CORSO DI PROGETTAZIONE E SICUREZZA DEI LUOGHI DI LAVORO PREVENZIONE INCENDI

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1 Università degli Studi di Firenze Facoltà di Ingegneria CORSO DI PROGETTAZIONE E SICUREZZA DEI LUOGHI DI LAVORO PREVENZIONE INCENDI Erica Ciapini AA LEZIONE N

2 TESTO UNICO SICUREZZA LAVORO DLgs 81/2008 Nuovo modo di pensare e costruire la sicurezza Lavoratori Lavoratori: da soggetti passivi a soggetti attivi Obblighi del datore di lavoro Prevenzione i e protezione organizzata e partecipata da tutti i soggetti presenti Obbligo di valutazione dei rischi aziendali Nuove figure Nuovi fattori di rischio (videoterminali, carichi) Obbligo di informazione i e formazione Gestione delle emergenze e rapporti con i vigili del fuoco

3 CAUSE PRODOTTI CHIMICA E FISICA DELL INCENDIO DINAMICA DELL INCENDIO RISCHIO PREVENZIONE INCENDI PREVENZIONE PROTEZIONE CARICO INCENDIO RESISTENZA REAZIONE PROGETTO ANTINCENDIO COMPARTI- MENTAZIONE DISTANZE

4 CHIMICA E FISICA DELL INCENDIO

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6 INCENDIO Rapida ossidazione di materiali con notevole sviluppo di calore, fiamme, fumo e gas caldi Effetti dell'incendio: di Emanazione di energia sotto forma di luce e calore Trasformazione delle sostanze Trasformazione delle sostanze combustibili in altre sostanze più semplici (acqua, anidride carbonica, ossido di carbonio, ecc.)

7 COMBUSTIONE Reazione chimica esotermica sufficientemente rapida tra una sostanza combustibile (riducente) ed una sostanza comburente (ossidante), con sviluppo di energia (fiamma, luce e calore), fumo e gas INCENDIO COMBUSTIONE INCONTROLLATA NB L b ti ò i N.B. La combustione può avvenire anche senza sviluppo di fiamme superficiali

8 TRIANGOLO DEL FUOCO Condizioni necessarie per avere una combustione: combustibile comburente g sorgente di calore O 2

9 FUOCO Combustibile = sostanza solida (es. legno, carbone, carta, fibre), liquida (es. alcool, benzina, gasolio) o gassosa (es. metano, GPL, idrogeno) in grado di bruciare Comburente = sostanza che permette al combustibile di bruciare (O 2 ) Sorgente di calore = fonte di energia affinché il combustibile interagisca con l O lo 2 dell aria (es. fiamma libera, scintilla, resistenza elettrica)

10 COMBUSTIBILE Stato di aggregazione Naturale Artificiale/Sintetico i t Solido Legno Fibre Fossili Antracite Litantrace Lignite Torba Carbone di legna Coke Agglomerati Carta e cartone Fibre tessili Sostanze plastiche Esplosivi Liquido Petrolio grezzo Derivati dal petrolio Catrame Solfuro di carbonio CS 2 Alcool etilico e metilico Acetone C 3 H 6 O Olii Gassoso Idrogeno H 2 Gas naturali Metano CH 4 Etano C 2 H 6 Propano C 3 H 8 Butano C 4 H 10 Aid Acido solfidrico lfidi H 2 S Gas illuminante Acetilene C 2 H 2

11 COMBUSTIONE DI SOSTANZE SOLIDE La combustione delle sostanze solide è caratterizzata dai seguenti parametri: PEZZATURA e FORMA del materiale piccole pezzature e forme irregolari grado di POROSITÀ del materiale elevate porosità ELEMENTI che compongono la sostanza elementi combustibili contenuto di UMIDITÀ nel materiale bassa umidità condizioni di VENTILAZIONE dell ambiente elevata ventilazione i

12 COMBUSTIONE DI LIQUIDI INFIAMMABILI Tutti i liquidi sono in equilibrio con i propri vapori, che si sviluppano in misura differente, a seconda delle condizioni di p e T, sulla superficie di separazione tra pelo libero del liquido e mezzo che lo sovrasta. Nei liquidi infiammabili la combustione avviene quando, in corrispondenza di tale superficie, i vapori dei liquidi, miscelandosi con l O 2 dell aria, in concentrazioni comprese nel campo di infiammabilità, sono opportunamente innescati

13 COMBURENTE Solitamente il comburente è l O 2 contenuto nell aria. Sono possibili incendi di sostanze che contengono nella loro molecola una quantità di O 2 sufficiente a determinare una combustione (es: esplosivi, celluloide) COMPOSIZIONE DELL ARIA SECCA PULITA AZOTO (N 2 ) 78.08% OSSIGENO (O 2 ) 20.95% ARGON (Ar) 0.934% ALTRI COMPONENTI (CO 2, Ne, He, NO, Kr, CH 4, H 2, O 3, ecc.) 0.036% % O 2 velocità di combustione

14 SORGENTI DI INNESCO Accensione diretta: quando una fiamma, una scintilla o altro materiale incandescente entrano in contatto con un materiale combustibile (taglio, saldatura, sigarette, resistenze elettriche, scariche statiche) Accensione indiretta: quando il calore viene fornito per conduzione, convezione o irraggiamento termico (propagazione di calore attraverso elementi metallici strutturali, correnti di aria calda) Attrito: quando il calore è prodotto da sfregamento di due materiali (parti meccaniche rotanti, rottura violenta metalli) Autocombustione o riscaldamento spontaneo: lenti processi di ossidazione, azione biologica, decomposizioni esotermiche anaerobiche (cumuli di carbone, fieno umido, stracci imbevuti di olio, fermentazione vegetale)

15 SPEGNIMENTO INCENDIO Per ottenere lo spegnimento dell incendio: Esaurimento del combustibile: allontanamento o separazione della sostanza combustibile dal focolaio d incendio Soffocamento: separazione del comburente dal combustibile o riduzione della concentrazione di comburente in aria Raffreddamento: sottrazione di calore fino ad ottenere una temperatura t inferiore i a quella necessaria al mantenimento della combustione

16 SOSTANZE ESTINGUENTI

17 PRODOTTI DI COMBUSTIONE Gas di combustione Fiamme Fumi Calore

18 GAS DERIVANTI DALL INCENDIO GAS DI COMBUSTIONE + GAS DI PIROLISI Prodotti della combustione che rimangono allo stato gassoso anche a T ambiente ( 15 C) La produzione di tali gas dipende: - dal tipo di combustibile - dalla % di O 2 presente - dalla T raggiunta nell incendio Nella maggior parte dei casi, la mortalità per incendio è da attribuire all inalazione di questi gas, che producono danni biologici i i per anossia o per tossicità ità

19 GAS DI COMBUSTIONE MONOSSIDO DI CARBONIO (CO) Si forma in carenza di O 2 (ambienti con ventilazione limitata) e fin dalle prime fasi della combustione Incolore, inodore, insapore, tossico Grande affinità con Hb (carrier di O 2 nel sangue) (CO si lega meglio al Fe della Hb rispetto al O 2 ) COHb ischemia tissutale [CO]=1% svenimento (sec), exitus (min) Infiammabile e facilmente esplodibile Sindrome: cefalea, capogiro, vomito, nausea, ronzio auricolare, sudorazione, malessere generalizzato

20 GAS DI COMBUSTIONE BIOSSIDO DI CARBONIO (CO 2 ) Sempre presente in abbondante quantità in un incendio Incolore, inodore, soffocante [CO 2 ]= 3% tachipnea (~ 48 resp/min) [CO 2 ]= 5% limite it di respirabilità ([O 2 ] 16%) [CO 2 ]= 10% letale (min) Sindrome: cefalea, capogiro, ronzio auricolare, tachidispnea, sincope, sonnolenza, cianosi

21 FIAMME Sono dovute a particelle incandescenti sviluppatesi in un incendio, capaci di emettere luce più o meno colorata Legame tra colore della fiamma e T raggiunta nella combustione Colore della fiamma Temperatura ( C) Rosso nascente 525 Rosso scuro 700 Rosso ciliegia 900 Giallo scuro 1100 Giallo chiaro 1200 Bianco 1300 Bianco abbagliante 1500

22 FUMI indicano la presenza di incendio a grandi distanze sono irritanti per le mucose di occhi e vie respiratorie, anche a T < 50 C sono formati da piccolissime particelle solide (aerosol) + liquide (nebbie o vapori condensati) particelle solide = sostanze incombuste = si formano in carenza di O 2 ceneri = residui di combustione costituiti da ossidi metallici e da sali inorganici vengono trascinate dai gas caldi, prodotti dalla combustione impediscono la visibilità, ostacolando l attività dei soccorritori e l esodo delle persone ( tempi di esposizione) rendono il fumo di colore scuro particelle liquide = nebbie o vapori condensati = costituiti iti da vapore acqueo, che sotto 100 C condensa rendono il fumo di color bianco

23 FUMI

24 CALORE Causa principale di propagazione degli incendi Realizza l aumento della T di tutti i materiali + corpi esposti, provocandone il danneggiamento fino alla distruzione E' dannoso per l'uomo, potendo causare: disidratazione dei tessuti difficoltà o blocco della respirazione scottature T aria ~ 150 C = massima sopportabile sulla pelle per brevissimo tempo, a condizione che l aria sia sufficientemente secca. T aria ~ 60 C = massima respirabile per breve tempo

25 CALORE L irraggiamento genera ustioni sull organismo umano, che possono essere classificate a seconda della loro profondità in: ustioni di I grado: superficiali e facilmente guaribili (eritema), zona calda, arrossata, umida, dolorante ustioni di II grado: formazione di bolle e vescicole con siero (infezioni), consultazione struttura sanitaria ustioni di III grado: lesioni profonde e dolorose (necrosi cutanea) urgente ospedalizzazione ustioni di IV grado: distruzione tissutale Se ustioni > 1/3 superficie corporea: decesso per infezione

26 COMBUSTIONE: PARAMETRI FISICI La combustione è caratterizzata da numerosi parametri fisici e chimici, tra cui: Temperatura di accensione Temperatura di infiammabilità Limiti di infiammabilità Potere calorifico

27 TEMPERATURA DI ACCENSIONE O DI AUTOACCENSIONE ( C) - ignition iti point Minima T alla quale la miscela combustibile (solido, liquido, gassoso) - comburente inizia a bruciare spontaneamente, in modo continuo, senza ulteriore apporto di calore o di energia dall esterno esterno. SOSTANZE Temperatura di accensione ( C) (atmosfere normo-ossigenate) acetone 540 benzina 250 gasolio 220 idrogeno 560 alcool metilico 455 carta 230 legno gomma sintetica 300 metano 537 % O 2 energia di innesco T acc pericolosità

28 TEMPERATURA DI INFIAMMABILITÀ ( C) - flash point - Minima T alla quale i liquidi combustibili emettono vapori in quantità tali da formare una miscela esplosiva con l aria, in caso di innesco (indice del grado di pericolosità). SOSTANZE Temperatura di infiammabilità ( C) gasolio 65 acetone -18 benzina -20 alcool metilico 11 alcool etilico 13 toluolo 4 olio lubrificante 149 Ogni combustibile ha la propria T di infiammabilità

29 LIMITI DI INFIAMMABILITÀ (% in volume) Individuano il campo di infiammabilità all interno del quale si ha, in caso d innesco, l accensione e la propagazione della fiamma nella miscela. - LIMITE INFERIORE DI INFIAMMABILITÀ: la più bassa concentrazione in volume di vapore della miscela al di sotto della quale non si ha accensione in presenza di innesco per carenza di combustibile - LIMITE SUPERIORE DI INFIAMMABILITÀ: la più alta concentrazione in volume di vapore della miscela al di sopra della quale non si ha accensione in presenza di innesco per eccesso di combustibile

30 SOSTANZE Campo di infiammabilità ( % in volume) limite inferiore limite superiore acetone 2,5 13 ammoniaca benzina 1 6,5 gasolio 06 0,6 65 6,5 idrogeno 4 75,6 metano 5 15 L inf inf Campo di infiammabilità L sup inf Combustione assente Combustione magra Combustione ottimale Combustione assente Combustione grassa Massima energia di Massima energia di accensione Minima energia di accensione accensione

31 POTERE CALORIFICO o CALORE DI COMBUSTIONE (MJ/Kg, MJ/mc, Kcal/Kg) Quantità di calore (misurata in Kcal o MJ) prodotta dalla combustione completa, dell unità di massa o di volume, di una determinata sostanza combustibile, a pressione costante di 1 Atm E utile per il calcolo del carico d incendio Si misura mediante calorimetri Dipende dal contenuto di umidità: tutti i combustibili possono contenere umidità (acqua di vegetazione o umidità igroscopica); nella combustione parte dell energia energia termica viene spesa per l evaporazione, con influenza sulla velocità di combustione Nella combustione l evaporazione di 1 kg di acqua consuma 2.44 MJ % umidità potere calorifico

32 POTERE CALORIFICO - POTERE CALORIFICO SUPERIORE: quantità di calore sviluppata dalla combustione completa, a p atmosferica costante, dell unità di massa o di volume del combustibile, includendo il calore di condensazione del vapore d acqua prodotto dall ossidazione dell idrogeno. - POTERE CALORIFICO INFERIORE: quantità di calore sviluppata dalla combustione completa, a p atmosferica costante, dell unità di massa o di volume del combustibile, trascurando il calore di condensazione del vapore d acqua. Nella P.I. si lavora sempre con il potere calorifico inferiore

33 POTERE CALORIFICO POTERE CALORIFICO MJ/kg INFERIORE kcal/kg legno anidro alcool etilico carbone da legna polietilene gasolio benzina propano idrogeno Caloria = quantità di calore necessaria ad elevare da 14,5 C a 15,5 C la T della massa di 1 gr di acqua distillata a livello del mare, a pressione di 1 Atm 1 cal = 4,1868 J 1 J = 0,2389 cal 1 MJ Kcal

34 DINAMICA DELL INCENDIO REALE 1. FASE DI IGNIZIONE O INNESCO 2. FASE DI PROPAGAZIONE O SVILUPPO 3. INCENDIO GENERALIZZATO (FLASH OVER) 4. FASE DI ESTINZIONE E RAFFREDDAMENTO TEMPERATURA (flash-over) ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO

35 TEMPERATURA (flash-over) FASE DI IGNIZIONE ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO Gran parte del calore prodotto viene assorbito dai materiali circostanti (combustibili ed incombustibili) I prodotti della combustione sono poco percepibili (fiamme efumi) I tempi di propagazione sono molto lunghi: 1. evaporazione a o e dell umidità d contenuta nei solidi (essiccazione) o e) 2. demolizione termica dei materiali coinvolti con rottura dei legami molecolari (pirolisi) 3. erogazione di consistenti quantità di energia termica a T = 100 C 4. rilascio di vapori e gas caldi 5. formazione di residui solidi (carbone) e liquidi (catrami)

36 FASE DI PROPAGAZIONE L incendio si propaga agli oggetti adiacenti Aumento della partecipazione e alla aacombustione o di solidi e liquidi Le fiamme raggiungono g il soffitto, dove si accumulano gas e fumi caldi Riduzione della visibilità per i fumi di combustione Produzione di gas tossici e corrosivi Aumento dell energia di irraggiamento Aumento rapido delle T TEMPERATURA (flash-over) ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO

37 FASE DI ACCENSIONE FASE DI IGNIZIONE + FASE DI PROPAGAZIONE Durata: 20 min circa Regime di grande instabilità T = 100 C dopo min - rottura dei vetri - velocità di combustione kg/min TEMPERATURA (flash-over) ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO

38 FLASH OVER (embrasement) Inizio dell incendio generalizzato Raggiungimento rapido di T C Autocombustione simultanea di tutti i materiali Favorito dall effetto camino TEMPERATURA (flash-over) ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO

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40 INCENDIO GENERALIZZATO Combustione costante (combustione attiva) Brusco incremento della T Raggiungimento della T acc di tutti i materiali combustibili presenti Autoaccensione dei combustibili vicini al focolaio Riscaldamento progressivo dei combustibili più lontani Crescita esponenziale della v di combustione (15 16 kg/min) Rilascio di prodotti di piroscissione infiammabili e loro accensione (autoregolazione dell incendio + stazionarietà del fenomeno) Forte aumento di emissioni di gas e di particelle incandescenti, loro espansione e trasporto orizzontale / ascensionale (zone di turbolenze) Potenza termica generata: 60% trasportata con i gas di scarico (convezione) 30% accumulata nelle strutture (conduzione) 10% irradiata attraverso le aperture (irraggiamento) TEMPERATURA (flash-over) ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO

41 ESTINZIONE E RAFFREDDAMENTO Inizia dopo l interessamento di tutto il materiale combustibile Diminuzione delle T nel locale (< T acc ) Diminuzione progressiva della produzione di energia Diminuzione dell apporto termico residuo Dissipazione di calore nell ambiente attraverso: fumi e gas caldi (convezione) pareti (conduzione) aperture (irraggiamento) Effetti termici sulle strutture ancora considerevoli Termine della fase per T<300 C TEMPERATURA (flash-over) ignizione propagazione incendio generalizzato estinzione TEMPO

42 EFFETTI DELL INCENDIO SULLE STRUTTURE L aumento di T comporta gravi pericoli per gli elementi strutturali riduzione di resistenza (limiti di rottura) riduzione del modulo elastico E diminuzione della loro capacità portante possibilità di fenomeni di instabilità

43 STRUTTURE DANNEGGATE

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