Noţiuni fundamentale caldura,Producerea căldurii şi măsurarea ei,Notiunea de foc sau incendiu,Explozia si Produsele arderii

I. Noţiuni fundamentale. Caldura

Focul , una din cele mai vechi descoperiri ale omului, elementul care a însoţit necontenit progresul umanităţii, devine deseori un factor de distrugere, aducător de nenorociri. Pentru a putea preveni si combate cu succes dezlănţuirea forţelor potrivnice, este necesar să fie cunoscute o serie de noţiuni şi manifestări, caracteristice proceselor termice.
Spre deosebire de alte domenii ale fizicii care sunt mai puţin accesibile, fenomenele legate de căldură sunt uşor sesizabile, ele constituind o prezenţă cotidiană în viaţa omului. Chiar dacă nu se intuieşte cu exactitate sensul lor fizic, noţiunile de căldură, temperatura,fierbere,etc. intră în vocabularul uzual,fiind folosite destul de corect de majoritatea oamenilor.
Se impune însă o sistematizare a cunostinţelor deja existente şi, în acelaşi timp, completarea acestora cu altele noi pentru a facilita înţelegerea fenomenelor fizice care însoţesc incendiul.
Căldura este o formă de energie, o manifestare a stării de agitatie mecanică a moleculelor şi atomilor unui corp.
În mod absolut nu putem sesiza cu simţurile noastre existenţa cantitativă a acestei forme de energie, dar ne putem da seama de efectul ei în mod relativ, prin variaţia temperaturii unui corp.
Noţiunile “cald” şi “rece” ne sunt familiare şi prin urmare, se poate construi un sistem logic de cunoştinţe pornind de la anumite elemente concrete legate de aceste notiuni.
Studiul căldurii şi al trnsformărilor sale a început printr-o observaţie atentă asupra naturii. Astfel, oamenii au putut constata că topirea unei bucăti de gheaţă se produce întotdeauna la o aceeaşi stare termică, adica este tot atât de cald sau tot atât de rece ori de câte ori se topesc gheţurile. Aceeaşi obsrvaţie este valabilă şi la fierberea apei.

II. Producerea căldurii şi măsurarea ei

Pentru activitatea de prevenire a incendiilor este foarte important să fie cunoscute principalele moduri de producere a căldurii şi, în special, condiţiile de acumulare a energiei termice, factorul de bază in crearea unui focar de incendiu.
Distingem mai multe categorii de fenomene care pot favoriza aparitia unei concentrări de energie termică:
• Reacţiile termice exoterme, având ca exponent principal reacţiile de ardere (de oxidare),constituie cea mai frecventă cale de producere a căldurii şi impliucit cea mai răspândită cauză de incendiu. Putem diferenţia reacţii exotermice lente în care acumularea de căldură se produce într-un timp îndelungat sua reaţii violente cu puternică degajare de căldură şi lumină într-un interval foarte scurt.
• Trecerea curentului electric prin rezistenţe este însoţită de apariţia unei anumite cantităţi de căldură a cărei valoare depinde de caracteristicile circuitului şi ale curentului. Efectul caloric al curentului electric ests tratat în mod detaliat în partea a II-a.
• Transformarea lucrului mecanic prin frecare ests însoţită de asemenea de degajarea unei cantităţi de căldură direct proporţională cu forţa de frecare, cu timpul şi cu viteza relativă a suprafeţelor în contact. Acest fenomen se află la originea a numeroase incendii izbucnite la transmisiile cu curele, la lagăre de alunecare sau la diverse instalaţii unde se freacă piese din materiale combustibile.
• Răcirea unui corp cald, care se face prin cedare de căldură , poate duce la crearea unui focar de incendiu în vecinătatea , în masa unor materiale a căror temperatură de aprindere este inferioară temperaturii corpului care se răceşte. Spre exemplu,o piesă scoasă de la forjă, având temperatura de câteva sute de grade, poate provoca aprinderea unui combustibil peste care piesa ar fi aruncată.
• Răcirea solară, consecinţă a unor puternice reactii termonucleare, constituie cea mai importantă sursă de căldură , la scara sistemului solar. În anumite condiţii radiaţia solară poate determina aparitia unui incendiu.
O serie de alte fenomene fizice , cum ar fi condensarea şi solidificarea, sunt însoţite de eliberarea unei cantităţi importante de căldură ,dar acestea nu prezintă importanţă din punct de vedere al protectiei contra incendiilor.
Pericolul de incendiu apare atunci când există o puternică degajare de căldură , într-un timp scurt şi intr-un volum restrâns , fapt care nu permite răspândirea ei în spaţiul înconjurător , favorizâmd crearea unor puncte calde, cu potenţial termic ridicat, care pot provoca aprinderea substanţelor.


III. Notiunea de foc sau incendiu

Din cele mai vechi timpuri, focul a fost un ajutor neprecupeţit al omului , slujindu-i în cele mai diferite activităţi desfăşurate de acesta. Şi în prezent, în epoca modernă,deşi sunt cunoscute numeroase alte sure de energie, arderea combustibililor solizi, lichizi sau gazoşi, în scopuri tehnologice sau netehnologice deţine , încă, o pondere însemnată.
Focul este o combustie caracterizată prin emisie de căldură însoţită de fum şi de flacără.
În trecut,cauzele aparitiei unui incendiu erau legate, în principal de nesupravegherea unui foc aprins sau de acţiunea unor fenomene atmosferice , astăzi , însă, aceste cauze s-au diversificat intr-o mare măsură. Neglijenţa oamenilor, jocul copiilor cu focul sau cu chibriturile, folosirea necorespunzătoare a flăcărilor şi corpurilor incandescente (chibrit,lampa de lipit, flacăra oxiacetilenică, ţigara) , utilizarea coşurilor defecte ale sobelor, radiatoarelor electrice, conductori supraîncălziţi,radiaţiile luminoase şi solare, scurtcircuitele,trăsnetele,exploziile,autoaprinderile,reacţiile chimice-iată câteva din cauzele care dua naştere la incendii şi produc anual, pe întreg glob,ierderi de vieţi omeneşti şi pagube materiale enorme.
Incendiul poate fi definit ca o combustie rapidă , ce se propagă , fără control , în timp şi spaţiu şi care pune în pericol oameni şi bunuri materiale.
Incendiul este deci o însumare de procese fizice şi chimice, care se amplifică şi devin mai complexe pe măsură ce înaintează în timp. Principalul fenomen întâlnit este arderea unor materiale combustibile,însoţită de degajarea unei cantităţi mari de căldură. Căldura produsă încălzeşte aerul din zona arderii, pregăteşte materialele combustibile pentru combustie şi se acumulează în materialele incombustibile (elemente de construcţii, instalaţii tehnologice) . aceste efecte conduc la accelerarea procesului de ardere şi, implicit,la ridicarea pagubelor , prin deformarea şi distrugerea materialelor incombustibile.
În aprecierea unui incendiu trebuie să se aibă în atenţie o serie de factori care determină intensitatea arderii, cum sunt: temperaturile ce se degajă , viteza de propagare , caracteristicile de desfăşurare a arderii , specifice fiecărei substanţe. Chiar în cazul aceleiaşiu substanţe sau produs , unii factori ca umiditatea,temperatrura iniţială,gradul de aerare sau afânare, temperatura sursei de aprindere ori specificulei (flacăra sau puncte de incandescenţă), infuenţează în mod covârşitor declanşarea procesului de ardere. În acelaşi mod trebuie apreciate caracteristicile fiecărei substanţe sau produs, care fiind supuse unor anumite condiţii, au tendinţe mai accentuate sau mai diminuate de oxidare – procese chimice însoţite, în general, de degajări mari de căldură. De aceea, este necesar ca în aprecierea pericolului de incendiu să luăm în consideraţie caracteristicile de ardere ale fiecărei substanţe angrenate în procesul de combustie.

IV. Explozia

Explozia este un proces de ardere foarte rapidă şi violentă a amestecurilor explozive, care se produce în fracţiuni de secundă, cu degajare de căldură şi lumină, dând naştere la presiuni mari.
Ţinând seama de natura şi mai precis de cauzele lor, exploziile se pot împărţi în 4 grupe:
• Explozii produse de energia eliberată în urma unei oxidări rapide (arderea unui amestec de vapori de substanţe combustibile cu aer);
• Explozii provocate printr-o descompunere rapidă a unor compuşi chimici (descompunerea azotului de amoniu);
• Explozii rezultate din eliberarea bruscă a energiei degajată prin fuziune sau fisiune (bombă atomică şi cu hidrogen);
• Explozii datorită polimerizărilor necontrolate, cu eliberare rapidă de energie (peroxizi organici).
Exploziile cele mai frecvente, urmate deseori de incendiu, sunt cuprinse în grupa I, ca urmare a formării unor amestecuri explozive de vapori/aer, gaze/aer şi pulberi/aer.
Având în vedere ca reacţiile exoterme nu sunt uniforme, rezultă că şi vitezele de ardere (reacţie) şi de descompunere vor fi variate, clasificându-se în principiu în 3 grupe:
• Deflagraţia, care este combustia unui amestec exploziv, ce se propagă cu viteza subsonică (câţiva cm pe secundă). Propagarea în acest caz, se face din aproape în aproape, aşa cum este cazul arderii pulberii negre presărată pe o suprafaţă plană;
• Explozia propriu-zisă, care se produce atunci când amestecul de substanţe combustibil-aer, existent într-un spaţiu închis ( încapere, recipient, etc.), are o anumită concentraţie şi vine in contact cu o sursa de aprindere. În acest caz, viteza de ardere este de 10-100m/s;
• Detonaţia, respectiv combustia unui amestec exploziv ce se propagă cu viteza supersonica, caracterizată prin apariţia undei de soc. La detonaţie, viteza de propagare a flăcării este cuprinsa intre 100 – 4000 m/s. În acest caz, datorită descompunerii extrem de rapide a substantelor, se produc cantitaţi foarte mari de gaze, care determină creşterea vertiginoasă a presiunii si temperaturii.
În industria chimică, petrochimică, petrolieră, de prelucrarea lemnului, de morărit, etc., apar condiţii de producere a unor explozii, datorită nectansictaţii unor instalaţii, avariilor sau altor defecţiuni survenite. Pentru a se putea lua cele mai eficace măsuri de prevenire a exploziilor,este necesar să se cunoască foarte bine condiţiile în care acestea se produc.
Este cunoscut ca vaporii, gazele şi pulberile combustibile formează cu aerul amestecuri explozive numai într-o anumită concentraţie.
Concentraţia minimă a gazelor, vaporilor sau a pulberilor combustibile în aer, la care se poate produce explozia, se numeşte limita inferioară de explozie.
Concentraţia maximă a gazelor, vaporilor sau a pulberilor combustibile in aer, la care se poate produce explozia, se numeşte limita superioară de explozie.
Zona cuprinsă între limita inferioară şi cea superioară de explozie se numeşte interval de explozie. Sub limita inferioară şi peste cea superioară, exploziile nu mai pot avea loc, deoarece, în primul caz, concentraţia substanţei combustibile în aer este mult mai mica, iar în al doilea caz,oxigenul necesar reacţiei de producere a exploziei este insuficient.
Limitele de explozie sunt influenţate de mai mulţi factori, dintre care temperatura şi presiunea sunt cei mai importanţi.

V. Produsele arderii

Produsele de ardere şi descompunere care rezultă pe timpul incendiului, sunt, în general, părţi componente ale fumului, flcări şi o serie de gaze ca produse de ardere.
Prin caracteristicile fumului se poate stabili natura substanţelor care ard.
Compoziţia fumului prezintă mare importanţă în cazul incendiilor izbucnite în interior.
Restul volumului din încapere este umplut cu azot, vapori de apă şi alte substanţe gazoase.
Fumul şi produsele de ardere au acţiune toxică asupra omului.