PRELEGEREA 1NOŢIUNI GENERALE DESPRE ARDERI ŞI INCENDII

1.1 Fenomene de ardere

1.1.1 Arderea

Arderea, ca fenomen, este o reacţie de oxidare rapidă a unei substanţe, de regulă în prezenţa oxigenului din atmosferă, cu dezvoltare de căldură şi, în general, însoţită de lumină. Se cunosc şi substanţe care ard fără prezenţa oxigenului din aer, ca de exemplu acetilena comprimată, clorura de azot, precum şi alte substanţe compuse. În anumite condiţii aceste substanţe pot exploda cu degajare de căldură şi apariţie de flăcări.

Arderea, ca fenomen asociat unui incendiu, este o reacţia exotermă, a unei substanţe combustibile, cu un comburant, însoţită, în general, de emisie de flăcări şi/sau incandescenţă şi/sau emisie de fum (SR-ISO 8421/1).

Arderea substanţelor combustibile are loc numai în faza gazoasă. Materialele solide, înainte de a ardere, trec în faza gazoasă. Lichidele nu ard, numai vaporii acestora, care se formează în cantitate suficientă, după ce se depăşeşte temperatura de inflamabilitate. Substanţele combustibile solide se aprind şi ard mai greu decât cele lichide sau gazoase, deoarece aprinderea lor necesită un aport mai mare de căldură din exterior iar degajarea, prin distilare, a substanţelor volatile se face mai încet.

Temperatura de ardere este temperatura minimă la care un combustibil solid sau lichid arde până la epuizare.

Temperatura teoretică de ardere corespunde unei arderi fără pierderi de căldură în exterior şi este mai ridicată decât temperatura reală de ardere.

Temperaturile de ardere pe timpul incendiilor sunt direct influenţate de puterea calorifică a materialului combustibil care arde, de cantitatea de căldură rămasă în spaţiul incendiat, precum şi de modul cum se produce arderea.

Viteza de ardere reprezintă cantitatea de combustibil care se consumă prin ardere în unitatea de timp.

În funcţie de starea de agregare a substanţelor combustibile, viteza de ardere poate fi liniară (mm/min.) sau poate fi raportă la masa (sau volumul) lor, după caz (tabelul 1.1).

Din punctul de vedere al tipului de reacţie, arderile se pot clasifica în:- arderi complete, care se produc când substanţa combustibilă arde în întregime, existând la

dispoziţie o cantitate suficientă de oxigen pentru procesul de oxidare; - arderi incomplete, care se produc când substanţa combustibilă nu arde în întregime, deoarece

nu există la dispoziţie o cantitate suficientă de oxigen pentru procesul de oxidare.

În urma arderii rezultă produse de ardere (gaze de ardere şi, în cazul arderii corpurilor solide, resturi minerale-cenuşa), precum şi o mare cantitate de căldură disipată în mediul înconjurător. Dacă arderea nu este completă, rezultă fumul, un ansamblu vizibil de particule şi/sau lichide aflate în suspensie în aer. În cursul arderii incomplete se formează, ca produs intermediar, oxidul de carbon care prezintă un pericol deosebit, putând provoca asfixieri şi intoxicaţii.

Din punctul de vedere al posibilităţilor de percepere, arderile se pot clasifica în:- arderi cu flacără, cazul combustiilor în faza gazoasă cu emisie de lumină (arderea cel mai

des întâlnită);

11

- arderi cu incandescenţă, cazul combustiilor fără flacără a unor materiale combustibile, cu emisie vizibilă de lumină la suprafaţa acestora;

- arderi mocnite, cazul combustiilor unor materiale fără emisie luminoasă vizibilă, adesea pusă în evidenţă de fum şi creştere de temperatură.

Tabelul 1.1 Viteze de ardere

Materiale şi substanţe combustibileViteza de ardere

Funcţie de masă(kg/m3.min.)

Liniară(mm/min.)

Lemn (grinzi, mobilă în încăpere) 0.65 ... 0.90 -Lemn tăiat în stive, în aer liber 6.70 -Cherestea în stive pe teren descoperit 6.67 -Bumbac afânat 0.24 -Cărţi pe rafturi de lemn 0.33 -Hârtie afânată 0.48 -Fibră artificială scurtă afânată 0.40 -Textolit 0.40 -Cauciuc natural 0.80 -Cauciuc sintetic 0.53 -Articole tehnice de cauciuc 0.67 -Film pe bază de celuloid 70.0 -Polistiren 0.86 -Sticlă organică 0.86 -Fenoplaste 0.36 -Sodiu metalic 0.70 ... 0.90 -Acetonă 2.83 3.30Benzen 2.30 3.15Benzină 2.70 ... 3.20 3.80 ... 4.50Alcool butilic 0.81 1.10Eter dietilic 3.60 5.00Izopentan 6.30 10.00Petrol (ţiţei) 1.70 1.60Petrol lampant 2.90 3.60Păcură 2.10 2.20Sulfură de carbon 2.20 2.70Toluen 2.30 2.70Alcool etilic 1.60 ... 2.00 2.00 ... 2.50

Aprinderea reprezintă iniţierea arderii. Aceasta se produce când substanţa combustibilă vine în contact cu o sursă de aprindere externă, în prezenţa oxigenului din aer, sau internă, datorată generării interioare de căldură.

Ca surse externe de aprindere se pot aminti: focul deschis, radiaţia termică, scânteile mecanice şi electrice.

Aprinderea unei substanţe combustibile se produce numai în faza gazoasă şi cu atât mai uşor cu cât emanarea de vapori şi gaze începe la o temperatură mai joasă.

Aprinderea unui amestec combustibil gazos reprezintă aducerea la o anumită temperatură (temperatura de aprindere), într-un anumit punct unde are loc iniţierea arderii, după care, îndepărtând sursa de aprindere, combustia continuă până când tot amestecul arde.

Temperatura de aprindere este cea mai scăzută temperatură la care o substanţă combustibilă, aflată în prezenţa oxigenului sau a aerului, trebuie încălzită pentru ca arderea să se continue de la sine, fără încălzire ulterioară.

Nu toate substanţele combustibile se aprind la fel de repede. La gaze se poate determina relativ uşor şi exact temperatura de aprindere, în schimb la solide şi la lichide determinarea acesteia devine mai complicată.

Aprinderea materialelor solide este în funcţie de sursa de aprindere, compoziţia chimică, greutatea specifică, gradul de impurificare etc..

12

La lichide, temperatura de aprindere depinde de sursa de aprindere, compoziţia chimică, conţinutul de oxigen în aer, presiunea atmosferică, tensiunea vaporilor etc..

Autoaprinderea (sau aprinderea spontană) reprezintă iniţierea arderii unei substanţe combustibile datorită autoîncălzirii, fără intervenţia unei surse exterioare de aprindere.

Substanţele care au tendinţa de autoaprindere trec mai întâi prin faza de autoîncălzire, care se produce datorită unor procese, de regulă, chimice sau biologice, ce au loc în însăşi masa substanţelor respective.

După natura proceselor sau reacţiilor care produc autoîncălzirea se deosebesc autoaprinderi de natură chimică, fizico-chimică şi biologică.

Autoaprinderea chimică se poate produce în masa substanţelor care au capacitate intensă de combinare cu oxigenul din aer, cu apa sau cu alte substanţe. Substanţele combustibile predispuse la autoaprindere chimică pot fi împărţite în trei grupe:

- substanţe care, la temperatura normală, se aprind spontan în contact cu aerul (substanţe piroforice), precum fosforul, metalele alcaline etc.;

- substanţe care, în condiţii normale, reacţionează violent în contact cu apa, precum carbura de calciu, metalele alcaline etc.;

- oxidanţi şi peroxizi care se aprind violent în contact cu substanţe organice, precum cloratul de potasiu în contact cu acidul oxalic, acidul azotic şi sulfuric în contact cu materiale celulozice etc..

Autoaprinderea fizico-chimică reprezintă aprinderea spontană a unor substanţe combustibile stimulată atât de procese chimice, cât şi de factori de natură fizică (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.

Autoaprinderea biologică reprezintă aprinderea spontană a unor produse vegetale (furaje, borhot, rumeguş de lemn, tutun, tăiţei de sfeclă etc.) sau a unor produse de natură animală (lână, păr etc.), care sub influenţa acţiunii microorganismelor generează reacţii chimice şi/sau fiziologice ce produc cantitatea de căldură necesară iniţierii procesului de ardere.

Fenomenul aprinderii spontane (autoaprinderii) poate genera incendii instantanee sau, în stare ascunsă, mocnite apariţia şi dezvoltarea acestora fiind favorizată de factori aleatori (umiditate, aerare, prezenţă de impurităţi, grad de concasare etc.).

Inflamarea este arderea rapidă a unui amestec de vapori proveniţi dintr-un lichid combustibil.Pentru a se putea produce inflamarea este necesar să se formeze la suprafaţa lichidului un

amestec combustibil vapori-aer şi să existe o sursă de aprindere. Caracteristic fenomenului de inflamare este faptul că arderea se produce şi încetează brusc, deoarece căldura degajată la inflamare nu este suficientă pentru încălzirea întregii cantităţi de lichid pentru formarea în continuare a vaporilor.

Inflamarea se produce la o anumită temperatură numită temperatură de inflamabilitate.Temperatura de inflamabilitate este temperatura minimă la care o substanţă combustibilă

degajă vapori sau gaze combustibile ce formează cu aerul un amestec de o anumită concentraţie, care în contact cu o sursă de aprindere exterioară (flacără, corp incandescent, scânteie electrică, mecanică sau electrostatică etc.) se aprinde, fără ca arderea să se stabilizeze, vaporii şi gazele consumându-se printr-o ardere rapidă la suprafaţa materialului combustibil.

Temperatura de inflamabilitate creşte direct proporţional cu mărimea temperaturii de fierbere şi invers proporţional cu presiunea vaporilor de lichid. În general, temperatura de inflamabilitate este mai scăzută decât cea de aprindere; pentru unele lichide (eter sulfuric, sulfură de carbon, benzen, benzină, alcool metilic) ea coincide.

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.

13

Temperatura de inflamabilitate constituie unul dintre indicii importanţi pentru stabilirea pericolului de incendiu la substanţele combustibile. Cu cât această temperatură este mai scăzută, cu atât substanţa respectivă prezintă un pericol mai mare de incendiu şi explozie.

Autoinflamarea este aprinderea vaporilor unui lichid combustibil, fără ca aceştia să vină în contact cu o sursă de aprindere (foc deschis, scântei, corp incandescent), fiind suficientă numai prezenţa aerului.

Autoinflamarea se produce în condiţiile existenţei unei anumite cantităţi de vapori şi a realizării temperaturii de autoinflamare.

Temperatura de autoinflamare este temperatura minimă până la care este necesar să se încălzească o substanţă combustibilă pentru a se produce aprinderea amestecului de vapori-aer, fără a veni în contact cu o sursă de aprindere.

1.1.2 Explozia

Explozia este un proces de ardere foarte rapidă şi violentă a amestecurilor explozive, care se produce în fracţiuni de secundă, cu degajare de căldură şi lumină şi care generează presiuni mari; folosirea termenului de explozie pentru a desemna spargerea unui recipient presurizat, datorită suprapresiunii interioare sau defectelor de fabricaţie, este improprie.

Exploziile pot fi cauze ale unor incendii, după cum, în unele cazuri, şi incendiile pot fi cauze ale unor explozii.

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.

Concentraţii explozive pot fi formate de vaporii şi gazele combustibile, precum şi de praful unor substanţe solide. Concentraţia amestecurilor explozive se exprimă în procente de volum sau în g/m3.

Limita inferioară de explozie este concentraţia minimă a gazelor, vaporilor sau a 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 a prafului în aer, de la care explozia nu mai este posibilă; peste limita superioară de explozie nu mai poate avea loc explozia datorită lipsei de aer.

Interval de explozie este dat de zona dintre limita inferioară şi cea superioară de explozie; intervalul de explozie are un rol determinant în stabilirea pericolului de explozie la lichide, gaze şi prafuri combustibile, deoarece explozia acestora devine posibilă numai între limita inferioară şi superioară a intervalului.

Limita inferioară/exterioară de explozie a amestecurilor formate din mai multe substanţe se poate calcula cu formula lui Le Chatelier, relaţia 1.1:

(1.1)

unde: L este concentraţia, care defineşte limita inferioară/superioară de explozie a amestecului, în procente; a, b, c, ..., n - conţinutul în procente 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

14

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 în 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, adică temperatura dată, 0C.

Experimentările şi constatările practice au demonstrat că, odată 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% faţă de valoarea iniţială, iar limita superioară creşte cu 15%.

Dacă amestecurile explozive sunt supuse la variaţii ale presiunii, limitele de aprindere sau de explozie ale acestora se modifică. Ridicarea presiunii chiar şi până la 20atm., nu influenţează prea mult valoarea limitelor de explozie, în schimb 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 limitele de explozie şi temperaturile de inflamabilitate există o strânsă legătură. De aceea, gradul de periculozitate al amestecului exploziv se poate caracteriza fie prin limitele de concentraţie, fie prin limitele de temperatură (în prezenţa fazei lichide).

Explozia amestecurilor de praf cu aer depinde de următorii factori:- compoziţia chimică a prafului, cantitatea mai mare de substanţe volatile conţinute de praf

făcând ca pericolul de explozie să fie mai accentuat;- concentraţia prafului, cele două limite de explozie (ca şi în cazul vaporilor şi gazelor)

depinzând 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 fiind mai mare cu cât praful este mai fin dispersat;

- compoziţia atmosferică şi temperatura înconjurătoare, umiditatea, în principiu, micşorând pericolul de explozie în afară de cazul acelor substanţe cu care umiditatea intră în reacţie; prezenţa unor cantităţi determinate de 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 (exemplu 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.

15

Presiunea maximă care s-ar produce în cazul că nu ar exista un schimb de căldură între produsele de ardere şi pereţii instalaţiei (aşa numita presiune maximă de explozie), poate fi calculată cunoscând concentraţia, compoziţia substanţelor respective, starea iniţială a sistemului şi cantitatea substanţelor volatile (în cazul prafurilor). În urma exploziilor amestecurilor de praf-aer, de vapori şi de gaze cu aer, se produc, în clădirile industriale închise, presiuni destul de mari. Aceste presiuni sunt capabile să provoace distrugeri la clădiri, mărimea distrugerilor depinzând de efectul distructiv al presiunii. 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. Acest timp variază de la sutimi de secundă (cazul amestecului de hidrogen-aer) până la zecimi de secundă.

1.2 Incendiul, evoluţia, fazele, efectele şi principalele sale cauze

1.2.1 Incendiul, evoluţia şi fazele sale

Incendiul reprezintă o ardere scăpată de sub control, iniţiată de o cauză bine definită, voită sau nu, în urma căreia se produc pagube materiale şi pentru a cărei întrerupere este necesară o acţiune de stingere; nu orice ardere constituie un incendiu.

Pentru definirea noţiunii de incendiu este necesară coexistenţa următoarelor elemente:- existenţa unei arderi scăpate de sub control;- producerea de pierderi de vieţi sau bunuri materiale;- necesitatea intervenţiei printr-o acţiune de stingere pentru întreruperea şi lichidarea arderii;

lipsind unul din aceste elemente nu se poate spune că o ardere reprezintă un incendiu.Se poate considera ca în evoluţia unui incendiu în interiorul unei încăperi intervin 5 faze

(figura 1.1.).Faza 1, apariţia focarului iniţial. Aceasta este 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.

Faza 2, arderea lentă. Această fază are o durată variată. Absentă în numeroase cazuri, ea poate dura câteva minute, ore şi în unele situaţii chiar zile şi săptămâni (în cazul arderii mocnite). Durata acestei faze depinde de natura, cantitatea şi modul de distribuţie a materialelor combustibile în incintă, de dimensiunile şi amplasarea surselor de aprindere şi de 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.

Aria de combustie este limitată la zona focarului (incendiu local). Temperatura creşte relativ lent, fără a atinge valori importante. Arderea se propagă la materialele din vecinătatea sursei de iniţiere care sunt termodegradate profund, dar nu distruse total. Din descompunerea materialelor se degajă gaze care se acumulează în atmosfera ambiantă şi formează cu aerul un amestec combustibil, precum şi gudroane, care contribuie la propagarea incendiului.

Faza 3, arderea activă sau incendiul dezvoltat. În această fază, arderea se propagă la toate obiectele învecinate cu focarul având aerul necesar încă în cantitate suficientă.

Datorită 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.

Radiaţia devine principalul factor al transferului de căldură în principal prin stratul de gaze fierbinţi şi fum acumulat sub tavan, propagând incendiul, şi în zone mai îndepărtate de focar, prin încălzirea materialelor în aceste zone la temperatura de aprindere. Natura şi finisajul pereţilor are un rol esenţial datorită aportului suplimentar însemnat de radiaţie termică (radiaţie reciprocă între pereţi).

16

Temperaturile în diferite puncte ale incintei diferă mult unele faţă de altele în acelaşi moment suferind importante şi rapide fluctuaţii. Faza de ardere activă poate evolua în trei direcţi.

Direcţia 1. Dacă aerul necesar arderii este în cantitate suficientă, apare fenomenul de flash-over (un fenomen punctual în care se instalează brusc arderea generalizată a tuturor suprafeţelor combustibile din incintă); ca urmare, scade brusc cantitatea de comburant (oxigenul din aer), iar procentul de oxid de carbon atinge valoarea maximă (până la 20%), fiind momentul cel mai periculos pentru pompieri al intervenţie. Fenomenul de flash-over, definit prin trecerea bruscă în stare de ardere generalizată şi considerat, în standardul SR ISO 8421-1, ca fiind 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.

Direcţia 2. Dacă incinta este închisă cantitatea de aer necesar arderii devine în timp insuficientă. Rezultă o încetinire, apoi o regresie în dezvoltarea focului, care poate să se stingă spontan. Acest fenomen este posibil şi în cazul unei depărtări relativ mari între masele combustibile, transferul de căldură prin conducţie ne mai fiind posibil.

Direcţia 3. Dacă în situaţia de regresie a incendiului, are loc o admisie bruscă de aer proaspăt (prin spargerea geamurilor, deschiderea uşii, spărturi sub planul neutru) se produce fenomenul de back-draft, care are manifestări similare celui de flash-over (creşterea bruscă a suprafeţelor în combustie la nivelul întregii incinte cu reducerea procentului de oxigen şi creşterea celui de oxid de carbon, creşterea rapidă a temperaturii şi masiva generare de fum).

Faza 4, arderea generalizată. După producerea fenomenului de flash-over (sau mai rar a celui de back-draft) arderea se generalizează în întreaga incintă, temperaturile se uniformizează spre valori maxime transferul de căldură prin radiaţie devenind net preponderent. În cursul acestei faze structurile de rezistenţă sunt cele mai afectate de incendiu: se fisurează şi se dislocă pereţi, se lărgesc deschideri etc., având ca urmare propagarea incendiului în incintele alăturate şi apoi în întreaga clădire.

Regimul de ardere se stabilizează şi este condiţionat fie de suprafaţa materialelor combustibile, fie de dimensiunile deschiderilor, deci de regimul admisiei aerului.

În cazul incendiilor ventilate, intense şi de durată mică, viteza de ardere este limitată de mărimea ariei suprafeţei combustibilului, când aerul circulă în exces, în raport cu suprafaţa de contact dintre combustibil şi aer.

În cazul incendiilor neventilate, când cantitatea de aer din incintă este mai mică decât valoarea critică necesară combustiei, viteza de ardere depinde de dimensiunile deschiderilor de ventilaţie din incintă (cu cât aceste dimensiuni sunt mai mari cu atât arderea va fi mai rapidă).

Faza 5, regresia arderii. În cursul acestei faze, temperatura încetează să mai crească, apoi începe să scadă, datorită epuizării combustibilului. Flăcările se atenuează mult după care dispar, fiind înlocuite treptat de jar şi cenuşă. Odată cu micşorarea dimensiunilor flăcărilor, reapare mediul gazos între flacări şi elementele de construcţie.

Importanţa acestei perioade nu trebuie subestimată din punctul de vedere al măsurilor de siguranţă. Temperatura scade, dar nu brusc, rămânând mult timp foarte ridicată şi acţiunea ei distructivă asupra structurilor nu poate fi neglijată. Uneori, chiar în această fază incendiul se poate transmite clădirilor sau încăperilor 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 1.1a) sau sub formă de grafic (figura 1.1b).

Incendiul convenţional izbucnit în spaţii deschise evoluează similar cu cel în spaţii închise, 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.

În cazul unui incendiu real la care se intervine se pot distinge trei faze:- dezvoltarea liberă: timpul din momentul izbucnirii incendiului până la introducerea în

acţiune a primei ţevi şi a celorlalte mijloace pentru stingere;- localizarea: eliminarea posibilităţilor de propagare a incendiului, a prăbuşirii construcţiei şi

crearea premiselor pentru lichidarea incendiului;

17

- lichidarea: timpul în care se realizează atacul ferm şi neîntrerupt 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 lui.

a. b. variaţia temperaturii în timpul unui incendiu

Figura 1.1 Evoluţia unui incendiu într-un spaţiu închis

Formele de dezvoltarea ale unui incendiu pot fi (figura 1.2): circulară (a), frontală (b) şi unghiulară (c).

Figura 1.2 Formele de dezvoltarea ale unui incendiu [8]

Pe baza experienţelor precum şi a măsurării temperaturilor la incendii, s-a propus o curbă standard de temperatură care caracterizează creşterea temperaturilor în funcţie de timpul de ardere. Utilizarea unei astfel de curbe standardizate oferă posibilitatea evaluării duratei incendiului, a temperaturilor maxime atinse în timpul acestuia, precum şi a energiei totale degajate pe toată durata incendiului.

Sarcina termică de incendiu, SQ, este cantitatea de căldură pe care o poate degaja, prin combustie completă, totalitatea materialelor combustibile fixe şi mobile existente în spaţiul afectat de incendiu. Sarcină termică de incendiu, în MJ, se determina cu relaţia 1.3:

(1.3)

unde: Qi este puterea calorifică inferioara a unui material, MJ/kg;Mi - masa materialelor combustibile de acelaşi fel din spaţiul considerat, kg.

18

Densitatea sarcinii termice, qs, în MJ/m2, se determina cu relaţia 1.4:

qs = SQ / As (1.4)

unde: As este aria secţiunii orizontale a spaţiului afectat, m2.

Curba temperatura-timp constituie reprezentarea grafică a expresiei convenţionale standardizate pe plan mondial dată de relaţia 1.5:

(1.5)

unde: T0 este temperatura iniţială, 0C; T - temperatura la un moment considerat după intervalul de timp t, minute.

Figura 1.3 Curba standardizată temperatura-timp [10]

Curba din figura 1.3, dată de relaţia 1.5, este utilizată ca program termic pentru cuptorul de determinare, în laborator, a rezistenţei la foc a principalelor elemente de construcţie (pereţi, stâlpi, grinzi, planşee). Integrala curbei reprezintă înfăşurătoarea integralelor curbelor reale de temperatură a incendiilor (tabelul 1.2), determinate de sarcini termice diferite, existente într-un compartiment de incendiu.

Datorită evoluţiei aleatorii nu pot exista două incendii la fel, deci a căror evoluţie să fie paralelă. 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..

1.2.2 Propagarea incendiilor, schimbul de gaze şi ventilarea spaţiilor incendiate

19

Propagarea unui incendiu depinde de: compoziţia chimică şi viteza de ardere a materialului aprins, temperatura mediului înconjurător, curenţii de aer atmosferici sau care se formează, sarcina termică de incendiu, sursele potenţiale de aprindere, obstacolele întâlnite (planşee, pereţi antifoc etc.).

Un rol hotărâtor în propagarea incendiului îl are viteza de ardere şi alimentarea cu aer.

Tabelul 1.2Temperaturi de ardere pe timpul incendiilor

Denumirea materialuluiSarcina termică (kg/m2)

Temperatura maximă pe timpul incendiului

(oC)Bumbac afânat 50 305Hârtie afânată 25 370

50 510Produse carbolitice 25 530

50 640Potasiu metalic - 700Textolit 25 700 ... 710Sodiu metalic 50 850 ... 856

- 800 ... 90025 820 ... 850

Lemn răşinoase (în încăperi) 50 880 ... 920100 1000

Lemn răşinoase tăiat, stivuit în aer liber 600 1200Plexiglas 25 1125Huilă (brichete) - până la 1200Cauciuc natural 25 1100Polistiren 25 1100

50 1350Magneziu, electron - până la 2000

Propagarea incendiului se produce în plan orizontal şi în plan vertical, mărimea şi temperatura flăcărilor având, de asemenea, un rol important. Temperaturi ale flăcării funcţie de provenienţă sunt prezentate în tabelul 1.3.

Tabelul 1.3 Temperatura flăcărilor funcţie de provenienţăProvenienţa flăcării Temperatura (oC)

ChibritLanuri cerealeBenzinăMotorinăŢiţei brutPăcurăAcetilenăAmoniacOxid de carbonPropanCherestea

7001400 ... 1500

1200110011001000

2500 ... 30001700210019251200

Înălţimea flăcărilor, în metri, se poate determina cu relaţiile 1.6:- la rezervoare cu lichide combustibile incendiate

Hflc=2D (1.6a)- la rezervoarele cu gaze lichefiate incendiate

Hflc=16.Q0,4 (1.6b)

unde: Hflc este înălţimea flăcării, m; D - diametrul rezervorului incendiat, m;

20

Q - debitul de gaz lichefiat, kg/s.

În tabelul 1.4 sunt prezentate câteva din vitezele de propagare a incendiilor pentru unele dintre materialele şi substanţele combustibile uzuale:

Tabelul 1.4 Viteze de propagare a incendiilor

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

În faza incipientă a incendiului gazele încălzite se dilată, presiunea creşte şi, ca urmare, o parte a fumului generat de incendiu este ridicat în aer. Practic se produce un schimb de gaze, funcţie de natura incendiului, în spaţiu deschis (aer liber) sau în spaţiu închis (încăperi închise).

În cazul unui incendiu în spaţiu deschis, pe măsura îndepărtării fumului din zona de ardere şi scăderii temperaturii, se reduce viteza de circulaţie a gazelor. 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 duce la creşterea cantităţii de aer care intră în zonele de ardere; din această cauză, intensitatea arderii şi temperatura cresc. Odată cu accelerarea schimbului de gaze se reduce arderea incompletă.

Prin urmare, în condiţiile unui incendiu, între viteza de ardere şi schimbul de gaze se stabileşte un anumit raport.

În cazul unui incendiu în spaţiu închis, gazele de ardere fiind mai uşoare decât aerul, ia naştere şi o forţă ascensională care pune în mişcare fumul, mai întâi pe verticală către plafon şi, apoi, pe orizontală în lungul acestuia, care se acumulează într-un strat din ce în ce mai gros. Viteza curentului de gaze ascendent este cu atât mai mare, cu cât diferenţa dintre temperatura fumului şi cea a gazelor înconjurătoare este mai ridicată.

Deplasarea fumului pe verticală 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.

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, de la un nivel la altul. Pe orizontală, începând de la ultimul nivel în jos, fumul se propagă pe la casa scării de-a lungul coridoarelor de evacuare, la partea superioară a acestora, cu viteza pasului normal, sau de la o încăpere la alta, când există goluri de comunicare între ele. În mod deosebit, canalele de ventilaţie, chiar şi în cazul când ventilatoarele nu funcţionează, constituie căi de propagare uşoară a fumului.

21

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.

Schimbul de gaze pe timpul incendiului creşte pe măsură ce suprafaţa golurilor, deschiderilor, este mai mare, creştere care este semnificativă la încăperile la care raportul dintre suprafaţa acestor deschideri şi pardoseală este ridicat, situaţie concretizată printr-o sporire a vitezei de ardere şi reducere a arderii incomplete.

Figura 1.5

Figura 1.4 Împrăştierea fumului şi gazelor fierbinţi în cazul incendiilor în interiorul construcţiilor [3]

La un raport redus între suprafaţa deschiderilor şi cea a pardoselii, cum este cazul incendiilor din subsoluri, viteza de ardere este redusă, şi în acest caz se produce mai mult o ardere incompletă cu mult fum conţinut în produsele de ardere.

Ventilarea are influenţă asupra direcţiei şi vitezei schimbului de gaze, mai ales în perioada de dezvoltare a incendiului. 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 şi aceasta datorită 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. 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 (figura 1.5).

22

Figura 1.5 Controlul fumului şi gazelor fierbinţi în cazul incendiilor în interiorul construcţiilor [3]

În caz de incendiu, mijlocul cel mai uşor de ventilare îl constituie 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) în raport cu particularităţile constructive şi poziţia punctelor periculoase (figura 1.6).

Figura 1.6 Dispozitive de ventilare [3]

Când situaţia o impune, se pot practica şi deschideri în elementele de construcţie în vederea ventilării spaţiilor incendiate, de către pompieri, 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.

23

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]

1.2.3 Modele de incendiu

Modelele de incendiu pot fi clasificate în:- modele fizice;- modele matematice.

Modelele fizice încearcă să reproducă fenomenul incendiului într-o situaţie fizică simplificată. Dintre acestea, modelele la scară redusă sunt o formă foarte răspândită de modelare având în vedere că experimentele la scară reală sunt costisitoare, complicate şi, uneori, total imposibil de realizat. Deseori, prin studierea comportării la foc la o scară redusă, se poate realiza înţelegerea fenomenelor.

Scopul modelelor fizice este de a descoperi legile care guvernează comportarea sistemelor fizico-chimice.

Modelele matematice constau în seturi de ecuaţii care descriu comportarea unui sistem fizic.Modelul matematic rezultat poate fi utilizat ulterior pentru a anticipa comportarea sistemelor

fizice reale. Din acest motiv, modelele fizice şi cele matematice se întrepătrund şi sunt complementare.

Modele fizice de incendiu

Orientarea modernă în dezvoltarea metodelor de testare a comportării la foc a materialelor şi în deosebi a elementelor de construcţii, este de a considera testele ca modele fizice de comportare la foc şi de a extrapola rezultatele obţinute la condiţiile unui incendiu real.

Parametrii principali urmăriţi în orice model fizic sunt:- volumul incintei (scara de reducere a fenomenului);- geometria incintei (cuptorului) - configuraţii diferite determină propagări diferite ale fumului

şi gazelor de ardere, cu influenţe şi asupra regimului termic;- ventilarea incintei - influenţează decisiv condiţiile de ardere a materialelor;- regimul termic şi sursa de încălzire (flacăra - alcool, gaz, epiradiator etc.) cu regim fix de

temperatură sau cu o creştere (programată sau nu) a temperaturii. Sursele electrice permit un control mai bun al nivelului de temperatură;

- reacţia la foc a materialelor (timp de aprindere, timp de ardere, propagarea flăcării, pierderea de masă etc.);

- degajarea de fum şi gaze toxice (opacitatea fumului, procentul gazelor toxice etc.).

Utilizarea aparatelor de măsură, control şi înregistrare nu trebuie să influenţeze (prin montare, funcţionare) desfăşurarea fenomenelor.

24

Modele matematice de incendiu

Modelele matematice de incendiu se pot clasifica în:- modele deterministe;- modele probabilistice.

Modele deterministe de incendiu pot varia de la simple corelări liniare de valori la modele foarte complexe ce necesită ore întregi de programare a datelor. Toate aceste modele consideră dezvoltarea incendiului ca fiind stabilită de variabile ce definesc împrejurările în care acesta este iniţiat. Condiţiile fizice care determină dezvoltarea şi consecinţele incendiului sunt denumite în literatura de specialitate ca scenariul incendiului. Noţiunea de scenariu include combustibilii implicaţi, amplasarea lor, caracteristicile clădirii şi sistemele ei de protecţie la foc, localizarea sursei de iniţiere, poziţia şi capacitatea de deplasare a ocupanţilor şi orice alte variante care pot influenţa consecinţele incendiului. Există modele complexe care descriu comportarea la incendiu în una sau mai multe încăperi incluzând o multitudine de procese fizico-chimice. Aceste modele complexe pot fi clasificate în:

- modele zonale;- modele de câmp.

Modele deterministe zonale. În general, evoluţia incendiului chiar şi într-o încăpere este destul de complexă. Înţelegerea în ansamblu a aspectelor legate de comportarea la incendiu s-a realizat printr-o construcţie conceptuală simplă denumită modelare zonală.

În esenţă un model zonal presupune că un compartiment poate fi împărţit în două zone: zona superioară cu gaze de ardere calde şi zona inferioară în principal cu aer rece. Fiecare zonă în parte este considerată (în mod ideal) a avea temperaturi şi concertaţii de vapori uniforme. Planul ce separă cele două zone se află la interfaţa dintre stratul cald şi cel rece şi poate avea o mişcare verticală pe durata incendiului.

Conceptul de model zonal simplifică câmpul termic al unei încăperi incendiate la două temperaturi şi înălţimea interfeţei, în loc de un câmp de temperaturi tridimensional. Se impune totuşi specificate elemente suplimentare pentru a înţelege în întregime evoluţia incendiului, fiind necesare precizări referitoare la: mişcarea curenţilor de aer, deplasarea fumului, transferul de căldură şi modelele de ardere.

Modele deterministe de câmp. Modelele de câmp elimină simplificările introduse în modelele zonale. Temperaturile, vitezele şi concentraţiile de gaze sunt calculate ca fiind câmpuri tridimensionale. Compartimentul este divizat în mii de celule componente, iar temperaturile, vitezele şi concentraţiile sunt determinate pentru fiecare din aceste celule. Modelul este similar unui model mecanic complex pentru curgerea turbulentă a fluidelor.

Modele probabilistice evidenţiază modurile de propagare a incendiului în timp ce modelele deterministe presupun că, având bine definită situaţia fizică, dezvoltarea şi propagarea incendiului sânt în întregime determinate.

Modelele probabilistice interpretează variabilele ca având un anumit grad de nedeterminare. Aceasta presupune o acurateţe mai mare decât modelele deterministe simple. Modele probabilistice sunt utile în evaluarea riscului de incendiu având în vedere că riscul reprezintă nedeterminarea pierderilor.

Modelele probabilistice pot furniza o valoare numerică a riscului de incendiu. Unele modele complexe includ atât componente ale modelelor deterministe cât şi a celor probabilistice.

Modelele probabilistice de incendiu pot fi:- de tip reţea;- statistice;- de simulare.

25

Modele probabilistice de tip reţea. Aceste modelele sunt modele de dezvoltare a incendiului la care trecerea de la o fază la alta, precum şi eficacitate instalaţiilor automate de stingerea primei intervenţii, a protecţiei pasive etc. sunt determinate de probabilităţi bazate pe situaţia organizatorică existentă (incluzând şi înregistrarea evenimentelor negative recente) sau pe evaluări ale unor experţi.

Un model tip reţea este o reprezentare grafică a căilor prin care un fenomen sau proces trece dintr-o stare în alta, fiind util pentru optimizarea drumului parcurs (timp, distanţă, cost etc.). Avantajul modelului tip reţea este reprezentarea calitativă a structurii unei probleme, înţelegerea intuitivă a procesului de selectare a probabilităţilor.

Cel mai simplu model probabilistic este arborele evenimentului - un model al secvenţelor de stări posibile ale unui sistem şi al evenimentelor corespunzătoare care conduc la aceste stări. Nodurile reprezintă evenimentele iar arcele modul în care un eveniment duce la altul. Prin atribuirea unei probabilităţi fiecărui eveniment, arborele evenimentului poate fi utilizat la calculare probabilităţilor consecinţelor.

Modele probabilistice statistice. Aceste modele reprezintă probabilitatea apariţiei unui incendiu pe baza datelor statistice. Un exemplu clasic de model statistic este apariţia alarmelor de incendiu. Alarmele de incendiu sunt evenimente aleatorii care, între anumite limite sunt uniforme ca natură. Astfel probabilitatea apariţiei unui incendiu sau alarme de incendiu este egală în orice moment. Un astfel de model poate fi util în planificarea resurselor pentru protecţia la incendii.

Modelarea statistică implică descrierea fenomenelor aleatorii printr-o distribuţie probabilistică corespunzătoare. O distribuţie probabilistică poate fi concepută ca o funcţie matematică ce defineşte probabilitatea unui eveniment.

Modele probabilistice de simulare. Aceste modele consideră datele de intrare ale unui model determinist drept variabile aleatorii. Sunt examinate diferite seturi de condiţii, studiindu-se modul în care acestea influenţează rezultatul final. Prin selectarea datelor de intrare se obţine o multitudine de direcţii posibile fiind necesară utilizarea calculatoarelor pentru o analiză adecvată.

O simulare pe calculator utilizează modele matematice pentru a anticipa domeniul de rezultate posibile. Simularea Monte Calo porneşte de la modelul roţii de ruletă lăsând computerul să selecteze un număr la întâmplare executând o rotire a ruletei. Roata poate fi învârtită de mii de ori într-o secundă. O analogie a ruletei poate fi utilizată pentru a simula pe computer scenarii de incendii. Dezvoltarea incendiului poate fi reprezentată cu ajutorul unui model al tranziţiilor între stări, determinate prin parametri sau variabile ale zonei incendiate, cum ar fi răspândirea flăcărilor, densitatea sarcinii termice etc.. Pentru a reprezenta multitudinea variaţiilor stărilor de tranziţie trebuie luate în considerare mai multe roţi de ruletă.

Gama aplicaţiilor este foarte largă datorită flexibilităţii modelelor de simulare. Simulările pe calculator a evacuării de urgenţă a unei clădiri variază de la modele de deplasare în timp la reprezentări detaliate legate de factorul uman decizional.

Alte domenii de aplicabilitate includ evoluţia şi dezvoltarea incendiului şi modul de acţiune în caz de incendiu.

Modelele de simulare ale sistemelor complexe sunt utile dar costisitoare şi necesită timp pentru elaborare şi derulare. De aceea de multe ori sunt preferate modele simple care fac legătura directă între datele de intrare şi cele de ieşire din sistem.

Modele deterministe de incendiu elaborate pe calculator. Aceste modele sunt programe care modelează sau simulează un proces sau un fenomen. Ele sunt utilizate în ultimul timp în proiectarea şi analizarea instalaţiilor de protecţie la foc. Utilizarea modelelor create pe calculator cunoscute obişnuit ca programe de proiectare a devenit o practică uzuală în proiectarea instalaţiilor de alimentare cu apă şi a sistemelor sprinkler automate. În plus faţă de proiectarea instalaţiilor de prevenire şi stingere a incendiilor modelele pe calculator pot fi utilizate pentru evaluarea efectelor

26

incendiului asupra persoanelor şi bunurilor. Aceste modele de incendii pot furniza o estimare rapidă şi completă asupra impactului unui incendiu şi măsurile utilizate pentru prevenirea şi stingerea incendiului în concordanţă cu multe din metodele utilizate anterior.

În general modelele pe calculator pot fi grupate în două categorii:- modele de incendii în incinte închise;- modele de incendii cu aplicaţii speciale.

Modele de incendii în incite închise. Aceste modele sunt structurate pentru a evalua interacţiunea unor procese multiple ce apar pe durata unui incendiu într-o incintă închisă cum ar fi: transferul de căldură, mecanica fluidelor şi chimia arderii. Modelele furnizează estimări legate de elemente ale dezvoltării incendiului cum ar fi: creşterea de temperatură şi generarea şi propagarea fumului. Unele modele se limitează la încăperea în care s-a iniţiat incendiu altele se pot aplica la mai multe încăperi. Sunt două categorii de modele pe computer pentru analizarea dezvoltării incendiului într-o incintă închisă:

- probabilistice;- deterministe.

Modele de incendii în incinte închise probabilistice. Aceste modelele tratează dezvoltarea incendiului ca fiind o serie de evenimente secvenţiale. Ele fac, uneori, referire la modelele de stadii intermediare. Sunt stabilite legi matematice care explicitează trecere de la o fază la alta (de exemplu, de la aprindere la arderea normală). Fiecărui punct de transfer i se atribuie o probabilitate bazată pe analiza datelor experimentale relevante şi a datelor statistice referitoare la incendii similare. În mod normal aceste modele nu utilizează în mod direct ecuaţiile fizice şi chimice ce descriu procesele ce au loc în timpul unui incendiu.

Modele de incendii în incinte închise deterministe. Spre deosebire de cele probabilistice, modelele deterministe reprezintă procesele întâlnite într-un compartiment de incendiu descrise prin corelarea expresiilor matematice specifice fenomenelor fizice şi chimice. Astfel de modele sunt foarte evoluate şi permit ca orice variaţie semnificativă a oricărui parametru fizic să poată fi evaluată în termeni legaţi de probabilitatea evoluţiei incendiului. Modelele pe calculator pot fi atât modele zonale cât şi modele de câmp.

Modelele zonale cu largă utilizare sunt modelele americane:- ASET, pentru calculul temperaturii şi poziţiei stratului de fum într-o cameră (cu uşi şi

ferestre închise);- COPMPF 2, pentru calculul caracteristicilor unui incendiu în faza post flash-over, într-un

compartiment de incendiu;- FIRST (FIRE Simulativ Technique) pentru prognozarea dezvoltării unui incendiu într-o

cameră pornind de la câteva focare. Datele de intrare includ geometria şi proprietăţile termodinamice ale camerei precum şi natura focarului;

- FAST (Fire And Smoke Transport), pentru determinarea propagării fumului în maxim 10 camere cu multiple deschideri atât între camere, cât şi în exterior;

- OSU (Ohio State University), pentru calculul vitezei de disipare a căldurii, vitezei de generare a fumului, ventilării într-o incintă cu propagare orizontală şi/sau verticală a incendiului.

Modele deterministe de incendii cu aplicaţii speciale. Aceste modele, create pe calculator, includ modele destinate analizării aplicaţiilor speciale cum sunt :rezistenţa la foc a structurilor, anticiparea timpului de răspuns pentru detectoare termice şi sprinklere automate.

1.2.4 Efectele incendiilor

27

Efectele nocive ale incendiilor sunt numeroase şi ele se manifestă atât asupra construcţiilor cât şi asupra bunurilor şi persoanelor adăpostite (tabelul 1.5).

Tabelul 1.5 Efectele principale ale incendiului

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, modificarea caracteristicilor mecanice şi termice (beton, oţel)

- 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 inclusiv 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)

toxicitate

- pentru oameni şi animale (asfixie, prin: lipsa oxigenului consumat prin 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 (armături), betonul, lemnul, datorită componentelor acide (acid clorhidric, acid acetic, acid sulfuric etc.)- efect asupra bunurilor (maşini - unelte, electronice, electrotehnice, sensibile la coroziune)

Reziduuri solide (cenuşă, particule incandescente, funingine)

efect termic- pentru oameni: arsuri- propagarea incendiului la vecinătăţi

toxicitate - efect cancerigen

Principalele cauze ale incendiilor

Pompierii români utilizează pentru completarea rapoartelor de intervenţie şi analiză statistică 14 tipuri de surse de aprindere: arc sau scânteie electrică, efect termic al curentului electric, scurtcircuit electric, electricitate statică, flacără deschisă, flacără închisă-efect termic (căldură prin contact sau radiaţie), frecare, scântei mecanice, jar sau scântei (inclusiv ţigară), autoaprindere, reacţie chimică, explozie, substanţe incendiare, trăsnet, alte surse (radiaţie solară, energie nucleară, căderea de corpuri din atmosferă etc.).

Mijloacele care produc surse de aprindere pot fi:- aparate electrice: aparate electro-casnice, mijloace de iluminat electric, aparate de întrerupere

şi control, conductori şi alte echipamente;- sisteme care produc electricitate statică: de depozitare, de vehiculare şi transport lichide sau

pulberi combustibile, curele de transmitere a mişcării, de spălare în lichide combustibile, echipamente, unelte şi scule care se încarcă electrostatic;

- mijloace cu flacără deschisă: brichete, chibrituri, lămpi, spirtiere, lumânări, torţe, făclii;- foc în aer liber;- ţigară;- aparate de încălzit: cazane, cuptoare, aparate de gătit, sobe, uscătoare, dispozitive pentru

sudură, tăiere sau lipire cu gaze ori lichide combustibile;- utilaje şi sisteme de acţionare: motoare, locomotive, maşini;

28

- metale (materiale) care ard sau care produc scurgeri topite;- conducte (canale) pentru agenţi termici, ventilare sau produse de ardere: burlane şi coşuri de

fum, conducte de încălzire sau tehnologice cu abur sau alte fluide calde;- produse ce se pot aprinde spontan;- produse şi substanţe care pot produce explozii;- trăsnet;- corpuri supraîncălzite de soare;- reactoare sau arme nucleare.

Materiale şi substanţele care se aprind primele sub acţiunea surselor de aprindere sunt foarte diverse. Acestea pot fi sub formă de solide (inclusiv sub formă de pulberi), lichide sau gaze (vapori).

Împrejurările determinante intervin ca parametru şi în evaluarea riscului de incendiu şi pot fi grupate, astfel:

- instalaţii electrice defecte;- echipamente electrice improvizate;- aparate electrice sub tensiune;- sisteme de încălzire defecte;- mijloace de încălzire improvizate;- mijloace de încălzire nesupravegheate;- coşuri, burlane de fum defecte sau necurăţate;- cenuşă. jar sau scântei de la sisteme de încălzire;- joc al copiilor cu focul;- fumat;- foc deschis;- aprindere spontană (autoaprindere) sau reacţii chimice;- scântei mecanice, electrostatice sau de frecare;- scurgeri (scăpări) de produse inflamabile;- defecţiuni tehnice la construcţie-montaj;- nereguli organizatorice;- defecţiuni tehnice de exploatare;- explozie urmată de incendiu;- accident tehnic;- trăsnet şi alte fenomene naturale;- acţiune intenţionată (arson);- alte împrejurări;- nedeterminate.

Trebuie remarcat faptul că anumite circumstanţe (înlăturarea urmelor pentru reluarea rapidă a activităţii, numărul redus de indicii datorat distrugerilor masive, producerea în zone izolate fără personal calificat) nu permit identificarea cu certitudine şi univoc a fiecăreia dintre cele patru componente ale cauzei incendiului (sursa, mijlocul, primul material aprins, împrejurarea) şi ca urmare concluzia formulată poate avea două sau mai multe variante probabile. Pe cale de consecinţă sunt şi situaţii când cauza incendiului rămâne nedeterminată (în curs de stabilire) o perioadă mai mare sau mai mică de timp. De aceea, în orice statistică naţională un procent variabil (5 - 30%) revine incendiilor cu cauză nedeterminată.

Iniţierea incendiilor şi clasificarea acestora funcţie de cauzele care le-au produs

Iniţierea unui incendiu este un fenomen complex şi presupune interacţiunea următoarelor elemente absolut obligatorii pentru producerea acestuia:

29

- sursa de aprindere şi, implicit, mijlocul care o produce, sursă care să posede energia minimă necesară pentru aprinderea combustibilului (sursa de aprindere este flacără, scânteie sau obiect incandescent a căror natură diferă);

- existenţa materialului combustibil (solid, lichid, gazos) în cantitate suficientă pentru susţinerea arderii;

- existenţa unor împrejurări determinante şi a altor condiţii favorizante care să pună în contact sursa de aprindere cu masa combustibilă.

Clasificarea incendiilor funcţie de cauzele care le-au produs se poate face în funcţie de elementele obligatorii menţionate mai sus, dar, în cele mai multe cazuri, se optează pentru analiza naturii surselor de aprindere. Astfel, se pot deosebi următoarele categorii de surse de aprindere:

1. surse de aprindere cu flacără:- focuri în aer liber;- flacără (chibrit, lumânare);- flăcări de la aparate termice;

2. surse de aprindere de natură termică:- obiecte incandescente (ţigară, topituri metalice, becuri şi proiectoare electrice, jar şi cenuşă de la aparate de încălzit, particule incandescente de la sudură etc.);- căldură degajată de aparate termice (casnice, industriale);- efect termic al curentului electric;- coşuri defecte şi necurăţate (fisuri, scântei etc.);

3. surse de aprindere de natură electrică:- arcuri şi scântei electrice;- scurtcircuit (echipamente, cabluri etc.);- electricitate statică;

4. surse de aprindere spontană:- aprindere spontană de natură chimică (inclusiv reacţii chimice exoterme);- aprindere spontană de natură fizico-chimică;- aprindere spontană de natură biologică;

5. surse de aprindere de natură mecanică:- scântei mecanice;- frecare;

6. surse de aprindere naturale:- căldură solară;- trăsnet;

7. surse de aprindere datorate explozivilor şi materialelor incendiare;8. surse de aprindere indirecte (radiaţia unui focar de incendiu, flacăra unui amestec exploziv

etc.).

Incendiile provocate (incendii tip arson) sunt tratate, datorită particularităţilor deosebite, separat, deşi sursele de aprindere utilizate de regulă de incendiatori se regăsesc în categoriile anterioare.

Explozia, ca fenomen tehnic distinct, trebuie tratată ca împrejurare declanşatoare a incendiului şi nu ca sursă de aprindere. Pe de o parte explozia, ca orice ardere, poate genera sau nu un incendiu, pe de altă parte, sursele de iniţiere ale unei explozii nu sunt întotdeauna identice cu cele ale incendiului rezultat (de exemplu: comprimare adiabată între anumite limite), fiind necesară o

30

evidenţă clară, distinctă a cauzelor de explozii şi de incendii, spre a evita confuzii şi paralelisme. În principal, o explozie poate genera un incendiu, fie prin flacăra amestecului exploziv care se propagă în spaţiu întâlnind alte materiale combustibile, fie prin scântei mecanice rezultate din şocuri.

1.3 Procedee de stingere a incendiilor şi principali agenţi stingători utilizaţi

1.3.1 Clase de incendiu

În funcţie de natura materialelor şi substanţelor combustibile prezente în spaţiile afectate de incendiu implicate în procesul de ardere, incendiile se clasifică astfel:

- clasa A, incendii de materiale solide a căror ardere are loc cu formare de jar, cum sunt: lemn, hârtie, materiale textile, rumeguş, piele, produse de cauciuc, mase plastice care nu se topesc la căldură;

- clasa B, incendii de lichide combustibile sau materiale care ard în stare topită, cum sunt: benzină, petrol, alcooli, toluen, lacuri, vopsele, uleiuri, gudroane, ceară, parafine, materiale plastice care se topesc uşor;

- clasa C, incendii de gaze cum sunt: hidrogen, metan, acetilenă, butan, gaz de sondă;- clasa D, incendii de metale cum sunt: sodiu, potasiu, litiu, magneziu, zinc, titan, aluminiu.

Clasificarea de mai sus se conformează prescripţiilor tehnice cu caracter internaţional (ISO 3941- 87) şi celor cu caracter naţional (STAS 11841-83, SR EN-2).

1.3.2 Procedee de întrerupere a arderii şi agenţi de stingere a incendiilor

Stingerea unui incendiu este posibilă prin eliminarea sau izolarea elementelor fundamentale ale oricărei arderi (figura 1.8):

- combustibilul;- comburantul (oxigenul din atmosferă în majoritatea cazurilor);- căldura.

Figura 1.8

În prezent se folosesc şapte procedee de întrerupere a procesului de ardere:- răcirea zonei de ardere;- izolarea materialelor şi substanţelor combustibile faţă de aerul atmosferic;- reducerea conţinutului minim de oxigen;- introducerea de inhibitori în spaţiile în care se produc reacţii de ardere;- folosirea substanţelor explozive;- reducerea temperaturii substanţelor aprinse prin amestecarea maselor de lichid aprinse;- îndepărtarea substanţelor combustibile din zona de ardere.

Agenţi de stingere a incendiilor

31

Luând în considerare procedeul de întrerupere a arderii în care acestea se folosesc cu preponderenţă, se poate face următoarea clasificare a substanţelor stingătoare (naturale sau de sinteză).

Substanţe de stingere prin răcire. Din această categorie cel mai reprezentativ agent de stingere este apa, în stare naturală sau îmbunătăţită chimic, refulată sub formă de jet compact, dispersat sau pulverizat. Se recomandă în special la stingerea incendiilor din clasa A.

Substanţe de stingere prin izolare. Din această categorie fac parte:- spuma chimică (se recomandă pentru stingerea incendiilor din clasa B);- spuma aeromecanică (se recomandă pentru stingerea incendiilor din clasa B);- apa uşoară/light water (se recomandă pentru stingerea incendiilor din clasa B);- pulberile stingătoare (utilizate în special la incendii din clasele A, B, C); pulberile

stingătoare uzuale nu se utilizează la stingerea metalelor pirofore, dar există şi pulberi stingătoare de uz special care sunt indicate pentru incendii din clasa D, dar care pentru celelalte clase sunt considerate ineficiente.

Substanţe de stingere prin reducerea conţinutului de oxigen. Din această categorie fac parte:- bioxidul de carbon;- azotul;- apa foarte fin pulverizată (particule sub 100m)- aburul;

(aceşti agenţi stingători sunt utilizaţi, cu unele restricţii, la stingerea incendiilor din clasele A, B şi C).

Substanţe de stingere prin inhibiţie chimică. Din această categorie reprezentativi sunt halonii (hidrocarburile halogenate) folosite sub formă de jet compact, jet pulverizat sau sub formă de aerosoli (au eficienţă ridicată la incendii din clasele A, B şi C). În ultima perioadă, datorită toxicităţii şi a efectului negativ exercitat asupra stratului de ozon al acestora, s-a trecut la producerea unor înlocuitori de haloni, care au toxicitate redusă şi influenţă nulă asupra stratului de ozon. Eficienţa de stingere a lor este însă mai scăzută decât a halonilor, necesitând concentraţii şi volume mai mari cu 1,1 până la 1,6 ori. Pentru implementarea acestor înlocuitori instalaţiile existente trebuie să fie modificate (diametrele duzelor, recipienţii pentru stocare).

Toţi agenţii stingători prezentaţi sunt folosiţi la intervenţii prin intermediul unor instalaţii fixe, semifixe şi mobile, special destinate acestui scop ca şi prin intermediul stingătoarelor portative sau transportabile, după caz, care echipează curent clădirile civile şi industriale.

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.

32

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.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.

33