Appunti Antincendio Impianti ospedalieri 2

55. Prevenzione Incendi e Chimica della Combustione

1. Quadro Normativo e Obiettivi della Prevenzione

Il Decreto Legislativo 8 marzo 2006, n. 139 disciplina il riassetto delle disposizioni relative alle

funzioni e ai compiti del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco. Ai sensi della normativa, la

prevenzione incendi è definita come una funzione di preminente interesse pubblico finalizzata a

conseguire, con criteri applicativi uniformi sul territorio nazionale, i seguenti obiettivi:

 Sicurezza della vita umana e incolumità delle persone.

 Tutela dei beni e dell'ambiente.

Tali scopi vengono perseguiti attraverso la promozione, lo studio, la predisposizione e la

sperimentazione di norme, misure, provvedimenti e modalità di azione atti a prevenire l'insorgenza

di un incendio o a limitarne le conseguenze.

Gli obiettivi si dividono in:

 Sicurezza primaria: focalizzata sulla salvaguardia dell'incolumità delle persone.

 Sicurezza secondaria: mirata alla riduzione delle perdite materiali e all'ottimizzazione del bilancio

economico mediante analisi costi-benefici.

Misure di Prevenzione e Protezione

Il perseguimento della sicurezza primaria e secondaria avviene attraverso due tipologie di

interventi:

1. Misure di prevenzione: finalizzate a limitare l'insorgenza dell'incendio. Si basano sulla

conoscenza approfondita delle cause di innesco e della dinamica del fenomeno.

2. Misure di protezione: dedicate a mitigare le conseguenze di un incendio già in atto. Si

suddividono a loro volta in:

Protezione passiva: riguarda le caratteristiche strutturali e costruttive dell'edificio (es.

o resistenza al fuoco dei materiali, compartimentazione).

Protezione attiva: presuppone l'intervento di un impianto automatico o di un operatore (es.

o sistemi di estinzione, idranti, formazione del personale, uso di estintori).

Le cause di incendio più comuni includono: stoccaggio e manipolazione non idonea di sostanze

infiammabili, accumulo di sostanze combustibili, negligenza nell'uso di fiamme libere o apparecchi

generatori di calore, carenza di manutenzione e pulizia delle apparecchiature, difetti degli impianti

elettrici, ostruzione delle vie di ventilazione e il fumo di sigaretta.

2. Il Fenomeno della Combustione e l'Incendio

La combustione è una reazione chimica di ossidazione rapida tra una sostanza combustibile e

una sostanza comburente (tipicamente l'ossigeno presente nell'aria), accompagnata da sviluppo di

calore, fiamme, fumo e luce.

L'incendio si differenzia dalla combustione ordinaria (come quella controllata che avviene

all'interno di un motore a combustione interna) in quanto si configura come una combustione non

controllata che si estende senza limitazioni nel tempo e nello spazio.

Il Triangolo della Combustione e i Meccanismi di Innesco

Affinché si verifichi la combustione, è necessaria la compresenza contemporanea e in proporzioni

opportune (stechiometriche) di tre elementi essenziali:

1. Combustibile

2. Comburente

3. Innesco

Se uno solo di questi elementi è assente, la combustione non può avere luogo. L'innesco

rappresenta l'apporto di energia termica necessario a portare il combustibile alla sua temperatura

di accensione. Nel caso di combustibili liquidi, l'innesco agisce sulla frazione vaporizzata in

corrispondenza del punto di infiammabilità.

Le modalità di innesco si dividono in:

 Accensione diretta: una fiamma o un materiale incandescente entra in contatto diretto con il

combustibile, trasmettendogli il calore necessario (es. un fiammifero, una scintilla elettrica o

elettrostatica, un mozzicone di sigaretta).

 Accensione indiretta: il calore viene trasmesso al combustibile a distanza mediante i meccanismi

fisici di conduzione, convezione o irraggiamento (es. i gas caldi di un incendio che salgono verso i

piani superiori o l'irraggiamento termico generato da fiamme distanti).

 Innesco per attrito: generato dallo sfregamento meccanico tra materiali, spesso dovuto a una

lubrificazione insufficiente o alla scarsa manutenzione di macchine rotanti.

 Autocombustione (o riscaldamento spontaneo): fenomeno biologico o chimico-fisico (es. in un

cumulo di carbone o di foraggio) in cui l'aumento della pressione interna e la mancanza di

dissipazione termica portano la sostanza a raggiungere autonomamente la temperatura di

accensione.

3. Parametri Descrittivi della Combustione

Temperatura di Accensione

È la temperatura minima alla quale la miscela combustibile-comburente inizia a bruciare

spontaneamente, senza ulteriore apporto esterno di energia da parte di una sorgente di innesco.

Temperatura Teorica di Combustione

Rappresenta la temperatura massima raggiungibile dai prodotti di combustione di una determinata

sostanza in condizioni di combustione adiabatica (ovvero ipotizzando un sistema perfettamente

isolato in cui tutto il calore prodotto dal potere calorifico inferiore rimanga confinato all'interno dei

fumi, senza alcuna dispersione verso l'esterno). Poiché nessun ambiente reale è perfettamente

isolato, tale valore rimane puramente teorico.

Aria Teorica di Combustione 3

Esprime il volume di aria espresso in metri cubi ( ) necessario per ottenere la combustione

∘

completa di un'unità di materiale combustibile in condizioni normali ( kPa, C). Una

= 100 = 25

combustione si definisce completa quando tutti i prodotti intermedi vengono totalmente ossidati

(es. la completa trasformazione del monossido di carbonio, CO, in anidride carbonica, CO ). La

2

misurazione volumetrica richiede la specificazione di pressione e temperatura, poiché la densità

dell'aria varia al variare di questi parametri.

Potere Calorifico

È la quantità di calore prodotta dalla combustione completa dell'unità di massa (o di volume) del

3

combustibile. Si misura in MJ/kg o in MJ/m . Si distingue in:

 Potere calorifico superiore (PCS): include il calore di condensazione del vapore d'acqua

generato dalla combustione.

 Potere calorifico inferiore (PCI): non computa il calore di condensazione del vapore d'acqua, che

si disperde allo stato gassoso.

Temperatura (o Punto) di Infiammabilità

È la temperatura minima alla quale un combustibile liquido emette vapori in quantità tale da

formare con l'aria una miscela infiammabile in presenza di un innesco. In questo fenomeno non è il

liquido in sé a bruciare, bensì la frazione gassosa (vapori) da esso liberata sulla superficie libera.

Limiti di Infiammabilità e di Esplosività

Definiscono il campo di concentrazione (espresso in percentuale volumetrica di vapore nella

miscela aria-combustibile) entro il quale è possibile l'accensione e la propagazione della fiamma:

 Limite inferiore: concentrazione minima al di sotto della quale la miscela è troppo "povera" di

combustibile e la combustione non si innesca.

 Limite superiore: concentrazione massima al di sopra della quale la miscela è troppo "ricca" di

combustibile (carenza di comburente) e la combustione non può autosostenersi.

I limiti di esplosività seguono lo stesso principio, definendo l'intervallo di concentrazione al di fuori

del quale non si verifica una deflagrazione/esplosione.

4. I Prodotti della Combustione

I prodotti generati da un incendio si dividono in quattro categorie principali:

1. Gas di combustione: l'esatta composizione dipende dalla natura chimica del combustibile e dalla

disponibilità di ossigeno. Oltre a composti ordinari non tossici o scarsamente tossici come CO e

2

H O, si possono sviluppare gas altamente tossici o letali, quali il monossido di carbonio (CO), il

2

biossido di zolfo (SO ), l'acido cianidrico (HCN), il biossido di azoto (NO ) e ossidi di azoto generici

2 2

(NO ).

2. Fiamme ed emissioni luminose: rappresentano l'emissione di luce legata all'alta temperatura

raggiunta dalle sostanze reagenti. Lo spettro di emissione e il colore della fiamma dipendono

direttamente dalla temperatura dell'incendio e dalla natura (gassosa o solida) delle particelle. Nei

combustibili gassosi l'emissione si presenta a righe spettrali definite.

3. Fumi: costituiti da un insieme di particelle solide (combustibile incombusto sospeso a causa della

carenza di ossigeno) e particelle liquide (goccioline d'acqua condensate). Se i fumi caldi contenenti

∘

vapore d'acqua si raffreddano a una temperatura inferiore a C a pressione atmosferica,

100

l'acqua condensa conferendo al fumo una colorazione bianca. L'analisi visiva e termica dei fumi

permette ai Vigili del Fuoco di risalire alla tipologia di combustibile coinvolto e di selezionare

l'agente estinguente più idoneo.

4. Calore: causa l'innalzamento termico di tutti i materiali circostanti ed è il principale responsabile

della propagazione geometrica dell'incendio, in quanto trasferisce energia termica ai combustibili

attigui fino al raggiungimento della loro temperatura di accensione.

56. Sicurezza Antincendio: Prevenzione, Protezione e Danni

La sicurezza antincendio si articola in due macro-obiettivi:

 Sicurezza primaria: finalizzata alla salvaguardia dell'incolumità delle persone.

 Sicurezza secondaria: finalizzata alla tutela dei beni materiali e delle strutture.

I danni derivanti da un incendio si classificano in base al target interessato: danni all'uomo e

danni alle strutture/materiali.

1.1 Effetti dell'incendio sull'organismo umano

I principali danni a carico dell'uomo interessano l'apparato cardiorespiratorio e l'epidermide. Essi

sono riconducibili a tre fattori principali:

 Anossia: drastica riduzione dell'apporto di ossigeno alle cellule. Poiché la combustione

consuma l'ossigeno presente nell'atmosfera, la concentrazione di si riduce

2

drasticamente.

Soglia critica: Se la concentrazione di ossigeno nell'aria scende sotto il 14% (rispetto al 21%

ordinario), sopraggiunge il decesso per asfissia.

 Tossicità dei fumi: la combustione incompleta genera monossido di carbonio ().

L'emoglobina presenta un'altissima affinità con il legandosi a esso e impedendo il

,

trasporto di ossigeno. Il tempo massimo di esposizione prima del decesso dipende dalla

percentuale di gas presente. Oltre a e la combustione può liberare gas

, ,

2 2

altamente tossici a seconda del materiale combustibile, della temperatura e della

ventilazione (es. , , ).

,

2 2 3 2

 Azione termica e ustioni: il calore si propaga principalmente per convezione (l'aria calda

lambisce il corpo) e irraggiamento. La resistenza termica del corpo umano dipende

dall'umidità dell'aria:

Aria secca: tolleranza fino a 150°C per brevi periodi.

o Aria umida (presenza di vapore acqueo tolleranza massima di 60°C, poiché il

):

o 2

vapore condensa sulla pelle cedendo il proprio calore latente di evaporazione.

Superficie corporea: se le ustioni (classificate in 1°, 2° e 3° grado in base alla

o profondità) coinvolgono più del 60% dell'epidermide, il decesso è altamente

probabile.

2. Propagazione Termica e Comportamento dei Materiali al Fuoco 4

La trasmissione del calore per irraggiamento segue la legge della quarta potenza (Δ ). La densità

2 2

di potenza termica irradiata (/ ) decresce con il quadrato della distanza ( ) dalla sorgente.

2.1 Effetti della potenza termica sull'uomo

Le conseguenze sulla salute variano in base al flusso termico ricevuto:

 40 kW/m²: probabilità di sopravvivenza pari all'1%.

 1.8 kW/m²: soglia di comparsa di ustioni di primo grado.

 1.4 kW/m²: limite di sicurezza per un'esposizione prolungata di una persona vestita.

2.2 Comportamento al fuoco dei materiali strutturali

Se l'energia termica assorbita supera la capacità di resistenza del sistema, si verifica il collasso

strutturale:

 Mattoni pieni: vetrificano e fondono solo dopo un'esposizione prolungata.

 Foratini: presentano una resistenza sensibilmente inferiore.

 Calcestruzzo armato: sub