La propagazione delle fiamme

Ing. Enrico Alberghini

PROPAGAZIONE DELLE FIAMME Il ritmo di crescita dell’incendio dipende da quanto

rapidamente può propagarsi la fiamma dal punto d’innesco per coinvolgere un’area sempre crescente di combustibili.

In un ambiente confinato, l’incendio pienamente sviluppato richiede una crescita dell’incendio oltre una certa dimensione critica [alte temperature (>600oC) alla quota del soffitto].

La propagazione della fiamma (e le sue caratteristiche) su singoli oggetti è un elemento basilare nella crescita dell’incendio.

La propagazione della fiamma può essere considerata come un fronte d’ignizione che avanza.

Il fronte di fiamma agisce sia come sorgente di calore (facendo salire la T del combustibile oltre il firepoint) sia come sorgente d’accensione pilotata.

La velocità di propagazione dipende da

NB: alcuni autori si riferiscono a velocità di fiamme premiscelate quando parlano di velocità di combustione (SFPE Handbook 1995) (velocità di fiamma sono 7-8 maggiori delle velocità di combustione).

La propagazione di fiamma incontrollata nei gas è molto rapida e provoca esplosioni.

Combustibili liquidi

Lo strato superiore del liquido è preriscaldato dall’avanzare del fronte di fiamma.

Gradienti di temperatura (ed effetti di tensione superficiale) causano moti vorticosi sotto la superficie del liquido propagando e rimescolando lo strato caldo.

Moto del liquido accompagnato dall’avanzamento della fiamma

Il fronte di fiamma è bluastro (combustione premiscelata) pulsante o a"flash"

T compresa tra flashpoint & firepoint

Una fiamma di transizione rapidamente crescente è seguita da una combustione pienamente sviluppata.

Quanto detto prima vale per liquidi al di sotto del flashpoint.

Se un liquido è sopra il firepoint allora la propagazione avviene in una miscela aria/vapore.

Combustibili solidi

Orientamento della superficie e direzione di propagazione

Spessore

Come per l’ignizione, la trasmissione del calore dalla superficie all’interno influenza molto il processo. Se il combustibile è termicamente sottile, si ha un rapido riscaldamento.

Densità, capacità termica e conduttività termica

L’evidenza teorica e sperimentale suggerisce che

per combustibili “sottili”

per combustibili “spessi”

per i solidi

Ossia la propagazione di fiamma è molto sensibile alla densità del combustibile in materiali a bassa densità (p. es. in materie plastiche espanse la fiamma si propaga molto rapidamente)è sufficiente riscaldare una piccola massa di materiale.

Effetti secondari: porosità e finitura superficiale.

1V

C

21

k V

1V

k C

Geometria dell’elemento:

(a) larghezza

La larghezza ha effetto piccolo o trascurabile sulla propagazione verso il basso.

Purché l’effetto degli spigoli non sia dominante Per la combustione in senso verticale la larghezza è

importante Strisce di tessuto di cotone appese

La velocità V è proporzionale alla radice quadrata della larghezza

difficoltà ad escogitare adeguati test in piccola scala per il comportamento al fuoco dei tessuti.

Propagazione più rapida in presenza di uno spigolo o in un angolo rispetto ad una superficie piana.

P.es. propagazione verso il basso allo spigolo di cunei in funzione di

Più stretto è l’angolo, meglio si approssima il comportamento di combustibile sottile (allo spigolo)

Vel. minima per = 180o

per >180° (spigolo concavo) la propagazione è incrementata dall’irraggiamento mutuo.

Geometria dell’elemento: b) Presenza di spigoli.

Effetti ambientali

(a) Composizione dell’atmosfera In un’atmosfera arricchita d’ossigeno

(b) temperatura del combustibile Maggiore è la temp. iniziale To, meno calore si richiede per far

raggiungere al combustibile il firepoint

Per combustibili sottili (appross.)

Per combustibili spessi (appross.)

Tp è la minima T in cui si verifica la decomposizione.

1

p oV

T T

21

p o

VT T

Variazione della velocità di propagaz. della fiamma su provini orizzontali di PMMA al variare della pressione di miscele ossigeno+azoto. 46% 62% 100% (The Combustion Institute from McAlevy and Magee, 1969) .

(c) Flusso termico radiante imposto Un flusso termico radiante esterno aumenta la vel. di propag. per

• preriscaldamento del combustibile davanti alla fiamma

• addizionale trasmissione del calore in avanti dovuta a maggiori T di fiamma.

Livelli relativamente bassi possono produrre effetti misurabili p. es. un flusso radiante 3 - 4 volte quello del sole d’estate sul

cielo della Gran Bretagna aumenterà V di 70% Effetto molto importante negli incendi in ambienti confinati.

(d) pressione atmosferica alta P atmosfera arricchita di O2

( ).2

160oP mm Hg

(e) Vento Il moto dell’aria aumenta la velocità di propagazione della

fiamma