Le sostanze utilizzate nei sistemi di estinzione Prof. Ing. Barbara Mazzarotta Dip. Ing. Chimica, Materiali e Ambiente

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Le sostanze estinguenti hanno il compito di contrastare le reazioni di combustione combustibile + comburente (ossigeno) la reazione procede attraverso la formazione di specie chimiche molto reattive (radicali liberi). Le reazioni di combustione sono esotermiche sviluppano calore La fase di formazione dei radicali è endotermica richiede che al sistema sia fornita energia inizialmente attraverso un innesco successivamente, attraverso il calore generato dalla reazione

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Le condizioni che devono essere tutte soddisfatte contemporaneamente perché si abbia una combustione sono: (1) presenza di combustibile (2) presenza di un comburente combustibile e comburente devono essere tra loro in proporzioni adeguate (3) un apporto di calore (4) che la “catena” delle reazioni di formazione dei radicali non si interrompa

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Meccanismi di azione degli estinguenti: Riduzione dell’apporto di combustibile Riduzione dell’apporto di comburente Riduzione dell’apporto energetico Interruzione della catena di reazione I vari estinguenti possono agire secondo uno o più di questi meccanismi in funzione di: caratteristiche chimico-fisiche stato fisico modalità di erogazione

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Riduzione dell’apporto di combustibile riduzione del flusso di combustibile liquido o gassoso rimozione del combustibile solido dal percorso del fuoco raffreddamento del combustibile solido o liquido altobollente diluizione del combustibile liquido per miscelazione con un altro liquido “soffocamento”, ricoprendo il combustibile con uno strato di gas inerte, di schiuma, o di liquido più leggero.

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Riduzione dell’apporto di comburente Per sostenere la combustione, la concentrazione del combustibile in aria, in cui l’ossigeno è il 21%, deve ricadere nell’intervallo di infiammabilità riducendo la concentrazione di ossigeno si porta la miscela al di fuori delle condizioni di infiammabilità. La riduzione del tenore di ossigeno si può ottenere introducendo in un ambiente, chiuso, un gas inerte per “soffocamento”, ossia limitando, o impedendo, il contatto tra combustibile e aria. È inefficace per i combustibili auto-ossidanti contengono ossigeno all’interno della propria molecola

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Riduzione dell’apporto energetico Raffreddando la fiamma si riduce l’energia disponibile per la reazione di formazione dei radicali si riduce la velocità con cui procede la reazione di combustione Il metodo di raffreddamento più efficace è quello di utilizzare un liquido che abbia elevata capacità termica soprattutto, elevato calore di vaporizzazione il liquido vaporizza per l’elevata temperatura della fiamma.

Generalità sulla combustione e sui meccanismi di estinzione Interruzione della catena di reazione L’agente estinguente realizza una inibizione chimica della fiamma liberando delle sostanze in grado di reagire preferenzialmente con i radicali su cui si basa la reazione di combustione La concentrazione di radicali disponibili per il mantenimento della combustione si riduce o si annulla La reazione rallenta o si arresta

Tipologie di incendi e di sostanze estinguenti Gli incendi sono classificati in base alle caratteristiche del combustibile coinvolto : classe A incendi di materiali solidi; classe B incendi di liquidi infiammabili; classe C incendi di gas infiammabili; classe D incendi di metalli combustibili classe E incendi connessi ad apparecchiature e impianti elettrici.

Tipologie di incendi e di sostanze estinguenti Le sostanze estinguenti possono essere classificate come segue: acqua schiume gas inerti polveri fluidi che interferiscono con la reazione di combustione aerosol

Tipologie di incendi e di sostanze estinguenti Non tutte le sostanze estinguenti possono essere utilizzate per tutte le tipologie di incendi: va evitato l’uso di estinguenti incompatibili ad esempio, acqua, per incendi di quadri elettrici la scelta va indirizzata in base a natura e caratteristiche dei prodotti combustibili caratteristiche degli ambienti da proteggere

Acqua Meccanismi di azione riduzione apporto energetico la vaporizzazione di 1 kg di acqua asporta 540 kcal riduzione apporto comburente 1 litro di acqua forma 1.7 m3 di vapore d’acqua inerte raffredda il combustibile (solido o liquido alto bolente) può diluire il combustibile liquido (se miscibile) può soffocare il combustibile liquido (se immiscibile e più leggera) può creare problemi se è immiscibile e più pesante del combustibile liquido

Acqua Impiego Incompatibilità incendi di classe A e B (solidi e liquidi) idranti e impianti sprinklers con getti di varia potenza water mist: goccioline finissime Incompatibilità apparecchiature elettriche in tensione; sostanze che reagiscono in modo violento con l’acqua metalli alcalini, carburi, composti metallorganici e idruri, magnesio, zinco e alluminio a alta T, metalli fusi; sostanze che reagiscono con l’acqua originando composti tossici o corrosivi oggetti che si danneggiano a contatto con l’acqua

Schiume Sono formate a partire da soluzioni di schiumogeni (3-6%) in acqua Meccanismi di azione inizialmente, soffocamento la schiuma forma un velo sulla superficie del combustibile successivamente, raffreddamento l’acqua scola dalla schiuma e raffredda il combustibile Classificazione bassa espansione: 1:5-1:20 media espansione: 1:20-1:200 alta espansione: 1:200-1:1000

Schiume Tipologie Impiego Incompatibilità chimiche: si forma CO2 che espelle la schiuma meccaniche: aerate meccanicamente a base di agenti proteici, fluoro-proteinici, sintetici, fluoro-sintetici, resistenti agli alcoli Impiego incendi di classe A e B (solidi e liquidi) sistemi fissi e mobili in getti a bassa potenza a bassa e media espansione: soprattutto all’aperto ad alta espansione: soprattutto al chiuso Incompatibilità le stesse dell’acqua

Gas inerti Azoto (N2), anidride carbonica (CO2), argon (Ar), vapore d’acqua e miscele commerciali Argonite (50% N2 - 50% Ar) Inergen (52% N2 - 40% Ar - 8% CO2) Meccanismi di azione riduzione dell’apporto del comburente l’ossigeno viene diluito dall’inerte fino a portarsi al di sotto della concentrazione necessaria a mantenere la combustione sono più efficaci in ambienti chiusi o con scarsa ventilazione utilizzando CO2 c’è un effetto di raffreddamento la temperatura si porta a -79°C e si forma anidride carbonica solida (ghiaccio secco)

Gas inerti Il quantitativo necessario dipende dalle caratteristiche di gas inerte e combustibile

Gas inerti Impiego Incompatibilità soprattutto su incendi di classe B e C (liquidi e gas) e su incendi di classe E (apparecchi elettrici in tensione) sistemi fissi ed estintori portatili (anidride carbonica) Incompatibilità praticamente nessuna per estinguenti gassosi per l’anidride carbonica oggetti che non resistono a brusche variazioni di temperatura e a temperature molto basse; presenza di metalli alcalini e idruri metallici; incendi di prodotti che contengano direttamente nella loro molecola ossigeno sufficiente a mantenere la combustione.

Polveri Tipologie Meccanismi di azione polveri chimiche (standard o polveri B-C) costituite essenzialmente da bicarbonato di sodio e di potassio. polveri polivalenti (multiuso o polveri A-B-C) costituite da sali di ammonio (in prevalenza fosfati e solfati). polveri inerti: (polveri D) costituite da prodotti inerti, come grafite e allumina. Meccanismi di azione inibizione chimica della combustione soffocamento si decompongono generando prodotti che interferiscono con la reazione di combustione e inerti

Polveri Requisiti Impiego Incompatibilità elevata superficie specifica l’inibizione chimica si esplica per adsorbimento delle specie radicaliche sulla superficie del solido; buona fluidità e una certa idrorepellenza per evitarne l’impaccamento. Impiego incendi di classe E (apparecchiature elettriche) in funzione del tipo di polvere, incendi di classe A, B, C e D prevalentemente in estintori mobili Incompatibilità oggetti delicati in cui la polvere possa penetrare

Fluidi che interferiscono con la reazione di combustione Meccanismi di azione terminazione della reazione a catena di combustione; soffocamento; nel caso di liquidi, che vaporizzano alla temperatura dell’incendio, anche un certo raffreddamento. Tipologie halons (halogenated hydrocarbons) CFC clorofluorocarburi: vietati clean agent halocarbons HCFC idroclorofluorocarburi: vietati a partite dal 2015 HFC idrofluorocarburi FC fluorocarburi FK fluorochetoni

Fluidi che interferiscono con la reazione di combustione Alcuni clean agent halocarbons

Fluidi che interferiscono con la reazione di combustione Impiego su tutti incendi, in particolare quelli di classe B ed E, in ambienti chiusi o con poca ventilazione; non lasciano residui e non provocano brusco raffreddamento; non causano riduzione del livello di ossigeno nell’ambiente. per lo più allo stato di gas liquefatto in bombole a pressione munite di gas propellente per la scarica. Incompatibilità: prodotti che contengano nella molecola ossigeno sufficiente a mantenere la combustione; materiali ossidanti o soggetti a decomposizione termica; presenza di metalli o idruri reattivi.

Aerosol Miscele di gas inerti e sali di metalli alcalini Meccanismi di azione interferenza con la reazione di combustione per inibizione chimica sulla superficie del solido; il solido è (circa il 40% in massa dell’aerosol) è in forma di particelle finissime che offrono una notevole superficie. soffocamento da parte del gas inerte azoto, anidride carbonica o vapore d’acqua.

Aerosol Impiego Incompatibilità tutti gli incendi, tranne quelli di classe D (metalli combustibili). Incompatibilità metalli reattivi, come magnesio o alluminio; sostanze piroforiche, quali il fosforo bianco e composti metallorganici; prodotti ossidanti, come clorato o nitrato di sodio; prodotti che contengano nella molecola ossigeno sufficiente alla combustione.

Conclusioni Nella scelta di una sostanza estinguente occorre tenere ben presenti le caratteristiche dei beni da proteggere; la tipologia di ambiente in cui essi si trovano. In ambito museale i beni da proteggere possono essere danneggiati da agenti estinguenti a base d’acqua, polveri e shock termici; le dimensioni e le caratteristiche degli ambienti possono rendere poco efficace l’utilizzo di gas inerti. Sembrano più adatti i fluidi inibitori della combustione

Conclusioni Occorre verificare sempre attentamente la loro compatibilità con i manufatti da proteggere contengono fluoro e cloro Soluzioni alternative impiego di aerosol sistemi di protezione fissa basati su sprinklers Per minimizzare i danni da bagnamento si può ricorrere alla tecnica water mist, con goccioline finissime che vaporizzano molto rapidamente