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Politecnico di Milano 19 Aprile 2007 Relatore: Prof. Carlo L. Bottasso Correlatore: Ing. Domenico Leonello Laureando: Erminio Zanenga STUDIO DI FATTIBILITÀ.

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1 Politecnico di Milano 19 Aprile 2007 Relatore: Prof. Carlo L. Bottasso Correlatore: Ing. Domenico Leonello Laureando: Erminio Zanenga STUDIO DI FATTIBILITÀ SULL’IMPIEGO DI AEROGIRI PER LO SPEGNIMENTO DI INCENDI IN EDIFICI ALTI

2 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Obiettivi Problema –Risolvere le problematiche della AFP in Edifici Alti (HRB) –Valutare in proposito l’impiego di aerogiri Scopo –Definire e classificare gli aerogiri per lo spegnimento d’incendi in edifici alti (RfH) –Sviluppare un progetto preliminare di aerogiro di tipo RfH

3 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Sommario Inquadramento del problema Classificazione degli aerogiri di tipo RfH Progetto preliminare di aerogiro RfH Conclusioni

4 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Inquadramento del problema Analisi e scelta di appropriati sistemi antincendio esistenti –Acqua+additivi  IFEX (tecnologia ad impulso) –Pyrogen  METALSTORM Tipi di incendio in edifici alti –Classe A (spazzatura, legno, carta, tessuti, ecc.) –Classe B [raramente, o con additivi] (liquidi infiammabili: benzina, vernici, ecc.) Pyrogen / METALSTORM Acqua / IFEX

5 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Inquadramento del problema Definizione scenari operativi caratteristici –Energia rilasciata (0.1 MW – 10 MW) –Parametri geometrici (area m 2, ventilazione m 3 /s) –Distanze di sicurezza (dalla zona dell’incendio, m) Scenari Parametri dell’incendio Hawthorne House (Chicago, 1969) 2.Motomachi Apartments (Hiroshima, 1996) 3.Grattacielo Pirelli (Milano, 2002)

6 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Inquadramento del problema Definizione grafica delle distanze di sicurezza

7 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Inquadramento del problema Scelta della tecnologia antincendio effettuata in base a: –Capacità di spegnimento compatibile con i parametri caratteristici degli scenari di riferimento –Abilità di operare nel rispetto delle distanze di sicurezza SD e ED –Efficacia e facilità di reperibilità dell’agente estinguente –Colpo: 12 litri d’acqua per ciascuna canna. Le canne non sparano mai contemporaneamente. –Tempo di ricarica min tra un colpo e il successivo: circa secondi. Cannone ad acqua IFEX Dual Intruder da 12 litri –Dimensioni: lunghezza 1.8 m - larghezza 0.45 m –Gittata d’acqua utile (40 m – 60 m) compatibile con SD max calcolata (10 m circa) Lancia granate Pyrogen / METALSTORM –Efficace per ambienti aventi volumi ridotti e poco ventilati –Problemi relativi al rilascio di grandi quantità di materiale solido (involucri delle granate) sparato nell’edificio in fiamme (pericolo per le persone non evacuate e per i pompieri) NO SI 25 bar

8 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Classificazione degli aerogiri RfH In base al tipo di approccio dell’aerogiro all’edificio in fiamme (L,F) –Laterale –Frontale In base alla modalità d’installazione a bordo del sistema antincendio (I,E,P) –Interna –Esterna –Parzialmente interna ed esterna In base al tipo di azionamento e di impiego del sistema imbarcato (A,M) –Automatica –Manuale  FEA (RfH.1)  LEA (RfH.2)  LPA (RfH.3)  LIA (RfH.5)  LIM (RfH.6)  LPM (RfH.4) Classificazione RfH

9 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Classificazione degli aerogiri RfH Vigili del Fuoco –Efficienza del sistema antincendio in termini di qualità dell’attacco al fuoco e di autonomia (la quantità di estinguente imbarcata deve essere sufficiente a spegnere l’incendio) –Dotare l’unità antincendio di un sistema di rifornimento d’acqua durante le operazioni –Equipaggio minimo dell’AB412: Pilota / Copilota / Tecnico di bordo –Lato operativo dell’elicottero: portellone destro –Ingaggio laterale preferito al frontale in quanto permette una più agevole manovra evasiva in caso di emergenza (ad esempio perdita di potenza dell’elicottero) –Tempi d’intervento rapidi –Impossibilità di dedicare un elicottero esclusivamente ad operazioni di tipo RfH IFEX GmbH –Cannone IFEX Dual Intruder da 12 litri: valutazione dei problemi di manovrabilità della macchina a seguito del rinculo dovuto allo sparo –Problemi certificativi relativi allo sgancio in emergenza di qualsiasi sistema agganciato esternamente all’elicottero (ad esempio serbatoi d’acqua, bombole aria compressa, ecc.) –Deviazione del colpo d’acqua dovuta al downwash rotore principale quantificata sperimentalmente solo per cannone Dual Intruder da 18 litri montato su AS350-RfH.1 AGUSTA –Pavimentazione della fusoliera dell’AB412 diversa in base alla versione dell’elicottero (variano le posizioni e l’entità dei carichi sopportati dai vari punti di aggancio) Collaborazioni Requisiti e vincoli operativi

10 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Classificazione degli aerogiri RfH Scelta della tipologia di RfH da sviluppare nel progetto preliminare Scelta del tipo di elicottero –MTOW < 3175 kg –3175 kg < MTOW < 9072 kg –MTOW > 9072 kg –Categoria A –Categoria B –Qualità di manovrabilità  Elicottero Scelta del modello di elicottero  3175 kg < MTOW < 9072 kg  Categoria A  Livello 2  AB412 (ADS33) (JAR29) LPM (ovvero RfH.4)  Categoria RfH: –Elicottero –Aerobot  Progetto preliminare del sistema LPM per AB412

11 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Unità Base (Base Unit  B.U.) –Serbatoi (capacità totale attuale: 360 litri) –Compressore / bombole aria compressa –Sistema di rifornimento rapido d’acqua durante le operazioni –Peso stimato a serbatoi pieni: 1000 kg Unità di Sparo (Shot Unit  S.U.) –Cannone IFEX (160 kg) Dual Intruder da 12 litri –Sistema di supporto (in acciaio) per imbarco e operazioni in volo –Peso stimato: 300 kg Posizione: sotto la fusoliera Attacco: mediante gancio baricentrico e/o punti di fissaggio esterni Posizione: in fusoliera Attacco: mediante punti di fissaggio del pavimento Progetto del sistema LPM Procedure per l’imbarco del sistema LPM (B.U. e S.U. sempre connesse da appositi tubi flessibili e cavi passanti dal portellone aperto) Presenza di una parte fissa della S.U. da tenere costantemente imbarcata (sagomata opportunamente quando non operativa) AB412-RfH.4

12 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH 1.Stazionamento in base aerea –S.U. sul carrello –B.U. sul carrello –Cavi e tubi già connessi 2.Preparazione per l’imbarco –Carrello S.U. al fianco destro –Carrello B.U. sotto la fusoliera 1 2 N.B.: Le connessioni mediante cavi e tubi, per semplicità, non sono riportate nelle figure, ma esistono.

13 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Imbarco sistema LPM –Spinta S.U. in fusoliera –inserimento barra di sicurezza –Aggancio della B.U. 4.Rimozione dei carrelli –S.U. in fusoliera –B.U. agganciata

14 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH 5.Fissaggio della S.U. –Dado –Spina bloccante –Sistemi di riduzione attrito sul fondo piastra 6.Collegamento maniglia per estrazione manuale 6 5

15 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Vista dall’alto della vite e della barra di sicurezza Quote in mm

16 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Vista dall’alto della piastra Quote in mm Peso totale stimato: 80 kg

17 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Particolare della vite senza fine –Accoppiamento permanente con la slitta Vista prospettica della S.U. senza cannone Peso totale stimato: 140 kg

18 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Determinazione delle qualità di volo (1,2,3) –Non superiore al Livello 2 (Livello 3: elicottero controllabile ma difficilmente manovrabile) Normativa ADS33 MTE –Mission Task Element UCE (1,2,3) –Usable Cue Environment  1 (alta visibilità) Aeronautical Design Standard for handling qualities

19 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Calcolo del rinculo –Forza media F m da scaricare –Componenti di F m e momenti applicati alla struttura dell’elicottero in base alla posizione di sparo –Velocità max iniziale (stimata) del colpo d’acqua: 120m/s –Apertura valvola IFEX: 20 ms –Volume max d’acqua sparata ad ogni colpo: 12 litri Schema simulatore –Inserimento dati AB412 –Modifica del simulatore Grafici dei risultati numerici  Valutazione secondo normativa ADS33

20 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Elevazione: 0° / Azimut: - 30°

21 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Elevazione: 0° / Azimut: 0°

22 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Elevazione: 0° / Azimut: + 30°

23 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Controllo rapido Elevazione: 0° / Azimut: + 30°

24 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Simulazione 3D AB412-RfH.4 –360 litri totali d’acqua nei serbatoi (rifornimento d’acqua consentito dalla B.U. con tubo di pescaggio) –Colpi come questo: 30 totali, 15 per ogni canna (12 litri a colpo) –Risoluzione simulazione: 15 frame al secondo Video IFEX AS350-RfH.1 –360 litri totali d’acqua nei serbatoi (rifornimento d’acqua consentito dalla B.U. con tubo di pescaggio) –Colpi come questo: 20 totali, 10 per ogni canna (18 litri a colpo)

25 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Progetto preliminare di aerogiro RfH Calcolo strutturale dell’unità di sparo –Analisi FEM, CAM e verifica dei carichi supporto/piastra/elicottero Analisi CFD –Quantificazione della deviazione di sparo Progetto in dettaglio dell’unità di sparo –Disegno dettagliato della piastra e del supporto cannone Varie –Progettazione dei carrelli di stazionamento e posizionamento –Studio del sistema di sganciamento rapido –Trasformare il sistema LPM in un sistema LPA  controllo e puntamento automatico gestiti dal copilota (uso di telecamere, sensori, monitor in cabina, ecc.) Classificazione di aerogiri tipo RfH –Normative JAR29 / ADS33 Progetto sistema LPM per AB412 –Configurazione Progetto della piastra imbarcata –Dimensionamento di massima Stato dell’arte Possibili sviluppi futuri

26 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Conclusioni Problemi tecnici e normativi –Verifica dell’effettiva rapidità d’imbarco del sistema –Peso della piastra fissa imbarcata (80 kg) da diminuire attraverso un’ottimizzazione strutturale –Volo con portellone parzialmente aperto e cavi/tubi tra S.U. e B.U. passanti esternamente –Certificazione di tubi e dispositivi ad alta pressione ospitati in fusoliera –Certificazione del sistema il per sorvolo di centri abitati Obiettivi raggiunti –Con il presente sistema LPM si evita di adibire l’elicottero ad uso esclusivo RfH –Il cannone a doppia canna consente tempi ridotti tra un colpo e il successivo (dai 3 ai 5 secondi) –Bontà d’intervento garantita con un sistema di sparo manuale, meno costoso e più facilmente realizzabile di un sistema automatico –La macchina è sempre controllabile e mantiene buone qualità di manovrabilità (Livello 2) –La S.U. è adatta a qualsiasi versione di AB412

27 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Ringraziamenti Rotary Club Milano Nord, Rotaract Milano e la sezione italiana dell’IFFR (International Fellowship of Flying Rotarians) Per aver dato origine allo spunto iniziale e creato le condizioni che hanno permesso poi di sviluppare il lavoro di tesi Vigili del Fuoco In particolare il personale della base aerea di Genova, per la preziosa disponibilità nel definire le condizioni operative per elicottero RfH e per l’assistenza nel delineare le procedure d’ingaggio del sistema LPM IFEX GmbH Per l’accogliente ospitalità presso la sede tedesca di Sittensen e per aver cortesemente contribuito a comprendere come meglio utilizzare la tecnologia ad impulso per ottimizzarne l’efficacia d’impiego AGUSTA Per la gentile collaborazione e per aver messo a disposizione i dati tecnici e strutturali dell’AB412

28 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Domande ?

29 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Materiale aggiuntivo Caratteristiche tecniche del sistema Pyrogen / METALSTORM –Quantità di estinguente contenuto in una singola granata: 250 g –Volume di aerosol rilasciato da una singola granata: 0.75 m 3 –Tempo di rilascio del gas estinguente: 8-10 s –Concentrazione di aerosol standard richiesta: 100 g/m 3 –Ventilazione: l’area totale delle aperture non chiudibili (fessure, finestre rotte, ecc.) non deve superare l’1% della superficie totale dell’ambiente da proteggere per avere la soppressione totale dell’incendio –1800 kg di estinguente (al netto del peso strutturale delle singole granate) in condizioni operative reali (considerate le perdite ecc.) dovrebbero essere sufficienti a proteggere (non estinguere) un volume totale di 1900 m 3  circa 4 granate (ovvero circa 1 kg di estinguente) al m 3 –Una stanza di 36 m 3 richiede almeno 36 kg di agente chimico  da scaricare in quanti secondi? Volume protetto 2.5 m 3 [ g/s ]

30 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Materiale aggiuntivo Caratteristiche tecniche del sistema IFEX imbarcato –Colpi totali a disposizione: 30 da 12 litri ciascuno –10 colpi d’acqua hanno la capacità di estinguere completamente un incendio avente le seguenti caratteristiche: Combustibili: 120 litri gasolio e 15 litri di benzina (incendio di Classe B) 4 pozze incendiate (per una superficie totale pari a circa 4 m 2 ): –Una pozza da 1.5 m x 1.5 m (circa 2.25 m 2 ) –Tre pozze circolari da 0.5 m di diametro (circa 0.6 m 2 ) –Tempo di combustione prima dell’inizio estinzione: circa 7 minuti –Temperatura media delle superfici in fiamme: circa 800 °C Energia liberata dall’incendio: circa 4370 kW –Si stima (manca ovviamente la conferma sperimentale in volo) che i 30 colpi a disposizione dovrebbero bastare ad estinguere l’incendio dello scenario Motomachi, perché se considerato in pre-flashover è caratterizzato da Incendio di Classe A (più facile da sopprimere con l’acqua rispetto a Classe B) Superficie totale interessata alle fiamme: circa 50 m 2 (12.5 volte superiore a 4 m 2 ) Energia liberata dall’incendio: circa 2200 kW (circa la metà di 4370 kW)

31 19 Aprile 2007Erminio Zanenga Materiale aggiuntivo Scenario Hawthorne House –Caratterizzato da una situazione di solo post-flashover –Impossibile prevedere la completa estinzione delle fiamme con i soli 30 colpi a disposizione –È sensato utilizzare il sistema LPM come mezzo di contenimento dell’incendio e valido supporto alle squadre di intervento (che operano internamente alla struttura) –Continuità delle operazioni di supporto garantita dalla possibilità di rifornirsi d’acqua direttamente da “specchi d’acqua” limitrofi alla zona d’incendio Scenario grattacielo Pirelli –Ampio squarcio nella struttura, elevata ventilazione –Fiamme contenute dal sistema sprinkler (comunque danneggiato) –È sensato utilizzare il sistema LPM come mezzo di monitoraggio, al fine di prevenire la diffusione (per ventilazione) di focolai dell’incendio, nonché come valido supporto alle squadre di intervento (che operano internamente alla struttura)


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