperaturii peste cea normală (200C), intervalul de explozie se măreşte. Temperatura mediului înconjurător exercită o influenţă mai mare asupra limitei superioare de explozie decât asupra celei inferioare. Pentru determinarea practică a limitelor de explozie, cu şi mai mare uşurinţă, în cazul creşterii temperaturii, se poate aplica următoarea regulă: la ridicarea temperaturii cu fiecare 1000C limita inferioară de explozie scade cu 10% şi limita superioară creşte cu 15%.
Cu variaţia presiunii la care sunt supuse amestecurile explozive, limitele de aprindere sau de explozie ale acestora se modifică. Creşterea presiunii, chiar şi până la 20 atm, nu influenţează prea mult valoarea limitelor de explozie, dar scăderea presiunii face ca intervalul de explozie să se reducă considerabil; la o presiune mult scăzută, indiferent de compoziţia amestecului, iniţierea exploziei devine imposibilă.
Între temperaturile de inflamabilitate şi limitele de explozie există o strânsă legătură; de aceea, gradul de periculozitate al amestecului exploziv se poate caracteriza fie prin concentraţiile limită, fie prin temperaturile limită (în prezenţa fazei lichide).
Factorii de care depinde explozia amestecurilor de praf cu aer sunt:- compoziţia chimică a prafului; cantitatea mai mare de substanţe volatile conţinute de praf
face ca pericolul de explozie să fie mai accentuat;- concentraţia prafului; cele două limite de explozie (ca şi în cazul vaporilor şi gazelor) depind
de gradul de dispersie a prafului, umiditate, conţinut de substanţe volatile şi temperatură; pentru majoritatea prafurilor combustibile limita superioară este destul de ridicată şi practic nu poate fi atinsă;
- starea fizică a prafului; pericolul de explozie este mai mare cu cât praful dispersat este mai fin;
18
- compoziţia atmosferică şi temperatura mediului; umiditatea, în principiu, micşorează pericolul de explozie, în afară de cazul acelor substanţe cu care umiditatea intră în reacţie; prezenţa, în anumite cantităţi, a unor gaze inerte în aer micşorează sau chiar înlătură pericolul de explozie.
Printre prafurile cu cel mai mare pericol de explozie şi incendiu se pot enumera praful de: zahăr, amidon, textile, lemn, cereale şi făină, materiale plastice, pulberi metalice (de zirconiu, titan, magneziu, aluminiu etc.).
În general, în timpul unei explozii se dezvoltă şi o cantitate mare de căldură, care provoacă dilatarea gazelor rezultate. Pentru majoritatea substanţelor, temperatura de explozie este cuprinsă între 10000C şi 30000C; la explozia amestecurilor de prafuri combustibile aceasta este mai scăzută.
Presiune maximă de explozie este presiunea maximă care s-ar produce în cazul că nu ar exista schimb de căldură între produsele de ardere şi pereţii incintei şi poate fi calculată cunoscând concentraţia, compoziţia substanţelor respective, starea iniţială a sistemului şi cantitatea substanţelor volatile (în cazul prafurilor). În urma exploziilor amestecurilor, în clădirile industriale închise, se produc presiuni semnificative capabile să provoace distrugeri la clădiri. Cu cât efectul presiunii durează mai puţin, în urma unei explozii, cu atât distrugerea este mai redusă.
Timpul de explozie este timpul de acţionare a solicitării dinamice din explozie. Acest timp variază de la sutimi de secundă (cazul amestecului de hidrogen-aer) până la zecimi de secundă.
2.2 Incendiul
2.2.1 Evoluţia şi fazele incendiului
Standarde privitoare la terminologia din domeniu (ISO 13942/2008) fac diferenţa între fenomenele foc şi incendiu, astfel:
- focul este ardere autoîntreţinută, organizată, cu producere de efecte utile şi a cărei propagare, în timp şi spaţiu, este limitată; - incendiul este ardere, autoântreţinută, neorganizată, cu producere de efecte dăunătoare şi a cărei propagare, în timp şi spaţiu, este nelimitată.
Incendiul, cu conotaţie juridică, este arderea scăpată de sub control, iniţiată de o cauză bine precizată (voită sau nu), care produce pierderi de vieţi şi/sau bunuri materiale şi necesară o acţiune de stingere pentru întreruperea ei.
Fazele incendiului produs într-o incintă şi asupra căruia nu se intervine, aşa cum rezultă din analiza evoluţiei lui, sunt cinci (figura 1.2).
Faza 1, apariţia focarului iniţial; faza în care, datorită unor împrejurări favorizante, sunt puse în contact materialul combustibil cu sursa de aprindere, a cărei energie acumulată în timpul perioadei de contact duce la iniţierea incendiului. Caracteristic fazei sunt temperatura şi energia de aprindere.
Faza 2, arderea lentă; faza în care arderea este limitată strict la materialele combustibile care constituie focarul iniţial, termodegradându-le profund, fără distrugerea lor totală.
Cu o durată variabiă ca timp şi absentă în numeroase cazuri, poate fi de ordinul minutelor, orelor şi, în unele situaţii, zilelor şi săptămânilor (cazul arderilor mocnite); durata acestei faze depinde de: natura, cantitatea şi modul de distribuţie a materialelor combustibile în incintă, dimensiunile şi amplasarea surselor de aprindere şi cantitatea de căldură transmisă de acestea (cu cât materialul combustibil se aprinde mai uşor cu atât căldura degajată este mai mare şi propagarea are loc mai rapid).
Temperatura creşte relativ lent, fără a atinge valori importante. Din descompunerea materialelor se degajă gaze care se acumulează în atmosfera înconjurătoare şi formează cu aerul un amestec combustibil, precum şi gudroane care contribuie la propagarea incendiului. Caracteristic
19
fazei sunt flacăra ascendentă şi fluxul de căldură creat de flacără (asemănător incendiului în aer liber).
Modelele matematice elaborate pentru această fază urmăresc să determine evoluţia înălţimii şi temperaturii flăcării funcţie de timp (ISO 16734 ... 16736), pentru amplasarea optimă a sistemele de detectare şi stingere (detectoarelor, sprinklerelor, drencerelor).
După stabilizarea arderii, incendiul poate evolua pe una din următoarele căi:- calea 2.1, incendiu local, dacă materialul combustibil este izolat;- calea 2.2, ardere cu viteză mică sau autostingere, dacă ventilaţia este insuficientă;- calea 2.3, ardere activă, declanşând faza 3.
Faza 3, arderea activă sau dezvoltarea incendiului; fază în care arderea se propagă la toate obiectele învecinate cu focarul, având aerul necesar în cantitate suficientă.
Din cauza diferenţei de densitate şi curenţilor de convecţie, gazele calde mai uşoare se acumulează sub tavan şi ies din incintă pe la partea superioară a deschiderilor, fiind înlocuite de un curent de aer rece care pătrunde pe la partea inferioară. Caracteristic fazei sunt:
- radiaţia, care devine principalul factor al transferului de căldură ca urmare a stratului de gaze fierbinţi şi fum acumulat sub tavan, propagând incendiul şi în zone mai îndepărtate de focar, prin încălzirea materialelor în aceste zone până la temperatura de aprindere; natura şi finisajul pereţilor are un rol esenţial cauzat de aportul suplimentar însemnat de radiaţie termică (radiaţie reciprocă între pereţi);
- temperatura, care în diferite puncte ale incintei diferită mult şi suferă importante şi rapide fluctuaţii.
Modelele matematice elaborate pentru această fază urmăresc determinarea evoluţiei debitului de căldură degajat, Q, la timpul t de la începerea incendiului şi la timpul corespunzător stării staţionare a incendiului (important pentru evaluarea stabilităţii la foc a elementelor structurale).
Din această fază incendiul poate evolua pe una din următoarele căi:- calea 3.1, producerea fenomenului flash-over (fenomen tranzitoriu, în care se instalează
brusc arderea generalizată a tuturor suprafeţelor combustibile din incintă), dacă aerul necesar arderii este în cantitate suficientă; ca urmare, scade brusc cantitatea de comburant (oxigenul din aer) şi procentul de oxid de carbon atinge valoarea maximă (până la 20%), fiind momentul cel mai periculos pentru pompierii care asigură intervenţia la incendiu; flash-over, definind, ca fenomen, trecerea bruscă în stare de ardere generalizată şi considerat, ca termen, intraductibil în limba română, este caracterizat şi prin creşterea rapidă, exponenţială, a temperaturii şi printr-o masivă şi rapidă generare de fum, mai ales când finisajul pereţilor este combustibil (ISO 13943-2008, SR ISO 8421-1); urmează evoluţie către faza 4, arderea generalizată;
- calea 3.2, producerea regresiei incendiului (focul putându-se stinge spontan), dacă aerul necesară arderii devine insuficient în cazul unei incinte închise sau existenţei unei distanţe, relativ mari, între masele combustibile (fenomenul conducţiei ne mai producndu-se);
- calea 2.3, producerea fenomenului back-draft (similar cu flash-over: creştere bruscă a suprafeţelor în combustie la nivelul întregii incinte, reducere a procentului de oxigen şi creştere a procentului de oxid de carbon, creştere rapidă a temperaturii şi masivă generare de fum).
Faza 4, arderea generalizată; fază în care arderea are loc în întreaga incintă. Caracteristic fazei sunt temperaturile care se uniformizează spre valori maxime şi radiaţia care devine preponderentă (după producerea fenomenului flash-over sau, mai rar, a fenomenului back-draft).
În cursul acestei faze structurile de rezistenţă sunt cele mai afectate de incendiu: se fisurează şi se dislocă pereţi, se lărgesc deschideri etc., având loc propagarea incendiului în incintele alăturate şi apoi în întreaga clădire. Regimul de ardere se stabilizează şi este condiţionat de suprafaţa materialelor combustibile (cazul incendiului ventilat, intens şi de scurtă durată, la care viteza de ardere este dependentă de aria suprafeţei combustibilului - aer în exces raport la suprafaţa de contact cu combustibil) sau dimensiunile deschiderilor, deci de regimul admisiei aerului (cazul
20
incendiul neventilat la care viteza de ardere este dependentă de dimensiunile deschiderilor de ventilaţie din incintă).
Faza 5, regresia arderii; fază în care temperatura şi flăcările se atenuează mult, din cauza epuizării combustibilului, în final rămânând jar şi cenuşă. Caracteristic fazei este temperatura care încetează să mai crească, chiar să scadă, şi reinstalarea mediului gazos, între flacări şi elementele de construcţie.
Importanţa acestei perioade nu trebuie subestimată din punctul de vedere al măsurilor de securitate; temperatura scade, dar nu brusc, rămânând mult timp foarte ridicată şi acţiunea ei distructivă asupra structurilor neputând fi neglijată. Uneori, chiar în această fază, incendiul se poate transmite încăperilor şi/sau clădirilor vecine, obstacolul reprezentat de pereţi sau panouri ne mai rezistând în timp.
Având în vedere fazele descrise, evoluţia unui incendiu într-un spaţiu închis poate fi reprezentată sub formă de schemă logică (figura 1.2a) sau grafic (figura 1.2b).
a. b.Figura 1.2 Evoluţia incendiului produs într-o incintă şi asupra căruia nu se intervine
Incendiul convenţional izbucnit în spaţiu deschis; acesta evoluează similar cu cel în spaţiu închis, prezentând, următoarele particularităţi:
- se dezvoltă de la început pe întreaga suprafaţă a materialului cuprins de flăcări;- mărimea flăcărilor depinde de condiţiile meteorologice şi de dinamica curenţilor care afluesc
către locul incendiului;- produsele de ardere sunt bogate în particule de cărbune.
Incendiul real, la care se intervine, prezintă trei faze:- dezvoltarea liberă: care se desfăşoară din momentul izbucnirii incendiului până la
introducerea în acţiune a primului mijloc pentru stingere;- localizarea: în care se procedează la eliminarea posibilităţilor de propagare a incendiului şi
prăbuşire a construcţiei, precum şi la crearea premiselor pentru lichidarea incendiului;- lichidarea: în care se realizează atacul asupra incendiului, în principiu din toate direcţiile şi
cu toate forţele şi mijloacele; prin lichidarea incendiului se înţelege oprirea arderii pe toate suprafeţele care au fost cuprinse de incendiu şi excluderea reapariţiei.
Pe baza experimentelor precum şi măsurării temperaturilor la incendii reale, s-a propus o curbă standard temperatură-timp (un model de foc în condiţii de incendiu, deja clasic), ce caracterizează creşterea temperaturilor funcţie de timpul de ardere (figura 1.8).
21
Principiile arderii, care se au în vedere la studiile teoretice ale incendiilor, sunt:- existenţa aprinderii şi arderii este posibilă dacă se întrunesc, simultan, în timp
şi spaţiu, următoarele condiţii:- prezenţa materialului combustibil;- prezenţa substanţelor care întreţin arderea (oxigenul din aer sau
substanţele care pot ceda oxigen);- prezenţa sursei de aprindere cu energia capabilă să realizeze
temperatura de aprindere;
- continuarea arderii este posibilă până când:- materialul combustibil este consumat;- concentraţia comburantului devine mai mică decât minimul necesar
pentru a susţine arderea;- pierderile de căldură sunt atât de mari încât nu mai asigură
necesarul pentru piroliza în continuare a materialului combustibil;- flăcările sunt inhibate chimic sau suficient răcite pentru a împiedica
desfăşurarea reacţiilor în continuare.
Forma de dezvoltarea a unui incendiu poate fi (figura 1.3): circulară (a) sau frontală (b) sau unghiulară (c).
Figura 1.3 Forme de dezvoltare a unui incendiu [8]
2.2.2 Sarcina şi densitatea de sarcină termică de incendiu
Conform STAS 10903/2-79
Sarcina termică de incendiu, SQ, în MJ, este cantitatea de căldură pe care o poate degaja, prin combustie completă, totalitatea materialelor combustibile, fixe şi mobile, existente în spaţiul afectat de incendiu, relaţia 1.3,
SQ = Σ (Mi × Qi) (1.3)
unde: Mi este masa materialului combustibil curent din tot spaţiul considerat, în kg;Qi - puterea calorifică inferioara a materialului combustibil curent (STAS 8790-71 abrogat şi SR EN 1716: 2002 în viguare), în MJ/kg.
Densitatea de sarcină termică de incendiu, qs, în MJ/m2, este sarcina termică de incendiu, a unui spaţiu, încăpere etc., raportată la aria pardoselii luată în considerare (posibil şi la aria suprafeţelor delimitatoare), relaţia 1.4a,
qs = SQ / As (1.4a)
22
unde: As este aria secţiunii orizontale a spaţiului afectat, în m2.
În practică, s-a utilizat multă vreme, în special pentru aprecieri comparative, echivalentul în lemn al sarcinii termice de incendiu, fiind cantitatea de lemn, care prin ardere, ar degaja aceeaşi cantitate de căldură ca şi materialele combustibile existente în spaţiul analizat (având puterea calorifică inferioară, Qlemn, egală cu 18,42 MJ/kg sau 4400 kcal/kg); densitatea de sarcină termică de incendiu echivalentă, în kglemn/m2, este dată de relaţia 1.4b.
Mlemn = (Mi×Qi) / (As×Qlemn) (1.4b)
Conform SR EN 1991-1-2
Valoarea de proiectare a densităţii sarcinii termice de incendiu, qfi,d, în MJ/m2, se calculează cu relaţia 1.5,
qfi,d = qfi,k × m × δq1 × δq2 × δn (1.5)
unde: qfi,k este valoarea caracteristică a densităţii de sarcină termică de incendiu (tabelul 1.7, după destinaţie, sau relaţiile 1.6 la 1.8), în MJ/m2;m - coeficienul de ardere care ţine seama de destinaţia compartimentului de incendiu şi tipul sarcinii termice (pentru materiale majoritar celulozice m=0,8);δq1 - coeficientul care ţine seama de riscul de iniţiere a incendiului, dat de mărimiea compartimentului de incendiu (tabelul 1.8);δq2 - coeficientul care ţine seama de riscul de iniţiere a incendiului, dat de destinaţiacompartimentului de incendiu (tabelul 1.8);δn = Πδni (i=1 ... 10) - coeficientul care ţine seama de măsurile de protecţie activă aplicate (tabelul 1.9).
Tabelul 1.7 Valoarea caracteristică a densităţii sarcinii termice de incendiu, qfi,k, după destinaţieNr. crt. Destinaţie Medie
(MJ/m2)Fractilă 80%
(MJ/m2)1 Locuinţe 780 9482 Spitale (camere) 230 2803 Hoteluri 310 3774 Biblioteci 1500 18245 Birouri 420 5116 Clase de şcoală 285 3477 Centre comerciale 600 7308 Teatre (cinematografe) 300 3659 Transport (spaţiul public) 100 122
Notă: pentru fractilă 80% s-a aplicat distribuţiade tip Gumbel
Tabelul 1.8 Coeficienţii care apreciază riscul de iniţiere a incendiului, δq1 şi δq2
Valoarea caracteristică a sarcinii termice de incendiu, în MJ, este definită matematic de relaţia 1.6,
Qfi,k = Σ(Mk,i×Hui×Ψ) = ΣQfi,k,i (1.6)
unde: Mk,i este masa materialului combustibil curent, în kg; Hui - căldura de ardere netă (SR EN 1991-1-2) sau puterea calorifică inferioară (SR EN ISO
1716) a materialului combustibil curent, relaţia 1.7; Ψ - coeficientul, facultativ, care permite evaluarea sarcinii termice de incendiu protejate.
Conţinutul în umiditate al materialelor poate fi luat în considerare cu relaţia 1.7,
Hui = Hu0×(1 - 0,01×u) - 0,025×u (1.7)
unde: u este umiditatea, în % din masa uscată;Hu0 - căldura de ardere netă sau puterea calorifică inferioară a materialului uscat (tabelul
1.10).
Tabelul 1.10 Valoarea căldurii de ardere nete a materialelor combustibile uscate, Hu0
Nr. crt.
Produs Hu0
(J/kg , J/m3N)1
Solide
Lemn 17,52 Alte material celulozice: îmbrăcăminte, plută, bumbac, hârtie, carton,
mătase, paie, lână20,0
3 Carbon: antracit, cărbune de lemn, cărbune 30,04 Alte produse: ABS alchibenzensulfonat (material plastice) 35,05 Poliester (material plastic) 30,06 Poliizocianurat şi poliuretan (material plastic) 25,07 Piele 20,08
Produse chimice
Anvelope de cauciuc 30,09 Seria parafinelor: metan, etan, propan, butan 50,010 Seria olefinelor: etilenă, propilenă, butenă 45,011 Seria aromaticelor: benzene, toluene 40,012 Seria alcoolurilor: methanol, etanol, alcool etilic 30,013 Carburanţi: benzină, petrol (gaz lampant), motorină (diesel) 45,014 Hidrocarbonaţi plastici puri: polietilenă, polistiren, polipropilenă 40,015 Policlorură de vinil PVC (material plastic) 20,0
Valoarea caracteristică a densităţii sarcinii termice de incendiu, în MJ/m2, se defineşte cu relaţia 1.8,
24
qfi,k = Qfi,k / A (1.8)
unde: A este aria planşeului compartimentului şi se notează cu Af sau aria desfăşurată a interiorului compartimenului şi se notează cu Ai.
2.2.3 Cantitatea de căldură
Cantitatea de căldură este cea care se apreciază că va acţiona asupra elementelor structurale: stâlpi, pereţi, grinzi, planşee etc. şi se calculează, după caz, în mod diferit.
Conform STAS 10903/2-79
Cantitatea de căldură, SA, în MJ, este dată de relaţia 1.9:
SA = c × p × Σ(mi×Qi×Mi) (1.9)
unde:c este coeficientul care ţine seama de dimensiunile geometrice ale spaţiului analizat; p - coeficientul care se ţine seama de numărul de niveluri şi condiţiile de ventilare şi evacuare a căldurii din clădirea în care se află spaţiul analizat; mi - coeficientul care ţine seama de capacitatea de ardere în condiţii de incendiu a materialului combustibil curent; Qi - puterea calorifică inferioară a materialului combustibil curent, în MJ/kg; Mi - masa materialului combustibile curent din tot spaţiul analizat, în kg.
Valorile puterii calorifice inferioare, pentru principalele materiale combustibile, şi ale coeficienţilor c, p, m sunt indicate în STAS 10903/2-79.
Conform SR EN 1991-1-2
Debitul de cădură degajată, Q, în MW, poate fi evaluat:- în faza de dezvoltare a incendiului, relaţia 1.10,
Q = 106 × (t/ta)2 (1.10)
unde: t este timpul măsurat de la declanşarea incendiului, în s; ta - timpul necesar atingerii unui debit de căldură de 1MW (tabelul 1.11);
- în momentul începerii incendiului staţionar (ar corespunde limitei superioare a fazei de dezvoltare a incendiului), relaţia 1.11,
Q = RHRf × Afi (1.11)
unde: RHRf este debitul maxim de căldură degajat de 1 m2 incendiat, în cazul unui incendiu controlat de combustibil, în kW/m2 (tabelul 1.11);Afi - aria maximă a incendiului, care poate fi identică cu aria compartimentului de incendiu în cazul distribuţiei uniforme a sarcinii termice sau mai mică în cazul unui incendiu localizat, în m2.
Tablul 1.11 Valorile timpului, ta, şi debitului de căldură maxim, RHRf
Nr. crt.
Destinaţie Viteza de dezoltare a incendiului
ta
(s)RHRf
(kW/m2)
25
1 Locuinţe medie 300 2502 Spitale (camere) medie 300 2503 Hoteluri medie 300 2504 Biblioteci rapidă 150 5005 Birouri medie 300 2506 Clase de şcoală medie 300 2507 Centre comerciale rapidă 150 2508 Teatre (cinematografe) rapidă 150 5009 Transport (spaţiul public) lentă 600 250
2.2.4 Dinamica incendiilor
Propagarea incendiilor
Propagarea unui incendiu depinde de: compoziţia chimică şi viteza de ardere a materialului aprins, sarcina termică de incendiu, sursele potenţiale de aprindere, temperatura mediului înconjurător, curenţii de aer atmosferici şi/sau care se formează, obstacolele întâlnite (pereţi, planşee etc.); aceasta se produce în plan orizontal şi vertical, un rol hotărâtor avându-l viteza de ardere şi alimentarea cu aer, precum şi mărimea şi temperatura flăcărilor (tabelul 1.12).
Tabelul 1.12 Temperatura flăcărilor pentru materiale combustibile uzualeNr. crt. Provenienţa flăcării Temperatura (oC)
1234567891011
ChibritLanuri cerealeBenzinăMotorinăŢiţei brutPăcurăAcetilenăAmoniacOxid de carbonPropanCherestea
7001400 ... 1500
1200110011001000
2500 ... 30001700210019251200
Înălţimea flăcărilor, Hfl, se poate aprecia utilizând de la diverse modele de foc; de exemplu, în cazul incendiilor la rezervoare pentru depozitare se poate determina înălţimea flăcării, în m, cu relaţii de forma 1.12:
- la rezervoare cu lichide combustibile incendiate
Hflc = 2 × D (1.12a)
- la rezervoarele cu gaze lichefiate incendiate
Hflc = 16 × Q0,4 (1.12b)
unde: Hflc este înălţimea flăcării, în m; D - diametrul rezervorului incendiat, în m;Q - debitul de gaz lichefiat care se scurge, în kg/s.
Tabelul 1.13 cuprinde viteze de propagare a incendiilor.
Schimbul de gaze
26
În faza incipientă a incendiului, gazele încălzite se dilată, presiunea creşte şi, ca urmare, parte a fumului şi gazelor fierbinţi, generate de incendiu, sunt ridicate în aer.
Tabelul 1.13 Viteze de propagare a incendiilor pentru materiale şi substanţe combustibile uzuale
Materiale, substanţe sau obiecte combustibile aprinseValoarea medie a vitezei de
propagare a incendiului(m/min)
Depozit de lemn rotund în stiveScânduri de lemn (2cm ... 4cm grosime) în stive:- la un conţinut de umiditate de 8 – 12%- la un conţinut de umiditate de 16 ... 18%- la un conţinut de umiditate de 18 ... 20%- la un conţinut de umiditate de 20 ... 30%- la un conţinut de umiditate de 30%Produse textile în depozite închise la o încărcare de 140kg/m2
Suluri de hârtie în depozite închise la o încărcare de 140kg/m2
Cauciuc sintetic în depozite închise la o încărcare de 290kg/m2
Incendiu de iarbă uscată în condiţii de vânt puternicAcoperişuri de hale pentru ateliere cu suprafaţă mareProduse tehnice din cauciuc în stive în aer liberCase de locuit şi magazine, construcţii din lemn, mobilă etc.Complexe de pădure cu plantaţii mijlocii la viteze ale vântului de 7 – 19m/s şi o umiditate relativă a aerului pe timp de zi de 39%Pădure brad – molizi şi braziPădure de pini, brazi, tufişuriPădure de molid
0.35 ... 0.70
4.002.301.601.201.000.330.270.40
400.00 ... 500.001.70 ... 3.20
1.101.00 ... 1.20
22.00până la 4.20până la 14.20până la 18.00
Incendiul în spaţiu deschis. Pe măsura îndepărtării fumului şi gazelor fierbinţi, din zona de ardere, precum şi scăderii temperaturii se reduce viteza de circulaţie a gazelor pe verticală. Mărimea vitezei curentului de gaze ascendent influenţează dezvoltarea incendiului, materializat prin antrenarea particulelor de materiale solide aprinse. Materialele aprinse, ridicate în aer, pierd treptat din viteza mişcării ascendente şi, sub influenţa gravitaţiei, cad din curent. Ele se împrăştie pe teritoriul înconjurător, favorizând apariţia de noi focare de incendiu.
Mărimea vitezei curentului ascendent de fum şi gaze fierbinţi duce la creşterea cantităţii de aer care intră în zonele de ardere şi cauzează intensificarea arderii şi creşterea temperaturii. Odată cu accelerarea schimbului de gaze se reduce arderea incompletă. Prin urmare, între viteza de ardere şi schimbul de gaze se stabileşte un echilibru.
Incendiul în spaţiu închis. Gazele de ardere fiind mai uşoare decât aerul, în interiorul spaţiilor închise, ia naştere o forţă ascensională care pune în mişcare fumul, mai întâi pe verticală către plafon şi, apoi, pe orizontală în planul acestuia, care se acumulează într-un strat din ce în ce mai gros.
Mărimea vitezei curentului de gaze ascendent este cu atât mai mare, cu cât diferenţa dintre temperatura fumului şi cea a gazelor mediului ambiant este mai ridicată.
Deplasarea fumului
Deplasarea fumului pe verticală şi/sau orizontală într-o clădire se poate datora: tirajului care se creează în caz de incendiu, funcţionării instalaţiei mecanice de ventilaţie sau condiţionare, presiunii curenţilor de aer.
Din zonele de ardere fumul se îndepărtează către partea superioară a încăperii (figura 1.4) şi întâlnind un planşeu, se deplasează pe sub acesta în toate direcţiile iar în cazul unor deschideri iese în exterior; într-o asemenea situaţie, în interior pătrunde aer, deci are loc un schimb de gaze.
Mişcarea fumului în restul construcţiei depinde de diferenţele de presiune ce iau naştere, precum şi de existenţa posibilităţilor de curgere a gazelor, pe verticală de jos în sus şi de la un nivel la altul. Pe orizontală, începând de la ultimul nivel în jos, fumul se propagă pe la casa scării în lungul coridoarelor de evacuare, la partea superioară a acestora, cu viteza pasului normal, sau de la
27
o încăpere la alta, când există goluri care realizează comunicaţia între ele (în mod deosebit, canalele de ventilaţie, chiar şi în cazul când ventilatoarele nu funcţionează, constituie căi de propagare uşoară a fumului).
Ventilarea spaţiilor incendiate
Viteza de ardere depinde de ventilarea spaţiului analizat, în consecinţă, este proporţională cu raportul suprafaţă deschideri pe suprafaţă pardoseli, astfel:
- când este mare, cazul incendiilor ventilate, schimbul de gaze, pe timpul incendiului, creşte pe măsură ce suprafaţa golurilor, deschiderilor este mai mare; situaţia este concretizată de sporirea vitezei de ardere şi reducere a arderii incomplete;
- când este mic, cazul incendiilor neventilate (din subsoluri), situaţia este concretizează de reducerea vitezei de ardere şi creşterea arderii incomplete, cu mult fum conţinut în produsele de ardere.
Figura 1.5
Figura 1.4 Împrăştierea fumului şi gazelor fierbinţi în cazul incendiilor de interior [3]
Ventilarea influenţează direcţia şi viteza schimbului de gaze. Rolul acesteia se accentuează mai ales în perioada de dezvoltare a incendiului, când schimbul de gaze care se produce în urma arderii este mic în comparaţie cu puterea curenţilor de aer din sistemul de ventilaţie. Aceasta duce la intensificarea arderii şi la abaterea ei în direcţia curenţilor de aer din sistemele de ventilaţie.
Schema curenţilor de aer nu este fixă, din cauza condiţiilor în care are loc incendiul; pentru fiecare incendiu există şi o anumită schemă a curenţilor de aer.
Într-o clădire de un anumit volum, se acumulează o cantitate importantă de căldură şi fum, incendiul putând provoca pierderi mari dacă nu se recurge la o ventilare adecvată (figura 1.5).
Figura 1.5 Controlul fumului şi gazelor fierbinţi în cazul incendiilor de interior [3]
28
Dacă incendiul ia proporţii atât de mari, încât clădirea nu mai poate fi salvată cu mijloacele avute la dispoziţie, este, cel puţin, posibil ca incendiul să fie controlat (menţinut în limitele clădirii) sub acţiunea ţevilor de refulare şi prin ventilare, de către pomperii aflaţi la intervenţie.
Ventilarea se poate face uşor, în caz de incendiu, prin deschiderea ferestrelor care permite căldurii şi fumului să iasă pe la partea de sus, în timp ce aerul proaspăt pătrunde pe la partea de jos a acestora. De multe ori, apare ca raţională, realizarea, prin construcţia clădirii, a unor trape de ventilare amplasate, în general, pe acoperiş, funcţie de particularităţile constructive şi poziţia punctelor periculoase (figura 1.6).
Figura 1.6 Dispozitive de ventilare la constrcţii [3]
Când situaţia o impune, se pot practica deschideri în construcţie, în vederea ventilării spaţiilor incendiate, de către pompierii aflaţi la intervenţie (figura 1.7), dar numai când nu există goluri constructive de dimensiuni necesare sau alte posibilităţi de a asigura o circulaţie organizată, corespunzătoare a fumului şi gazelor către exteriorul clădirii.
29
Trapă de ventilare cu funcţionare automată
Eficienţa trapei de ventilare a fumului şi gazelor de ardere în caz de incendiu:a. fără trape de ventilare clădirea se umple de fum în 3min.;b. trapa de ventilare, în câteva secunde, favorizează evacuarea către exterior;c. evacuarea masivă în exterior prin trapa de ventilare.
Figura 1.7 Intervenţii de urgenţă la acoperiş pentru realizarea ventilării [11]
2.2.5 Modele de incendiu simple (clasice)
În categoria modelelor de incendiu simple (clasice) se încadrează cele definite prin evoluţia temperaturilor funcţie de timp şi care nu ţin seama de particularităţile spaţiului incendiat.
Curba temperatura-timp ISO 834 (figura 1.8) este reprezentarea grafică a expresiei convenţionale standardizate pe plan mondial, relaţia 1.13:
T - T0 = 345×log10(8×t+1) (1.13)
unde: T0 este temperatura iniţială, în 0C; T - temperatura la un moment considerat după intervalul de timp t, în min..
Figura 1.8 Curba standardizată temperatura-timp, ISO 834 [10]
Curba din figura 1.8, este utilizată ca program termic la cuptorul pentru determnarea rezistenţei la foc a elementelor entru construcţii (pereţi, stâlpi, grinzi, planşee etc.).
Datorită evoluţiei aleatorii a focului pe timpul unui incendiu, nu pot exista două incendii identice; în dezvoltarea unui incendiu intervin numeroşi factori: forma şi dimensiunile încăperii, sarcina termică, deschiderile spre exterior, natura şi poziţionarea materialelor combustibile, locul şi modul de iniţiere a incendiilor dispunerea încăperii în clădire etc.. Din acest motiv, în ultimii ani au fost dezvoltate modele de incendii sofisticate, menite să aprecieze cât mai corect realitatea acestuia.
1.2.6 Efectele şi clasificarea incendiilor
Efectele nocive ale incendiilor; sunt numeroase şi se manifestă asupra persoanelor şi bunurilor adăpostite (tabelul 1.14).
Clasificarea incendiile; se poate face după natura substanţelor combustibile implicate în procesul de ardere (ISO 3941- 87 şi STAS 11841-83, SR EN-2):
- incendiu de clasa A, solide a căror ardere are loc cu formare de jar: lemn, hârtie, materiale textile, rumeguş, piele, produse de cauciuc, mase plastice ce nu se topesc la căldură;
- incendiu de clasa B, lichide sau care ard în stare topită: benzină, petrol, alcooli, toluen, lacuri, vopsele, uleiuri, gudroane, ceară, parafină, materiale plastice ce se topesc uşor la căldură;
30
- incendiu de clasa C, gaze: hidrogen, metan, acetilenă, butan, gaz de sondă;- incendiu de clasa D, metale: sodiu, potasiu, litiu, magneziu, zinc, titanul, aluminiu.
Tabelul 1.14 Efectele principale ale incendiilor
Flăcări
acţiune directă
- efect asupra oamenilor: arsuri prin atingere directă (pericol mare la aprinderea hainelor - cele sintetice se topesc pe piele, cele din bumbac se aprind repede )- propagarea incendiului la materialele din apropiere (ardere, explozie)
efect termic - prin radiaţie
- propagarea incendiului la vecinătăţi
- efect asupra materialelor de construcţii: dilatări, transformări chimice, modificari ale caracteristicilor mecanice şi termice- efect asupra construcţiei: deformarea şi cedarea în timp a structurilor de rezistenţă, a elementelor de compartimentare etc.
Fum, gaze arse
efect termic - prin radiaţie, convecţie
- propagarea incendiului la distanţe mari de focar prin tubulaturi, ghene etc.- efect asupra oamenilor: arsuri- efect asupra construcţiilor: deformarea şi cedarea în timp a structurilor de rezistenţă, a elementelor de compartimentare etc.
opacitate- întârzierea evacuării (reducerea vizibilităţii pe căile de evacuare, posibilitatea producerii panicii)- întârzierea intervenţiei (împiedicarea localizării precise a focarului, a victimelor etc.)
toxicitate- pentru oameni şi animale (asfixiere prin: lipsa oxigenului consumat ardere; degajarea de oxid de carbon, formarea de carboxihemoglobină ce provoacă moartea; degajarea de gaze toxice (fosgen, acid cianhidric, amoniac etc.) cu efect letal în anumite concentraţii
coroziune
- efect asupra construcţiei: atacă suprafeţele metalice, armăturile, betonul, lemnul datorită componentelor acide (acid clorhidric, acid acetic, acid sulfuric etc.)- efect asupra bunurilor (maşini-unelte, electronice, electrotehnice, sensibile la coroziune)
efect termic- pentru oameni: arsuri- propagarea incendiului la vecinătăţi
toxicitate- efect cancerigen
Bibliografie
1. Bălulescu P., Călinescu V. şi alţii, Noţiuni de fizică şi chimie pentru pompieri, Comandamentul Pompierilor, Bucureşti, 1971.2. Bălulescu P., Călinescu V., Prevenirea incendiilor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1979.3. Bălulescu P., Stingerea incendiilor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1981.4. Bălulescu P., Popescu I.., Ciucă Şt., Îndrumătorul pompierului civil, Oficiul de informare documentară pentru Industria Construcţiilor de Maşini, Bucureşti, 1987.5. Bălulescu P., Crăciun I., Agenda pompierului, EdituraTehnică, Bucureşti, 1993.6. Bălulescu P., Cauzele tehnice ale incendiilor şi prevenirea lor, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1971.7. Calotă S., Lencu V., Şerban T., Protecţia împotriva incendiilor, vol. 1 şi vol. 2, Bucureşti, 1998.8. 5. D. Diaconu-Şotropa, L. Burlacu, Fenomene de ardere, Review AICPS nr. 1/2007 Ediţie nouă, Bucureşti, 2007.9. Tatu P., Popescu I., Neagoe V., Ciucă Şt., Manualul pompierilor, Redacţia publicaţiilor pentru construcţii, Bucureşti, 1972.10. ***, STAS 10903/1979, Determinarea sarcinii termice în construcţii.
31
11. ***, Regulamentul instrucţiei de specialitate a pompierilor militari, Serviciul editorial al Ministerului de Interne, Bucureşti, 1990.12. SR EN 1363/1,2,3, Încercări de rezistenţă la foc.
