Università degli Studi di FirenzeFacoltà di Ingegneria

CORSO DI PROGETTAZIONE E SICUREZZA DEI LUOGHI DI LAVORO

PREVENZIONE INCENDI

Erica CiapiniErica Ciapini

AA 2012-13 LEZIONE N.1 13-11-2012

TESTO UNICO SICUREZZA LAVORODL 81/2008DLgs 81/2008

Nuovo modo di pensare e costruire la sicurezzaNuovo modo di pensare e costruire la sicurezza

LavoratoriLavoratori: da soggetti passivi a soggetti attivida soggetti passivi a soggetti attiviLavoratoriLavoratori: da soggetti passivi a soggetti attivida soggetti passivi a soggetti attivi

ObblighiObblighi del datore di lavorodel datore di lavoro

P i t i i tP i t i i tPrevenzione e protezione organizzataPrevenzione e protezione organizzata

e partecipata da tutti i soggetti presentie partecipata da tutti i soggetti presenti

Obbligo di valutazione dei rischi aziendaliObbligo di valutazione dei rischi aziendali

Nuove figureNuove figureNuove figureNuove figure

Nuovi fattori di rischio (videoterminali, carichi)Nuovi fattori di rischio (videoterminali, carichi)

Obbli di i f i f iObbli di i f i f iObbligo di informazione e formazioneObbligo di informazione e formazione

Gestione delle emergenze e rapporti con i vigili del fuocoGestione delle emergenze e rapporti con i vigili del fuoco

CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO

CAUSEDINAMICA

DELL’INCENDIOPRODOTTIPRODOTTI

PREVENZIONERISCHIOPREVENZIONEPREVENZIONE

INCENDIRISCHIOPROTEZIONE

CARICO INCENDIO COMPARTI

PROGETTO ANTINCENDIO

INCENDIO

RESISTENZA

COMPARTI-MENTAZIONE

DISTANZEREAZIONE

DISTANZE

CHIMICA E FISICA DELL’INCENDIO

INCENDIORapida ossidazione di materiali con notevole

INCENDIORapida ossidazione di materiali con notevole sviluppo di calore, fiamme, fumo e gas caldi

Eff tti d ll'i diEffetti dell'incendio:

Emanazione di energia sottogforma di luce e calore

Trasformazione delle sostanze Trasformazione delle sostanzecombustibili in altre sostanze più semplici (acqua, anidride carbonica, (ossido di carbonio, ecc.)

COMBUSTIONECOMBUSTIONEReazione chimica esotermica sufficientemente rapidaReazione chimica esotermica sufficientemente rapida

tra una sostanza combustibile (riducente) ed una sostanza comburente (ossidante) con sviluppo disostanza comburente (ossidante), con sviluppo di

energia (fiamma, luce e calore), fumo e gas

INCENDIO COMBUSTIONE INCONTROLLATA

N B L b ti ò iN.B. La combustione può avvenire anche senza sviluppo di fiamme superficiali

TRIANGOLO DEL FUOCOCondizioni necessarie per avere una combustione:p

combustibile

OO22 comburente sorgente di calore OO22g

FUOCOFUOCO

• Combustibile = sostanza solida (es. legno,carbone carta fibre) liquida (es alcool benzinacarbone, carta, fibre), liquida (es. alcool, benzina,gasolio) o gassosa (es. metano, GPL, idrogeno)in grado di bruciarein grado di bruciare

• Comburente = sostanza che permette al• Comburente = sostanza che permette alcombustibile di bruciare (O2)

• Sorgente di calore = fonte di energia affinché ilcombustibile interagisca con l’O dell’aria (escombustibile interagisca con l O2 dell aria (es.fiamma libera, scintilla, resistenza elettrica)

COMBUSTIBILEStato di N t l A tifi i l /Si t ti

COMBUSTIBILES

aggregazione Naturale Artificiale/Sintetico

Legno Fibre

Carbone di legna

Coke

SSoolliiddoo Fossili

Antracite Litantrace Lignite Torba

CokeAgglomerati Carta e cartone Fibre tessili Sostanze plastiche EsplosiviEsplosivi

LLiiqquuiiddoo Petrolio grezzo

Derivati dal petrolio Catrame Solfuro di carbonio CS2 Alcool etilico e metilicoLLiiqquuiiddoo g Alcool etilico e metilicoAcetone C3H6O Olii

Idrogeno H2 G t li

GGaassssoossoo Gas naturaliMetano CH4 Etano C2H6 Propano C3H8 Butano C4H10 A id lfid i H S

Gas illuminante Acetilene C2H2

Acido solfidrico H2S

COMBUSTIONE DI SOSTANZE SOLIDE

La combustione delle sostanze solide è caratterizzata dai seguenti parametri:

PEZZATURA e FORMA del materiale PEZZATURA e FORMA del materiale → piccole pezzature e forme irregolari grado di POROSITÀ del materiale grado di POROSITÀ del materiale → elevate porosità ELEMENTI che compongono la sostanza p g→ elementi combustibili contenuto di UMIDITÀ nel materiale → bassa umidità condizioni di VENTILAZIONE dell’ambiente

l t til i→ elevata ventilazione

COMBUSTIONE DI LIQUIDI INFIAMMABILI

Tutti i liquidi sono in equilibrio con i propri vapori, che sisviluppano in misura differente, a seconda delle condizioni di pe T, sulla superficie di separazione tra pelo libero del liquido emezzo che lo sovrastamezzo che lo sovrasta.

Nei liquidi infiammabili lacombustione avviene quando, in corrispondenza ditale superficie, i vapori deiliquidi, miscelandosi conq ,l’O2 dell’aria, in concentrazioni comprese nel campo di infiammabilità, sono opportunamente innescatisono opportunamente innescati

COMBURENTESolitamente il comburente è l’O2 contenuto nell’aria.Sono possibili incendi di sostanze che contengono nella loromolecola una quantità di O2 sufficiente a determinare unacombustione (es: esplosivi, celluloide)

COMPOSIZIONE DELL’ARIA SECCA “PULITA”AZOTO (N2) 78.08%

OSSIGENO (O2) 20.95%

ARGON (Ar) 0.934%

ALTRI COMPONENTIALTRI COMPONENTI (CO2, Ne, He, NO, Kr, CH4, H2, O3, ecc.)

0.036%

% O2 velocità di combustione

SORGENTI DI INNESCO• Accensione diretta: quando una fiamma, una scintilla o

altro materiale incandescente entrano in contatto con unaltro materiale incandescente entrano in contatto con unmateriale combustibile (taglio, saldatura, sigarette,resistenze elettriche, scariche statiche)

• Accensione indiretta: quando il calore viene fornito perconduzione, convezione o irraggiamento termico(propagazione di calore attraverso elementi metallici(propagazione di calore attraverso elementi metallicistrutturali, correnti di aria calda)

Att it d il l è d tt d f t di d• Attrito: quando il calore è prodotto da sfregamento di duemateriali (parti meccaniche rotanti, rottura violenta metalli)

• Autocombustione o riscaldamento spontaneo: lentiprocessi di ossidazione, azione biologica, decomposizioniesotermiche anaerobiche (cumuli di carbone, fieno umido,stracci imbevuti di olio, fermentazione vegetale)

SPEGNIMENTO INCENDIOPer ottenere lo spegnimento dell’incendio:

Esaurimento del combustibile:allontanamento o separazione dellasostanza combustibile dal focolaiod’incendio

Soffocamento:separazione del comburente dalseparazione del comburente dalcombustibile o riduzione dellaconcentrazione di comburente in aria

Raffreddamento:sottrazione di calore fino ad ottenere unat t i f i ll itemperatura inferiore a quella necessaria al mantenimento della combustione

SOSTANZE ESTINGUENTISOSTANZE ESTINGUENTI

PRODOTTI DI COMBUSTIONE

• Gas di combustioneGas di combustione• Fiamme

F i• Fumi• Calore

GAS DERIVANTI DALL’INCENDIOGAS DI COMBUSTIONE + GAS DI PIROLISI

Prodotti della combustione che rimangono allo statogassoso anche a T ambiente (≈ 15°C)

La produzione di tali gas dipende:- dal tipo di combustibile- dal tipo di combustibile- dalla % di O2 presente- dalla T raggiunta nell’incendio

Nella maggior parte dei casi laNella maggior parte dei casi, lamortalità per incendio è da attribuireall’inalazione di questi gas, che produconod i bi l i i i t i itàdanni biologici per anossia o per tossicità

GAS DI COMBUSTIONEGAS DI COMBUSTIONE

MONOSSIDO DI CARBONIO (CO)• Si forma in carenza di O2 (ambienti con ventilazione

limitata) e fin dalle prime fasi della combustione• Incolore inodore insapore tossico• Incolore, inodore, insapore, tossico• Grande affinità con Hb (carrier di O2 nel sangue)

(CO si lega meglio al Fe della Hb rispetto al O ) (CO si lega meglio al Fe della Hb rispetto al O2 ) COHb ischemia tissutale

• [CO]=1% svenimento (sec) exitus (min)• [CO]=1% svenimento (sec), exitus (min)• Infiammabile e facilmente esplodibile• Sindrome: cefalea capogiro vomito nausea ronzio• Sindrome: cefalea, capogiro, vomito, nausea, ronzio

auricolare, sudorazione, malessere generalizzato

GAS DI COMBUSTIONE

BIOSSIDO DI CARBONIO (CO )BIOSSIDO DI CARBONIO (CO2)• Sempre presente in abbondante quantità in un incendio

I l i d ff t• Incolore, inodore, soffocante• [CO2]= 3% tachipnea (~ 48 resp/min)

[CO ] 5% li it di i bilità ([O ] ≤ 16%)• [CO2]= 5% limite di respirabilità ([O2] ≤ 16%)• [CO2]= 10% letale (min)

Sindrome: cefalea capogiro ronzio auricolare tachi• Sindrome: cefalea, capogiro, ronzio auricolare, tachi-dispnea, sincope, sonnolenza, cianosi

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

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• sono formati da piccolissime particelle solide (aerosol) + liquide (nebbie o vapori condensati)

particelle solide = sostanze incombuste = si formano in carenza di O2 ceneri = residui di combustione costituiti da ossidi metallici e da sali inorganici vengono trascinate dai gas caldi, prodotti dalla combustionecombustione impediscono la visibilità, ostacolando l’attività dei soccorritori e l’esodo delle persone (↑ tempi di esposizione) rendono il fumo di colore scuro rendono il fumo di colore scuro

particelle liquide = bbi i d ti tit iti d nebbie o vapori condensati = costituiti da vapore acqueo, che sotto 100°C condensa rendono il fumo di color bianco

FUMI

CALORECausa 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 scottaturescottature

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

CALOREL’irraggiamento genera ustioni sull’organismo umano, che possono essere classificate a seconda della loro profondità in:p

ustioni di I grado: superficiali e facilmente guaribili (eritema), zona calda,arrossata, umida, dolorantearrossata, 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)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

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

TEMPERATURA DI ACCENSIONE O DI AUTOACCENSIONE (°C) i iti i tAUTOACCENSIONE (°C) - ignition point

Minima T alla quale la miscela combustibile (solido, liquido,gassoso) - comburente inizia a bruciare spontaneamente, inmodo continuo, senza ulteriore apporto di calore o di energiadall’esternodall esterno.

SOSTANZE Temperatura di accensione (°C)(atmosfere normo-ossigenate)

acetone 540benzina 250 gasolio 220 idrogeno 560alcool metilico 455 carta 230 legno 220-250gomma sintetica 300 metano 537

% O2 energia di innesco Tacc pericolosità

TEMPERATURA DI INFIAMMABILITÀ (°C)- flash point -

Minima T alla quale i liquidi combustibili emettono vaporiin quantità tali da formare una miscela esplosiva conl’ i i di i (i di d l d dil’aria, in caso di innesco (indice del grado dipericolosità).

SOSTANZE Temperatura di infiammabilità(°C)

gasolio 65gacetone -18 benzina -20 alcool metilico 11alcool metilico 11alcool etilico 13 toluolo 4 olio lubrificante 149

Ogni combustibile ha la propria T di infiammabilità

LIMITI DI INFIAMMABILITÀ (% in volume)( )

Individuano il campo di infiammabilità all’interno del quale si ha, inp q ,caso d’innesco, l’accensione e la propagazione della fiamma nellamiscela.

LIMITE INFERIORE DI INFIAMMABILITÀ- LIMITE INFERIORE DI INFIAMMABILITÀ:la più bassa concentrazione in volume di vapore della miscela al disotto della quale non si ha accensione in presenza di innesco percarenza di combustibile

- LIMITE SUPERIORE DI INFIAMMABILITÀ:LIMITE SUPERIORE DI INFIAMMABILITÀ:la più alta concentrazione in volume di vapore della miscela al disopra della quale non si ha accensione in presenza di innesco pereccesso di combustibileeccesso di combustibile

SOSTANZE Campo di infiammabilità ( % in volume) limite inferiore limite superiore

acetone 2,5 13ammoniaca 15 18 benzina 1 6,5

li 0 6 6 5gasolio 0,6 6,5idrogeno 4 75,6 metano 5 15

Campo di infiammabilità Lsup infLinf inf

Combustione Combustione

Combustione magra

Combustione ottimale

Combustione grassa

Combustione assente

Combustione assente

g g

M i i di M i i diMinima energia di

accensione

Massima energia di accensione

Massima energia di accensione

POTERE CALORIFICO o CALORE DI COMBUSTIONECALORE DI COMBUSTIONE

(MJ/Kg, MJ/mc, Kcal/Kg)

Quantità di calore (misurata in Kcal o MJ) prodotta dallacombustione completa, dell’unità di massa o di volume, di unadeterminata sostanza combustibile a pressione costante di 1 Atmdeterminata 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 termica viene spesa pernella combustione parte dell energia termica viene spesa perl’evaporazione, con influenza sulla velocità di combustione

Nella combustione l’evaporazione di 1 kg di acqua consuma 2.44 MJ

% umidità potere calorifico

POTERE CALORIFICOPOTERE CALORIFICO

- POTERE CALORIFICO SUPERIORE: quantità di calore sviluppatadalla combustione completa, a p atmosferica costante, dell’unità dimassa o di volume del combustibile includendo il calore dimassa o di volume del combustibile, includendo il calore dicondensazione del vapore d’acqua prodotto dall’ossidazionedell’idrogeno.

- POTERE CALORIFICO INFERIORE: quantità di calore sviluppatadalla combustione completa a p atmosferica costante dell’unità didalla combustione completa, a p atmosferica costante, dell unità dimassa o di volume del combustibile, trascurando il calore dicondensazione del vapore d’acqua.

Nella P.I. si lavora sempre con il potere calorifico inferiore

POTERE CALORIFICO

POTERE CALORIFICO

INFERIOREMJ/kg kcal/kg

Caloria = quantità di calorenecessaria ad elevare da14,5 °C a 15,5 °C la T

MJ/kg kcal/kg

legno anidro 18.5 4419

alcool etilico 25-27 5971-6449

b d l 30 34 7165 8121 della massa di 1 gr diacqua distillata a livello delmare, a pressione di 1 Atm

carbone da legna 30-34 7165-8121

polietilene 35-45 8360-10748

gasolio 41 9793

benzina 42 10032

propano 46 10967

idrogeno 120-140 28662-33438

1 cal = 4,1868 J 1 J = 0,2389 cal → 1 MJ ≈ 238.85 Kcal

DINAMICA DELL’INCENDIO REALE1. FASE DI IGNIZIONE O INNESCO2 FASE DI PROPAGAZIONE O SVILUPPO2. FASE DI PROPAGAZIONE O SVILUPPO3. INCENDIO GENERALIZZATO (FLASH OVER)4. FASE DI ESTINZIONE E RAFFREDDAMENTO

TEMPERATURATEMPERATURA

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

TEMPOTEMPOignizione propagazione incendio

generalizzato estinzione

TEMPOTEMPO

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

FASE DI IGNIZIONEignizione propagazione incendio

generalizzato estinzione

TEMPOTEMPO

• Gran parte del calore prodotto viene assorbito dai materialicircostanti (combustibili ed incombustibili)( )

• I prodotti della combustione sono poco percepibili (fiammee fumi)

• I tempi di propagazione sono molto lunghi:

1. evaporazione dell’umidità contenuta nei solidi (essiccazione)e apo a o e de u d tà co te uta e so d (ess cca 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 caldi4. rilascio di vapori e gas caldi

5. formazione di residui solidi (carbone) e liquidi (catrami)

FASE DI PROPAGAZIONE• L’incendio si propaga agli oggetti adiacenti• Aumento della partecipazione alla combustione di solidiu e to de a pa tec pa o e a a co bust o e d so d

e liquidi• Le fiamme raggiungono il soffitto, dove si accumulanogg g

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

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

ignizione propagazione incendiogeneralizzato estinzione

TEMPOTEMPO

FASE DI ACCENSIONEFASE DI ACCENSIONE

FASE DI IGNIZIONE FASE DI PROPAGAZIONE+• Durata: 20 min circa• Regime di grande instabilitàg g• T = 100° C dopo 10-12 min

- rottura dei vetrirottura dei vetri

- velocità di combustione 0.5 ÷ 1 kg/min

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

ignizione propagazione incendiogeneralizzato estinzione

TEMPOTEMPO

FLASH OVERFLASH OVER (embrasement)

• Inizio dell’incendio generalizzatoInizio dell incendio generalizzato• Raggiungimento rapido di T 600°-1000° C• Autocombustione simultanea di tutti i materiali• Favorito dall’effetto camino

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

ignizione propagazione incendiogeneralizzato estinzione

TEMPOTEMPO

INCENDIO GENERALIZZATO• Combustione costante (combustione attiva)• Brusco incremento della T• Brusco incremento della T• Raggiungimento della Tacc 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 loroForte aumento di emissioni di gas e di particelle incandescenti, loro

espansione e trasporto orizzontale / ascensionale (zone di turbolenze)• Potenza termica generata:

TEMPERATURATEMPERATURA

60% trasportata con i gas di scarico (convezione)30% accumulata nelle strutture (conduzione)10% irradiata attraverso le aperture (irraggiamento)

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

10% irradiata attraverso le aperture (irraggiamento)

ignizione propagazione incendiogeneralizzato estinzione

TEMPOTEMPO

ESTINZIONE E RAFFREDDAMENTOESTINZIONE E RAFFREDDAMENTO

• Inizia dopo l’interessamento di tutto il materiale combustibileInizia dopo l interessamento di tutto il materiale combustibile• Diminuzione delle T nel locale (< Tacc)• Diminuzione progressiva della produzione di energia• Diminuzione dell’apporto termico residuo• Dissipazione di calore nell’ambiente attraverso:

f i ldi ( i )• fumi e gas caldi (convezione)• pareti (conduzione)• aperture (irraggiamento)

• Effetti termici sulle strutture ancora considerevoli• Termine della fase per T < 300° C

TEMPERATURATEMPERATURA

(flash-over)

TEMPERATURATEMPERATURA

ignizione propagazione incendiogeneralizzato estinzione

TEMPOTEMPO

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

STRUTTURE DANNEGGATE