LA VENTILAZIONE IDRAULICA ESPERIMENTO CONDOTTO SUGLI EFFETTI CHE CONDIZIONANO IL TRASCINAMENTO DELL’ARIA Craig Weinschenk, Keith Stakes, Robin Zevotek UL Firefighter Safety Research Institute Columbia, MD 20145 6/12/2017

RICERCHE PRECEDENTI Nel 2002, venne effettuata presso il Fire Training Center della Contea di Rockland (NY) una serie di esperimenti sul Trascinamento dell'aria con l'obiettivo di quantificare la quantità di aria mossa dalle varie Lance…

Nel 2005 invece il lavoro venne condotto dal NIST, e si basava sul precedente lavoro …ma era limitato alla verifica di una sola tipologia di Lancia: una 45mm a portata e pressioni fisse; e solo in condizioni di flusso dall’Esterno.

OBIETTIVI DELL’ESPERIMENTO Fornire le conoscenze scientifiche di base sull'impatto del Trascinamento dell’aria nei flussi d’acqua provenienti dalle lance durante l'attacco al fuoco interno ed esterno, per la sicurezza del pompiere e per la sopravvivenza degli occupanti intrappolati. Migliorare la sicurezza del pompiere aumentando la conoscenza del trascinamento di aria dai flussi d’acqua delle lance. Quantificare l'intrappolamento dell'aria in base alle lance in dotazione ai VVF Sviluppare le conoscenze in base al costruttore, al tipo di tubazione, alla pressione, alla portata e all’effetto causato dal movimento della lancia Sviluppare e diffondere la conoscenza di scelte tattiche come la ventilazione, e come queste scelte influenzano il trascinamento dell'aria.

Il test di prova era un container diviso da una bozza di muro (tramezzo) in cui un dispositivo di misurazione del flusso d'aria era stato posizionato al centro.

La velocità dell’aria venne misurata nel percorso di flusso attraverso l'uso di sonde bidirezionali per raccogliere i dati di velocità e portata.

Pillole di Fisica… Pressione: 14,7 libbre / pollice quadrato (psi) = Atmosfera Terrestre. 1 Pascal (Pa) = 0,00015 PSI. 1 Atm (o Bar) = 14,7 PSI = 101,325 Pa Portata dell’acqua: misurata in GPM (Galloni per minuto) o Lt/min 1 GPM = 3,79 Lt/min Portata dell’aria: misurata in CFM (Piedi cubi minuto) o m3/min 1 CFM = 0,028 m3/min 1000 CFM = 28 m3/min

Glossario GETTO LISCIO GETTO CAVO NEBULIZZATO (circa 30°) NEBULIZZATO AMPIO (>60°)

1. Quando una goccia d'acqua si muove attraverso l'aria, comprime la parte che sta davanti alla goccia stessa, provocando un'alta pressione davanti, e una bassa pressione dietro; Ricorda: la Pressione cerca un equilibrio spostandosi sempre da zone ad alta pressione, a zone a bassa pressione. 2. La bassa pressione dietro la goccia insieme alla turbolenza creata, si traduce in una FORZA DI TRASCINAMENTO; 3. Questa forza tira l'aria dietro la goccia mentre si muove attraverso lo spazio.

Un po’ di scienza… Lunghezza del Flusso d’Acqua Il trascinamento dell'aria, dato dai Getti delle Lance, è influenzato da diversi fattori, ed è paragonabile all'aria mossa da un motoventilatore a pressione positiva. Lunghezza del Flusso d’Acqua (dall’Interno o dall’Esterno) Tipo di Getto Getto Liscio VS Getto Cavo Movimento della Lancia Pressione e Portata

Lunghezza del Flusso Più è lunga la DISTANZA PERCORSA da un flusso d’acqua prima che colpisca una superficie, maggiore è la quantità d'aria che la corrente trascinerà. dall’Interno dall’Esterno

Dall’Interno Questo grafico mostra l'effetto di arretramento da un'apertura interna (una doppia porta) e l'aumento del trascinamento di aria mentre la Lancia si sposta indietro dall'apertura. Aumentando la distanza dalla finestra da 1mt a 4,5mt aumenta il flusso d'aria da 5.000 a 15.000 CFM (piedi cubi/min). Quando si utilizza una Lancia per la Ventilazione idraulica, l'intento è quello di fornire il massimo Trascinamento di aria (o di scarico).

Aumentando la lunghezza del flusso d’acqua situato all'interno della struttura, aumenterà a sua volta il trascinamento dell'aria e quindi la capacità di scarico (dei fumi). Le capacità di scarico di una Lancia a Getto Nebulizzato situata a 2,7 metri dall'apertura, sono quasi il doppio di quello del caso in cui la Lancia era a 1 metro dall'apertura.

Dall’Esterno La lunghezza del flusso ha lo stesso effetto nell'applicazione dell'acqua dall’esterno, tuttavia l’approccio della Lancia all’incendio è molto diverso. Quando si applica acqua dall'esterno in un compartimento, limitando il trascinamento di aria, si ottiene la massima quantità di prodotti di combustione che fuoriescono. Adottando una distanza ravvicinata della Lancia ma sicura dall'apertura, si limita il trascinamento dell'aria. Più lontano dalla finestra si trova la Lancia, più aria viene trascinata.

La figura mostra il confronto tra un Getto Diretto e una Getto Nebulizzato a quasi 1 metro dall'apertura, e a 3,6 metri dall'apertura. Anche se il Getto Diretto trascina solo 1/5 dell'aria rispetto al Getto Nebulizzato, la distanza dall'apertura aveva ancora un impatto significativo sulla quantità di aria trascinata.

Tipo di Getto La quantità di aria spostata dipende da quanto si rompe il flusso d’acqua. La quantità di rottura del flusso viene spesso considerata in base al tipo di flusso (Liscio, Cavo diretto e Cavo nebulizzato). Capire come questi tre tipi possano aumentare o diminuire il trascinamento dell'aria, fornisce al pompiere opzioni tattiche molteplici. Come nel caso in cui viene usata una Lancia combinata (DMR). Poiché le regolazioni della Lancia passano da Getto Diretto, a Nebulizzato a Nebulizzato Ampio, il flusso si dissolve progressivamente. Questo maggior trascinamento si ottiene passando da Getto Diretto a Nebulizzato Ampio.

Questo grafico mostra che il Getto Nebulizzato AMPIO (60°) crea un movimento aereo significativo, quasi il doppio di quello del Nebulizzato STRETTO (30°). In un incendio: se il pompiere alla lancia cerca di limitare la quantità di aria spostata, (ad esempio durante un attacco esterno attraverso un'apertura con sfiato del fuoco), l'ugello della lancia deve essere posizionato nella modalità Getto Diretto.

Getto Diretto Liscio VS Getto Diretto Cavo Spesso si pensa che un Getto Diretto Liscio abbia una maggiore penetrazione rispetto agli ugelli a Getto Diretto Cavo. Per quanto riguarda il trascinamento dell’aria, non esiste alcuna differenza tra una Lancia a canna liscia e una Lancia Cava combinata per regolare il flusso (DMR). La quantità di dispersione (o rottura) nei due flussi è simile, il che si traduce in un simile afflusso d'aria.

Lance in posizione FISSA Questo grafico mostra un totale di 21 diverse configurazioni di ugelli 12 Getto Diretto Cavo e 9 Getto Diretto Liscio. Tutte le combinazioni, tenute in una posizione fissa, hanno provocato un simile afflusso d'aria tra i costruttori, il tipo di ugello, o la pressione e il flusso.

Getto Diretto con movimento a «O» Il modello con Getto Diretto Liscio non risulta più o meno trascinante di aria rispetto a un Getto Diretto Cavo. Le stesse 21 diverse configurazioni degli ugelli sono state utilizzate in movimento a «O». Risultato: Anche quando vengono spostati non vi è alcuna differenza nel trascinamento dell'aria fra i vari Getti.

Movimento della Lancia Le tattiche delle squadre hanno l'obiettivo di muovere o no, l'aria con il giusto Getto. Nel caso di un incendio in ambiente confinato, a volte l'obiettivo è quello di tenere i prodotti della combustione (fumi) lontani dalla squadra e dalle persone. La quantità d’aria (o fumo) trascinata o spinta, è direttamente proporzionale alla VELOCITA’ di movimento della Lancia. Quando la Lancia si muove più velocemente, vengono create più gocce d'acqua e molta più aria viene trascinata.

Quando aumenta il numero di giri al minuto col movimento ad «O», da 50 a 100, e infine 150 al minuto, aumenta il trascinamento dell’aria. Pertanto, quando si tenta di spostare aria o fumo, è necessario aumentare il movimento della Lancia. Inversamente, quando si sta tentando di spostare il meno possibile l'aria, si dovrebbe tenere la Lancia il più ferma possibile.

NFPA 1001 identifica le applicazioni di diversi modelli di Getto durante un attacco al fuoco in un compartimento. Il tipo di movimento ha avuto un impatto minimo sulla quantità di trascinamento dell'aria.

Quando un Getto Diretto sia Liscio che Cavo sono spostati in diversi modelli («O», «Z», «n») la quantità di aria trascinata rimane relativamente costante.

SPOSTARE PIU’ ARIA SIGNIFICA CREARE PIU’ GOCCE. RICAPITOLANDO: Le gocce d'acqua che si muovono nell'aria creano differenze di pressione che trascinano l'aria. SPOSTARE PIU’ ARIA SIGNIFICA CREARE PIU’ GOCCE. Trascinamento dell'aria: - Il tipo di movimento degli ugelli ha poco a che fare con quanta aria viene trascinata. - anche quando si utilizza una movimento «a casaccio» , il trascinamento dell'aria è simile a un modello "o".

Pressione e Portata La Portata influisce sia sulla Pressione che sul tipo di Getto. Si pensava che il flusso e/o la pressione crescenti alla Lancia, avessero implicazioni migliorative...

Non è così… In realtà l'aumento della Portata su una linea da 45mm prima a 567 lt/min, poi a 681 lt/min, e infine a 794 lt/min, cambiando la dimensione della bocchello a foro Liscio, non ha avuto alcun impatto. Anche l'aumento della Pressione sull'ugello ha avuto un impatto limitato sul trascinamento dell'aria. Quando la pressione su una linea a 45mm con portata a 567 lt/min veniva aumentata da 3,4 bar a 5,1 bar e poi a 13,7 bar, c'era poco effetto sul trascinamento di aria.

Con una linea di 63,5 mm quando la pressione è stata aumentata da 3,4 bar, a 5,1 bar e poi a 6,8 bar, si è verificata una minima variazione di trascinamento dell'aria. Cambiare la Pressione o la velocità di flusso di un flusso, ha poco o nessun effetto sul trascinamento totale dell'aria. Anche quando è stato utilizzato un movimento ad «O», la quantità di trascinamento di aria è variata minimamente.

Anche passando da una 45mm a una linea a 63,5mm che scorre a 984 lt/min, non c’è stato un aumento drastico del trascinamento dell'aria. Quando la Portata è stata impostata a 1211 lt/min (63,5mm), si è notato un aumento di trascinamento dell'aria nel momento in cui la Lancia era in posizione fissa. Diversamente quando la Lancia è stata movimentata ad «O», si è ottenuto un aumento del trascinamento con una 45…probabilmente perché la velocità di rotazione con una 63,5 era più lenta essendo la tubazione più grande e più pesante.

Esercizio1 Getto Nebulizzato Ampio (60°)? Fai parte di una squadra, e stai avanzando verso un incendio in una casa che mostra solo fumo. Una volta dentro, localizzi dov’è il fuoco. Mentre avanzi verso la «base» del fuoco con una Lancia DMR, vuoi buttare acqua sul combustibile ma limitare la quantità di aria spinta all’interno. Quale tipo di Getto sarebbe la soluzione migliore in questo scenario? Getto Nebulizzato Ampio (60°)? Getto Nebulizzato Stretto (30°)? Getto Diretto?

Risposta: Getto DIRETTO Una Lancia regolata col Getto Diretto limiterà la Spinta (o il Trascinamento) di aria. Mentre si è all'interno della struttura, tenendo la Lancia più ferma possibile e riducendo al minimo la lunghezza del flusso, si riduce la quantità di aria che viene mossa da una mandata d’acqua.

Esercizio2 Fai parte di una squadra inviata su un incendio che si è evoluto in una struttura residenziale, con una direzione dei fumi che escono dal lato opposto da dove siete entrati. Vuoi mantenere i prodotti della combustione (fumi) che si muovono davanti a te, lontani dalla squadra. Cosa faresti? Aumenti il trascinamento/spinta dell'aria spostando rapidamente la Lancia; Aumenti il trascinamento/spinta dell'aria mantenendo la Lancia più ferma possibile; Diminuisci il trascinamento/spinta dell'aria spostando rapidamente la Lancia

Risposta: Aumenti il trascinamento/spinta dell'aria spostando rapidamente la Lancia Spostando rapidamente la Lancia si ottiene il massimo Trascinamento/spinta dell'aria (scarico), causando la rottura del flusso. Per una massima resa, la Lancia dovrebbe essere posizionata il più indietro possibile nella stanza.

Per RIASSUMERE Il Trascinamento/spinta dell’Aria dipende in maniera significativa da: Utilizzo del Getto Nebulizzato Stretto o Ampio; Posizionamento della Lancia il più lontano possibile da una finestra o porta; Rotazione della Lancia nella modalità a «O» (movimento dell'ugello).