CERINŢE REFERITOARE LA CERCETAREA CAUZELOR · PDF filenu, prin diferite reglementări sau...

34

CERINŢE REFERITOARE LA CERCETAREA CAUZELOR DE INCENDIU. PROCEDEE ŞI MIJLOACE CARE SE UTILIZEAZĂ

ŞI ACTIVITĂŢI CARE SE DESFĂŞOARĂ

Student sergent Ionuţ – Flaviu POP Locotenent-colonel lector univ. dr. ing. Garibald POPESCU

Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”– Facultatea de Pompieri

Rezumat În articol, se prezintă principalele elemente referitoare la procedeele şi mijloacele care se utilizează la cercetarea şi stabilirea cauzelor de incendiu.

Terminologie

Amprentă a unui incendiu - reprezintă imaginea generală a ansamblului modificărilor

materiale survenite la locul incendiului ca urmare a efectelor sale asupra spaţiului incendiat şi a bunurilor aflate în el, acestea oferind date privind iniţierea şi dezvoltarea incendiului.

Cauză a unui incendiu - rezultat/consecinţă a unui complex de fenomene fizico - chimice, constituită din patru subcategorii conceptuale principale, care cuprinde fenomene şi procese cauzatoare/iniţiatoare, sediile materiale de apariţie şi dezvoltare ale acestor fenomene, agenţii materiali participanţi la iniţiere precum şi condiţiile de stare materială care este necesar să fie întrunite în timp şi spaţiu, pentru ca un astfel de eveniment, să se producă; stabilirea unei cauze de incendiu constă în identificarea: sursei probabile de aprindere, mijlocului probabil de aprindere, primului material care a fost aprins, împrejurarea determinantă.

Cauză de incendiu - sumă a factorilor care concură la iniţierea incendiului, care constă, de regulă, în sursa de aprindere, mijlocul care a produs aprinderea, primul material care s-a aprins, precum şi împrejurările determinante care au dus la izbucnirea acestuia.

Cercetarea cauzelor probabile de incendiu - ansamblul de măsuri şi acţiuni organizatorice, tehnice şi operative care include metode, procedee şi mijloace specifice în vederea stabilirii împrejurărilor, surselor şi mijloacelor de aprindere.

Cercetarea la faţa locului - examinarea ansamblului de urme, obiecte şi materiale prezente în zona incendiată, în interacţiunea lor, atât între ele, cât şi cu spaţiul şi mediul înconjurător.

Locul incendiului - zona focarului şi zonele de propagare a incendiului (spaţii afectate de solicitări termice, fum sau gaze, căi de acces spre zona focarului, locurile de unde au putut fi observate anumite faze ale incendiului).

Incendiu - ardere autoîntreţinută, care se desfăşoară fără control în timp şi spaţiu, care produce pierderi de vieţi omeneşti şi/sau pagube materiale şi care necesită o intervenţie organizată în scopul întreruperii procesului de ardere.

Investigator - personal din cadrul Inspectoratului General pentru Situaţii de Urgenţă sau al inspectoratelor pentru situaţii de urgenţă judeţene şi al municipiului Bucureşti, specializat în constatarea cauzelor probabile de incendiu.

Prevenirea incendiilor - totalitatea acţiunilor de împiedicare a iniţierii şi propagării incendiilor, de asigurare a condiţiilor pentru salvarea persoanelor şi bunurilor şi de asigurare a securităţii echipelor de intervenţie.

35

Tactica stabilirii împrejurărilor şi cauzelor de incendii - sistemul de reguli prin care se asigură efectuarea organizată, operativă şi oportună a activităţii de cercetare la faţa locului, stabilirea competenţelor, elaborarea şi verificarea ipotezelor, modul de cooperare cu specialişti şi cu alte organe abilitate prin lege.

Urmă - orice modificare materială produsă în spaţiul în care a izbucnit incendiul sau în alte locuri ce au legătură cu acesta, ca urmare a interacţiunii dintre fenomenele tehnice, naturale, infracţionale sau de altă natură, mijloacele şi căile de acţiune ale acestora şi elementele componente ale spaţiului incendiat.

Stabilirea cauzei probabile de incendiu - acţiunea de a determina cauza probabilă care a generat incendiul.

1. Cerinţe referitoare la cercetarea cauzelor de incendiu Conceptul de cercetare a cauzelor incendiilor este caracterizat printr-un înalt grad de

complexitate, determinat atât de faptul că aceasta trebuie să găsească răspunsul la numeroase probleme care interesează mai multe domenii bine diferenţiate între ele (tehnico-ştiinţific, organizatoric, juridic etc.), cât şi de necesitatea soluţionării situaţiilor generate, printr-un volum apreciabil de activităţi, desfăşurate în direcţii diferite, cu folosirea unor procedee şi tehnici avansate.

În prezenţa unora dintre cerinţele puse în contextul activităţilor de cercetare a incendiilor trebuie pornit de la dublul obiectiv pe care acesta îl vizează, respectiv:

– de a constitui, prin datele pe care le furnizează, un instrument eficient pentru preîntâmpinarea repetării evenimentului;

– de a contribui la perfecţionarea activităţilor de prevenire şi a metodelor de stingere (caracter preventiv).

În acest sens, este necesar ca: – prin intermediul cercetării incendiilor, să se determine nu numai sursa de aprindere, ci

practic, toate elementele componente ale cauzei unui incendiu, care au favorizat producerea şi evoluţia lor, cu analiza şi motivaţiile subiective/obiective ale persoanelor implicate;

– pentru a furniza toate datele necesare perfectării, completării etc., unor măsuri stabilite sau nu, prin diferite reglementări sau confirmării eficienţei unor măsuri emise anterior, cercetarea cauzelor incendiilor trebuie să analizeze, în totalitate, complexul de factori care au influenţat (accelerat sau inhibat) desfăşurarea proceselor de ardere şi/sau au determinat propagarea unui incendiu etc.

Este, deci, necesar ca investigatorii să nu neglijeze niciunul dintre aceşti factori, cunoscându-se faptul că, precizarea poziţiei focarului iniţial în raport cu contextul stabilirii cauzei, nu este de cele mai multe ori posibilă, fără descifrarea mecanismului proceselor de transfer de căldură/ardere, prin care se poate reliefa modul de propagare a unui incendiu.

Investigatorul trebuie să cunoască în esenţă, modul în care „lucrează un incendiu” ca şi faptul că nu toate incendiile se dezvoltă în acelaşi mod; această caracteristică este dată de modul aleator de dezvoltare, diferenţele care apar fiind necesar să fie corelate cu sursele de aprindere, natura combustibilului implicat, eventualele influenţe de natură fizico-chimică, mediul în care se desfăşoară incendiul etc.

Specialiştii în domenii conexe/specifice insistă asupra faptului că pentru a ajunge la rezultatul dorit, cercetarea incendiilor nu presupune numai evaluarea aspectului static, ci şi pe cel dinamic, care presupune dezvoltarea/evoluţia acestuia în timp.

În acest sens, pe parcursul cercetării, prin deducţie şi reconstituire se pot emite concluzii referitoare la procese, deplasări, acţiuni etc.

Esenţa pentru a determina cauza unui incendiu o reprezintă analiza şi desfăşurarea în timp real a procesului în sine.

Realizarea celui de-al doilea obiectiv al activităţii de cercetare a incendiilor, în raport cu măsurile coercitive care trebuie aplicate şi în funcţie de vinovăţia celor implicaţi, pune în faţa investigatorilor cerinţa constituirii materialului probatoriu care să permită organelor judiciare să se

36

pronunţe în termenul unei depline cunoaşteri a tuturor circumstanţelor/ împrejurărilor care au condus la izbucnirea incendiului şi în care s-au desfăşurat evenimentele.

Acesta presupune, în principal executarea tuturor activităţilor desfăşurate pe parcursul cercetării numai cu respectarea strictă a normelor de procedură penală şi de drept procesual, astfel încât să se evite orice posibilitate de anulare a valorii probatorii a unei dovezi (asigurarea prezenţei martorilor asistenţi la întreaga activitate de cercetare a locului incendiului şi în special, la constatarea şi prelevarea urmelor; consemnarea cu respectarea normelor stabilite, a tuturor acţiunilor întreprinse şi a modificărilor aduse poziţiei iniţiale a unor obiecte; ridicarea numai cu aprobarea organelor de urmărire penală şi în prezenţa acestora, a oricăror urme, obiecte, materiale etc.).

De aici, decurge necesitatea atât a unei temeinice pregătiri în domeniul respectiv a specialiştilor criminalişti, cât şi a unei strânse legături pe parcursul activităţilor specifice, cu specialiştii pompieri.

Este necesar ca, pe tot parcursul cercetării cauzelor de incendiu, să fie căutate şi identificate materiale combustibile cu care să se probeze cert în instanţă, concluziile investigatorilor privind modul în care s-au desfăşurat unele fapte sau faze ale iniţierii ori dezvoltării arderii.

Un aspect care nu trebuie pierdut din vedere este cel al ridicării probelor-martor necesare pentru efectuarea comparaţiilor, pe baza cărora să poată fi certificată provenienţa sau natura anumitor materiale prezente în zona focarului/incendiului.

Stabilirea cauzei unui incendiu trebuie realizată pe baza administrării de probe certe privind elementele susţinute cu privire la acţiunea cauzei şi/sau după caz, prin excluderea, temeinic motivată, a celorlalte cauze.

În legătură cu acestea, literatura de specialitate atrage atenţia asupra necesităţii de a se utiliza cu discernământ concluziile altor experţi; de asemenea, se pune în discuţie eroarea comisă uneori de investigatorii care au căutat să fundamenteze unele aspecte susţinându-le pe baza unor versiuni incomplet verificate, omiţând că acestea nu pot fi considerate probe.

Cercetarea cauzelor care au generat incendii trebuie efectuată ca şi alte categorii de cercetări criminalistice, cu respectarea unor principii generale, cum sunt:

– individualitatea fiecărui eveniment cercetat; cercetarea trebuie să parcurgă un drum propriu, în funcţie de elementele specifice fiecărui incendiu sau eveniment cercetat (natura evenimentului, locul producerii, condiţiile în care a avut loc, persoanele implicate etc.); principiul nu exclude însă aplicarea unor metode de cercetare utilizate la investigarea altor cazuri;

– caracterul organizat; cercetarea se desfăşoară după o schemă logică, în mod planificat , astfel încât să se obţină eficienţă maximă şi operabilitate în timp real;

– mobilitatea operativă a cercetării; planul de cercetare nu trebuie să fie considerat o schemă rigidă, acesta putând fi adaptat pe parcursul lucrărilor prin întinderea unor activităţi care nu au fost avute în vedere de la început, revederea altora şi eliminarea altora care devin inutile (în lumina apariţiei unor ipoteze noi sau a unor versiuni secundare în legătură cu aspectele analizate).

Asigurarea credibilităţii rezultatelor, astfel încât aplicarea măsurilor necesare să nu implice eventuale obiecţiuni şi să atingă eficienţa scontată, impune ca efectuarea tuturor lucrărilor aferente cercetării incendiului să fie făcută într-un înalt spirit de obiectivitate.

Totodată, pentru a se evita generarea unor erori în aprecierea unor fenomene sau a unor concluzii greşite, se cere ca investigatorii, experţii etc., să realizeze doar lucrări şi analize legate de domeniul cunoştinţelor lor de specialitate (trebuie avut în vedere la solicitarea participării acestora şi la formularea listei de întrebări) şi pe cale de consecinţă, să nu emită concluzii sau aprecieri ce ies din acest cadru.

O consecinţă esenţială ce se pune în faţa tuturor celor ce concură la efectuarea cercetării constă în asigurarea păstrării secretului asupra lucrărilor executate, a direcţiilor de acţiune şi a rezultatelor obţinute, astfel încât să nu permită persoanelor implicate în producerea evenimentului (care, de regulă, urmăresc cu mare atenţie desfăşurarea anchetei) să ia cunoştinţă despre acestea şi să-şi creeze alibiuri să ia măsuri pentru înlăturarea unor probe materiale sau să întreprindă alte acţiuni destinate să ascundă adevărul.

37

2. Elemente necesare pentru soluţionarea cercetării cauzelor de incendiu Cercetarea cauzelor de incendiu implică soluţionarea, în principal, a problemelor care fac

referire la: – determinarea locului în care a fost iniţiat incendiul (focarul iniţial); – stabilirea sursei de aprindere care a declanşat incendiul, a mijlocului care l-a generat, a

materialului combustibil aprins şi a împrejurărilor în care s-a iniţiat arderea, precum şi a timpului (orei) la care acesta s-a declanşat;

– determinarea condiţiilor în care incendiul s-a dezvoltat (post iniţiere incendiu) modul de propagare şi a factorilor care au favorizat progresia/regresia acestuia;

– precizarea încălcărilor normelor de prevenire şi a altor reglementări, a eventualelor manifestări de neglijenţă, greşeli comise, motivele producerii lor, precum şi legăturile dintre ele şi apariţia sau dezvoltarea incendiului.

3. Implicaţii determinate de procesul cercetării incendiilor Procesul de cercetare implică relaţionarea următoarelor elemente: – date tehnice privind dispunerea în plan şi alcătuirea constructivă a clădirii, încăperii sau

instalaţiei tehnologice în care s-a declanşat şi propagat incendiul precum şi a instalaţiilor de utilizare aferente (electrice, de încălzire, de ventilare etc.);

– procesele tehnologice/activităţile care se desfăşurau în obiectivul afectat (scheme de desfăşurare şi caracteristici din punctul de vedere al incendiului), amplasarea şi starea utilajelor, parametrii de funcţionare ai acestora;

– diferitele obiecte care se aflau înainte de iniţierea incendiului în zona afectată şi caracteristicile acestora, cantitatea, distribuţia în plan, starea în care se aflau şi modul cum erau ambalate materialele combustibile din această zonă;

– atribuţiile şi sarcinile stabilite pentru diferitele categorii de personal, în legătură cu desfăşurarea activităţilor care se desfăşurau în obiectivul incendiat;

– faza de activitate în care se aflau secţiile din obiectivul incendiat (în timpul orelor de lucru/în afara programului);

– activităţi diferite de cele specifice, executate în obiectivul afectat în perioada premergătoare incendiului, lucrări susceptibile să producă iniţierea incendiului efectuate în acest timp în vecinătatea obiectivului;

– situaţia în care a fost observat incendiul, aspecte reţinute de martor, mobilul şi ora la care s-a făcut alarmarea personalului la locul de muncă, anunţarea pompierilor şi a experţilor criminalişti;

– evoluţia în timp şi spaţiu a incendiului, modul în care acesta s-a manifestat şi fenomenele caracteristice ce l-au însoţit (proporţiile atinse în diferite faze, viteza de propagare, intensitatea şi durata arderii, focarul principal, aspectul flăcărilor, fumul, eventuale mirosuri, zgomote, explozii etc.);

– situaţia meteorologică în orele premergătoare incendiului şi pe durata acestuia; – modul în care s-a desfăşurat intervenţia de stingere a incendiului, începând din momentul

observării şi până la lichidarea lui şi operaţiunile de salvare a persoanelor. După lichidarea incendiului şi controlul efectelor acestuia, evaluarea amprentei incendiului

(urme de carbonizare, afumare, topire etc.), implică: – localizarea zonelor unde s-au desfăşurat procesele de ardere şi cele unde efectul acestora s-a

făcut simţit prin acţiunea proceselor secundare de ardere (fum, gaze fierbinţi, gaze corosive etc.); – marcarea poziţiei bunurilor materiale din zona ajutată şi proporţia în care au ars ori s-au

deformat; – efectele incendiului asupra persoanelor şi a continuităţii proceselor de producţie sau

funcţionare (victime, persoane salvate, utilaje şi bunuri afectate şi/sau salvate etc.); – urme, obiecte, instrumente şi alte indicii existente la faţa locului (urmând ca pe baza

studierii lor şi a interpretării altor informaţii să se stabilească eventualele legături cauzale între acestea şi evenimentul cercetat), prezenţa de urme marcând pătrunderea unor persoane străine;

38

– poziţia focarului de iniţiere şi existenţa în zona acestuia a unor eventuale urme, materiale, obiecte etc. sau indicii de altă natură.

4. Activităţi care se desfăşoară în cadrul cercetării cauzelor incendiilor Cele mai importante activităţi care se execută în cazul cercetării cauzelor de incendiu, sunt: – cercetarea zonei/locului incendiului; – identificarea, descoperirea şi ridicarea urmelor incendiului; – audierea tuturor martorilor oculari şi a altor persoane care deţin date privind situaţia din

obiectivul afectat de incendiu în perioada premergătoare acestuia şi informaţii referitoare la diferitele aspecte legate de evenimentul cercetat;

– solicitarea sprijinului celorlalte organe cu care se cooperează pentru obţinerea unor date şi informaţii necesare rezolvării/elucidării situaţiei;

– elaborarea pachetului de ipoteze şi versiuni referitoare la: locul, cauza şi împrejurările declanşării incendiului;

– verificarea versiunilor şi ipotezelor. 5. Metode şi procedee utilizate pentru cercetarea incendiilor În sensul soluţionării problemelor care se ridică în legătură cu cercetarea cauzelor incendiilor,

specialiştii folosesc pentru precizarea/examinarea faptelor, urmelor sau obiectelor găsite la faţa locului dar şi a informaţiilor obţinute, metode, procedee şi tehnici specifice.

Pentru fixarea datelor relevate de constatările referitoare la amprenta incendiului, urmelor precum şi a celorlalte aspecte prezente la faţa locului, se recurge la:

– descrierea amănunţită a acestora (elemente componente, poziţie, stare etc.) în: procesul-verbal de cercetare la faţa locului, rapoartele de constatare tehnico-ştiinţifică, de constatare medico-legală;

– reprezentarea situaţiei la faţa locului prin metode grafice (schiţa locului incendiului) precum şi înregistrarea acesteia prin mijloace tehnice audiovizuale.

Pe parcursul examinării la faţa locului, pentru precizarea provenienţei urmelor/obiectelor, caracteristicilor şi a transformărilor suferite de acestea, precum şi pentru reconstituirea situaţiei iniţiale sau a fenomenelor care s-au produs în timpul incendiului se folosesc:

– metode logice de raţionament, cum sunt: identificarea, deducţia şi inducţia, analiza/sinteza, comparaţia, presupunerea /excluderea etc.;

– măsurarea urmelor sau a obiectelor, determinarea formelor optice (lupă, microscop etc.) – procedee şi mijloace de cercetare şi expertizare, care permit, în principal:

determinarea parametrilor de ardere a materialelor utilizând bomba calorimetrică, blocul incandescent şi/sau alte aparate pentru măsurarea temperaturilor de inflamare/aprindere a materialelor solide şi/sau a lichidelor combustibile, panoul radiant, analiza termodiferenţială cu ajutorul termoderivatografului, determinarea indicelui de oxigen, aparatura pentru studierea densităţii fumului rezultat etc.; stabilirea prin calcul a bilanţului energetic al materialelor şi substanţelor aflate

la locul incendiului; identificarea prezenţei în cenuşă, zgură, funingine, topituri sau materialele

prelevate de la locul incendiului a unor substanţe (de regulă a iniţiatorilor sau acceleratorilor de ardere) sau a unor componenţi din structura lor; aceasta se poate realiza aplicând procedee ca: luminiscenţa emisă sub acţiunea radiaţiei ultraviolete (pentru urme de hidrocarburi) a radiaţiei X sau altor tipuri de radiaţii excitante; analiza spectrală; cromatografia; activarea radioactivă; polarimetria etc.; analizarea şi compararea suprafeţelor şi a contururilor obiectelor (metoda

deplasării suprafeţelor);

39

experimentări pentru determinarea mediului în care ard unele substanţe aflate la locul incendiului şi a fenomenelor care însoţesc procesele de combustie;

– reconstituirea în teren sau în laborator a unor aspecte referitoare la situaţia anterioară incendiului în secţiile afectate sau a posibilităţii ca unele reacţii, fenomene, activităţi, etc., să se fi desfăşurat conform cu declaraţiile emise de martori ori în modul presupus de investigatori; reconstituirea se realizează utilizând deducţii şi raţionamente, prin refacerea (reconstituirea materială sau simularea) situaţiei luate în considerare sau prin experimentare (experimente probatorii) cu confirmarea sau infirmarea versiunii analizate, iar adeseori permite stabilirea unor corelaţii ori obţinerea unor date care au ca rezultat elemente din cercetările întreprinse până la momentul respectiv.

Literatura de specialitate subliniază limitele utilizării experimentelor probatorii, care dau rezultate pozitive numai în unele cazuri, ţinând seama de greutăţile întâmpinate în reproducerea integrală a condiţiilor care existau în momentul iniţierii incendiului (caracteristicile energetice ale sursei de iniţiere, starea şi dispunerea substanţelor şi a materialelor, condiţiile generate de schimbul de aer etc.), care nu pot fi întotdeauna cunoscute în totalitate.

Practica a demonstrat faptul că rezultatele analizelor/experienţelor tehnico-ştiinţifice trebuie întotdeauna interpretate într-o strânsă corelare cu celelalte elemente rezultate din cercetarea la faţa locului şi cu activităţile operative ale organelor care participă la soluţionarea cazului; absolutizarea rezultatului unei analize, fără a ţine seama de condiţiile reale în care s-a desfăşurat evenimentul, poate să conducă la cercetarea cu rezultate eronate şi deci, la concluzii greşite.

Din acest punct de vedere, există situaţii prin care se critică aplicarea fără discernământ a rezultatelor rezultate în urma analizelor metalografice a perlelor specifice scurtcircuitelor produse la conductoare sau piese din cupru; metoda se bazează pe faptul că scurtcircuitul care iniţiază incendiul are loc într-o atmosferă bogată în oxigen, condiţii în care, în structura materialului se generează oxidul cupric, spre deosebire de scurtcircuitul care apare după izbucnirea/iniţierea unui incendiu, într-un mediu având conţinut redus de oxigen, care la rândul său, generează apariţia în structura metalului a oxidului de cupru. Se consideră că prezenţa oxidului cupric, specific generării fenomenelor de scurtcircuit şi care determină iniţierea incendiilor, este posibilă şi în cazul când acestea se produc fără declanşarea proceselor de ardere, în spaţii în care, din diferite motive (ventilaţie în funcţiune, elemente vitrate sparte etc.) există un aport important de aer “proaspăt”. Este necesar, astfel, ca acest aspect să fie analizat la prelevarea probelor şi interpretat în consecinţă, efectuându-se eventual o analiză spectrometrică cu ajutorul tehnicii AES.

6. Stand mobil destinat prelevării microurmelor Un exemplu de stand-mobil, destinat prelevării probelor rezultate în urma unor evenimente (incendii, explozii etc.), a fost prezentat cu ocazia Expoziţiei Internaţionale de Tehnică Militară - „Black Sea Defense & Aerospace”, Bucureşti 2010, materializat în figura 1, a) - i).

Figura1- a) Figura 1- b)

40

Figura 1 - c) Figura 1- d)

Figura 1 - e) Figura 1- f)

Figura 1 - g) Figura 1- h)

Figura 1 - i)

41

Concluzii Este necesară implementarea şi dezvoltarea următoarelor activităţi, la nivelul I.G.S.U: – dotarea cu tehnică specifică cercetării cauzelor de incendiu ; – dezvoltarea pregătirii specifice cercetării cauzelor de incendiu pentru personalul din cadrul I.G.S.U.; – dezvoltarea relaţiilor de cooperare între specialiştii criminalişti din cadrul I.G.P.R cu cei din cadrul I.G.S.U.

Bibliografie [1] Crăciun, I., Calotă, S., Lencu, V. – Stabilirea şi prevenirea cauzelor de incendiu, Editura Tehnică, Bucureşti, 1999. [2] Popescu, G. – Prevenirea incendiilor/exploziilor. Elemente generale referitoare la unele măsuri generale şi specifice, Buletinul Pompierilor, Editura Ministerului Administraţiei şi Internelor, Bucureşti, nr. 2/2005. [3] Prunea, M. – Arson, Conferinţa Internaţională a Facultăţii de Pompieri‚ “SIGPROT- 2007”, Editura Printech, Bucureşti, 2008. [4] Popescu, G., Pinţoiu, M. – Cercetarea cauzelor de incendiu, proiect de lucrare de diplomă, Academia de Poliţie “Alexandru Ioan Cuza”, Facultatea de Pompieri, Bucureşti, 2005. [5]***Ordinul Inspectorului General al I.G.S.U. nr. 1104 IG/10.05.2005. privind aprobarea Metodologiei de cercetare şi stabilire a cauzelor probabile de incendiu. [6]***Ordinul Inspectorului General al I.G.S.U. nr. 1116 IG/05.09.2005 pentru aprobarea Procedurii privind stabilirea cauzelor probabile de incendiu prin cercetare la faţa locului. [7] *** Legea nr. 307/2006 privind apărarea împotriva incendiilor. [8]*** Popescu, G. – Prevenirea incendiilor, Note de curs, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie “Alexandru Ioan Cuza”. [9] Pop, I., F. – Forensic Research of Fire for Determining if it was of Electrical Nature, Conferinţa studenţilor cu participare internaţională, din Academia Forţelor Aeriene „AFASTUD – 2010“, Braşov, 2010. [10] Pop, I., F. – Cerinţe referitoare la cercetarea cauzelor de incendiu. Procedee şi mijloace care se utilizează şi activităţi care se desfăşoară, a VII-a Sesiune ştiinţifică a studenţilor din Facultatea de Pompieri cu participare internaţională „SIGPROT-2009”, Bucureşti, 2010.

42

UTILIZAREA SISTEMULUI GIS ÎN MANAGEMENTUL SITUAŢIILOR DE URGENŢĂ.

EXEMPLU PRACTIC BARAJUL VIDRARU

Locotenent asistent univ. dr. ing. Dragoş-Iulian PAVEL Locotenent-colonel conf. univ. dr. ing. Emanuel DARIE

Locotenent-colonel lector univ. dr. ing. Garibald POPESCU Student Radu PAUL

Student Gheorghiţă MATEI Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”– Facultatea de Pompieri

Rodica BOŢÎRCĂ Inspectoratul General pentru Situaţii de Urgenţă – Serviciul Informatică

Abstract In the first part of the article we presented a few particularities of the G.I.S. (Geographic Information System), what does it make, how does it work, where it is used and the way that I.G.S.U. can use it for preventing dezaster activities. In the second part of the article we showed a practical example about Vidraru dam, in circumstances that an accident may be produced, for showing the consequence and the measures that must be fallowed for limitating and/or averting the effects.

De ce se utilizează GIS în cadrul managementului situaţiilor de urgenţă?

GIS se poate folosi cu succes în cadrul inspectoratelor pentru situaţii de urgenţă, pentru

managementul situaţiilor de urgenţă, prin realizarea unor simulări ale unor pericole majore. În cadrul acestor simulări se pot avea în următoarele:

• timpul scurs de la producerea cauzei generatoare până în momentul resimţirii efectelor acestora asupra anumitor zone, în scopul cunoaşterii măsurilor care se pot lua pentru înlăturarea viitoarelor efecte sau dacă înlăturarea efectelor nu este posibilă să se treacă la evacuarea persoanelor şi a bunurilor;

• amploarea dezastrului, pentru a se putea determina baza materială care trebuie folosită, precum şi numărul persoanelor de care este nevoie pentru a elimina aceste efecte sau pentru a le preveni;

• mărimea zonei afectate pentru cazul în care este necesară evacuarea persoanelor, evitându-se eventualele victime;

• numărul posibil al victimelor pentru a se putea lua măsurile necesare acordării ajutorului în timpul cel mai scurt.

Pe baza datelor obţinute în urma acestei simulări se pot realiza planuri de acţiune prin care autorităţile să fie înştiinţate de procedurile pe care trebuie să le întreprindă în astfel de situaţii, pentru ca acestea să fie cât mai bine gestionate, limitându-se cât mai mult posibil efectele generate în urma evenimentelor. Generalităţi GIS

GIS este acronimul provenit de la Geographic Information System (Sistem Informatic

Geografic – SIG în limba română). Acest sistem este utilizat pentru crearea, stocarea, analizarea şi

43

prelucrarea informaţiilor distribuite spaţial printr-un proces computerizat. Tehnologia GIS poate fi utilizată în diverse domenii ştiinţifice cum ar fi: managementul resurselor, studii de impact asupra mediului, cartografie, planificarea rutelor.

Specific GIS-ului este modul de organizare a informaţiilor gestionate. Există două tipuri de informaţii: una grafică aceasta indică repartiţia spaţială a elementelor studiate şi alta sub formă de bază de date, pentru a stoca atributele asociate acestor elemente (de exemplu, pentru o şosea: lungimea, lăţimea, numărul benzilor, materialul de construcţie folosit etc.).

Informaţia grafică este de două feluri: raster sau vectorială. Grafica raster este o modalitate de reprezentare a imaginilor în aplicaţii software sub formă de matrice de pixeli, în timp ce grafica vectorială este o metodă de reprezentare a imaginilor cu ajutorul unor primitive geometrice, caracterizate de ecuaţii matematice. Specific sistemelor GIS este asocierea unui sistem de coordonate geografic matricei de pixeli (la imaginile raster) sau vectorilor - procedeul poartă numele de georeferenţiere. Astfel, unui obiect (reprezentat fie printr-o imagine, fie printr-un vector) îi este asociată o poziţie unică în Sistemul Informatic. Aceasta este corespunzătoare poziţiei geografice din lumea reală.

Datorită informaţiilor asociate graficii, Sistemele Informatice Geografice beneficiază de toate oportunităţile de interogare pe care le oferă sistemele moderne de baze de date şi în plus pot oferii uşor analize orientate pe anumite zone geografice (hărţi tematice).

Un exemplu comun de Sistem Informatic Geografic îl reprezintă Sistemele de Navigaţie. Harta rutieră în formă vectorială este georeferenţiată astfel încât Sistemul de Poziţionare Globală (Global Positioning System - GPS) poate indica poziţia exactă a autovehiculului. Planificarea rutei este în fapt o hartă tematică obţinută în urma unei interogări spaţiale (căutarea distanţei celei mai scurte între două puncte) combinată cu o interogare a bazei de date asociate drumurilor din hartă, astfel încât să fie respectate o serie de condiţii (limitări de viteză, gabarit, sensuri de circulaţie, interdicţii etc.) [1]. Se precizează faptul că există mai multe variante ale sistemului GIS, cum ar fi:

1. MAPINFO – este un sistem informaţional geografic care, folosind informaţii stocate în baze de date special create, redă informaţii asociate hărţilor.

2. GEOMEDIA – soft dezvoltat de INTERGRAPH, compatibil cu cele mai multe medii de lucru grafice (ACAD, ARCINFO). Prezintă sub formă grafică orice element care poate fi reprezentat în coordonate 2D. Interoghează şi baze de date aflate pe platforme ORACLE, digitizări de imagini etc. Ex: hărţi topo-militare georeferenţiate, transmise prin WEB.

3. CADGIS – soft de proiectare asistată în domeniul GIS, cu asistenţă la desenare, calcul (suprafeţe, distanţe etc.) şi reprezentare grafică.

4. ARCVIEW-GIS – soft dedicat prelucrării datelor asociate hărţilor topografice digitale. Conţine o parte specializată pe interogare baze de date în format GIS numită ARCEXPLORER. Baza de date este organizată pe straturi tematice:

– vegetaţie; – drumuri; – reţea hidrografică; – referitoare la incendii (hidranţi etc.); – populaţie, obiective industriale etc.

A. Se pot crea pe straturi imagini din puncte, linii, arce, poligoane; straturile vor avea atribute diferite în funcţie de obiectivul urmărit (tematică).

B. Se pot achiziţiona date GIS prin fişe de coordonate, hărţi digitizate, scanere, conversie din CAD, fotogrametrie sau teledetecţie.

I. Analiza datelor GIS

Constă în interogări ale bazei de date care răspund la următoarele întrebări: – ce se află la ..... (coordonata, zona, perimetrul) .....?

– unde se află ......?

44

– care este cel mai apropiat ….. de .....? – la ce distanţă se află ..... de .....? – există drumuri de la ..... la ......? – care este cel mai scurt drum de la ..... la .....? – care sunt elementele de tip ..... care deservesc zona .....? – ce s-a modificat în ultimii ..… ani în zona .....? – ce s-ar întâmpla în zona ..… dacă am modifica .....? – care sunt particularităţile zonei ..... faţă de zona .....? Exemplu de analiză (în plan):

1. Selectez tema analizei: cursuri de apă. 2. Suprapun peste o hartă minimală (drumuri + localităţi), harta cursurilor de apă. 3. Creez un raport legat de cursul de apă care mă interesează prin interogarea bazei de

date GIS cu elemente gen: debit, diguri, baraje, adâncimi, cote, riscuri etc. 4. La raportul creat anexez imaginea cu harta la scară, cu orientare, execut. coordonate,

legendă etc. (Obs. Termenul din meniu pentru suprapunere este OVERLAY.)

II. Modelare GIS Obiectele GIS se află în relaţii spaţiale de tipul: – vecinătate; – conexe; – continue, în incidenţă etc. Pachetul CAD drawing permite reprezentarea hărţilor topografice prin contururi (puncte,

linii, arce, poligoane) şi prin vectori (indică prin sensuri creşteri, direcţii etc.). Modelul vectorial constă în succesiuni de coordonate transpuse în vertexuri:

(x2,y2) (x1,y1) (x3,y3) …

Orice element GIS este însoţit de două tipuri de atribute sub formă de tabele: A. Tabele cu atribute printabile (PAT - Print. Attr. Table) cu date tip coverage:

B. Arc Attribute Table (AAT)

Interogarea GIS se numeşte PROIECT şi conduce la crearea unui fişier cu extensia.APR. Baza de date GIS se poate extinde cu orice tip de element la care se poate face apel prin

opţiunea HOT LINK. Exemplu 1. Un obiectiv dintr-un anumit perimetru are asociată imaginea reală (poza). La raport

se poate anexa poza obiectivului apelând funcţia HOT LINK. Exemplul 2. O familie de fişiere Shape files cu extensia.SHP conţine date legate de incendii

(locaţii, caracteristici etc.). Un proiect GIS poate interoga aceste fişiere având ca rezultat:

a. imaginea (harta zonei); b. legenda generată cu un meniu dedicat; c. tabele cu frecvenţe, cauze, victime, pagube, toate localizate în hărţi la scara dorită.

Area Perimeter Cover id1 Cover id2 etc.

Point Arc Polygon Net Link etc.

45

Exemplu de utilizare GIS pentru modelarea efectelor distrugerii barajului Vidraru În exemplul prezentat se urmăresc pagubele pe care le poate provoca o eventuală spargere a

barajului Vidraru, în special modul în care oraşul Piteşti este afectat şi durata de timp până la care acesta este afectat.

Barajul Vidraru a început să fie exploatat în 1966; la vremea respectivă era al cincilea baraj în arc din Europa ca înălţime şi al 9-lea din lume la categoria construcţiilor similare. Are o înălţime de 166,6 metri. Construcţia lui a durat aproximativ cinci ani, în aceeaşi perioadă lucrându-se şi la hidrocentrala de la Curtea de Argeş. În martie 1966 s-a format lacul artificial cu o capacitate de 465 milioane m3 de apă. Spre mijlocul lunii decembrie, barajul a fost umplut la capacitate. Coronamentul are o grosime de şase metri, baza este de 25 de metri, iar lungimea totală este de 307 metri. Suprafaţa totală a lacului este de 893 ha, lungimea de 10,3 km, lăţimea maximă de 2,2 km în zona Valea Lupului - Călugăriţa având o circumferinţă de 28 km.

Se urmăreşte timpul de înaintare al viiturii produse pentru a se ştii modul în care se poate realiza evacuarea persoanelor, de asemenea se urmăreşte mărimea zonei afectate pentru a se face evacuarea în afara zonei calamitate [2].

Crearea bazelor de date

Pentru realizarea simulării s-au respectat următoarele etape: 1. Cu ajutorul MapObject se introduce o hartă a judeţului Argeş având scara 1: 500.000.

2. Se selectează zona de interes, fiind introduse pentru această zonă toate datele necesare într-un tabel (baze de date), date referitoare la:

– curbele de nivel; acestea se trasează în culori diferite pentru fiecare înălţime în scopul realizării modelului TIN (Triungulated Irregular Network);

– sate şi localităţi; – lacuri, râuri.

3. Realizarea modelului 3D şi îndepărtarea hărţii, rămânând doar referinţele din baza de date.

46

4. Pe modelul 3D se evidenţiază şi se figurează localităţile aflate în direcţia de propagare a viiturii datorate distrugerii barajului Vidraru. 5. Crearea modelului TIN (Triungulated Irregular Network) a zonei de risc cu localităţile din zona bazinului hidrografic al râului Argeş, localităţi care în cazul ruperii barajului ar fi afectate de viitură.

Modelarea fenomenului şi evoluţia lui Pentru a se evidenţia evoluţia viiturii s-au analizat trei etape ale simulării considerate ca

fiind reprezentative. Prima etapă studiată este la un minut după ruperea barajului. Se observă că viteza medie de

înaintare a viiturii este de 32,92 m/s (118,5 km/h). Cota terenului este de 642 m, iar înălţimea maximă a viiturii este de 115 m. Debitul maxim este de 384,755 m3/s. Se observă că deşi a trecut doar 1 minut de la producerea accidentului, distanţa parcursă de viitură este de 2950 m .

În cea de-a doua etapă studiată observăm că după 26 de minute înălţimea viiturii a scăzut la valoarea de 15,44 m având o viteză de 12,23 m/s (44 km/h) şi un debit de 105,730 m3/s la o cotă a terenului de 412 m. Se observă o scădere a vitezei de înaintare a viiturii şi a înălţimii acesteia, însă şi în aceste condiţii valorile sunt ridicate. În aval de baraj terenul va fi inundat pe o lungime de 23350 m.

Ultima etapă studiată este reprezentată de momentul în care oraşul Piteşti este afectat.

47

În urma modelării realizate s-a observat ca oraşul Piteşti va fi afectat de viitura creată după

98 de minute, înălţimea viiturii este de 6,68 m, ceea ce ar însemna un adevărat dezastru.

Concluzii – măsuri

În urma simulării s-a observat că pentru oraşul Piteşti ruperea barajului Vidraru ar fi un adevărat dezastru, acesta fiind complet acoperit de apă. Pagubele create ar putea fi colosale, totodată numărul victimelor ar putea fi pe măsură, de aceea pe baza acestor simulări s-a întocmit un plan amplu de măsuri care trebuie îndeplinite.

Principalele măsuri care au fost întreprinse în acest scop au fost în primul rând pentru avertizarea populaţiei, fiind folosit sistemul centralizat de alarmare al Sucursalei Hidrocentrale Curtea de Argeş, prevăzut cu 11 sirene electronice. Sistemul de alarmare are o acoperire de 35 kilometri pe Valea Argeşului, până la barajul Zigoneni.

Tot în acest scop au fost efectuate exerciţii de cooperare a instituţiilor, participând reprezentanţi ai Inspectoratului pentru Situaţii de Urgenţă, Sucursalei Hidrocentrale Curtea de Argeş, Serviciului de Ambulanţă, alte instituţii şi unităţi economice cu atribuţii în caz de dezastre, precum şi importante efective de jandarmi, militari şi poliţişti. În aceste exerciţii s-a urmărit antrenarea forţelor participante, verificarea comunicaţiilor şi a timpilor de salvare, pregătirea populaţiei pentru a şti cum să reacţioneze în astfel de situaţii. S-au executat situaţii practice de înştiinţare, alarmare, evacuare şi protecţie în caz de producere a unor inundaţii în aval de barajul Vidraru. Mai trebuie precizat faptul că, potrivit specialiştilor, dacă la Vidraru ar avea loc o catastrofă, există riscul ca apele să inunde Bucureştiul [3].

Bibliografie [1] http://ro.wikipedia.org/wiki/GIS [2] http://ro.wikipedia.org/wiki/Vidraru [3]http://interesargesean.ro/eveniment/302-simulare-de-dezastru-in-aval-de-barajul-vidraru.pdf

48

FOLOSIREA CEŢII DE APĂ LA STINGEREA INCENDIILOR. REZULTATE EXPERIMENTALE OBŢINUTE FOLOSIND O INSTALAŢIE

PENTRU STUDIUL TERMOHIDRODINAMIC AL PROCESELOR DE STINGERE A INCENDIILOR

Locotenent asistent univ. dr. ing. Dragoş-Iulian PAVEL Locotenent-colonel conf. univ. dr. ing. Emanuel DARIE

Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”- Facultatea de Pompieri Inspector principal de poliţie drd. ing. Mihai POENARU

Inspectoratul General al Poliţiei Române

Abstract The paper presents the advantages and disadvantages of water fog using at fire extinguishing, based on an experimental setup with the Thermal Vision Camera HT 1016. We found that at the incidence of the flame jet and hot gases with the water drops, there is a change of the flame behavior to red color and a diminishing of the flame length. This aspect shows a pronounced smaller temperature because of water liquid phase vaporization. Keywords: Water Fog, Fire Extinguishing, Thermal Vision Camera HT 1016.

Apa este cel mai vechi agent de stingere. Deşi în prezent se dispune de o gamă foarte

variată de agenţi de stingere, ea rămâne cea mai folosită, datorită calităţilor sale: – se găseşte în cantităţi considerabile; – este ieftină; – este relativ uşor de procurat; – are mare putere de răcire; – este nevătămătoare.

Efectul de stingere al apei se realizează prin: răcirea materialului care arde, izolarea suprafeţei incendiate de oxigenul din aer, acţiunea mecanică, atunci când apa se foloseşte sub formă de jet compact.

Efectul principal al apei la stingerea incendiului îl constituie răcirea materialului care arde, prin absorbirea căldurii degajată în urma arderii cu o viteză mai mare decât viteza cu care materialul combustibil absoarbe căldura necesară dezvoltării incendiului.

Ca substanţă de stingere, ceaţa de apă acţionează prin reducerea conţinutului de oxigen, însă trebuie ca dimensiunea particulelor să fie de aproximativ 100 μm, lucru realizat prin următoarele trei metode:

pulverizarea apei la înaltă presiune (50÷100 atm.); utilizând ţevi pulverizatoare speciale la presiuni de 2÷10 atm.; cu ajutorul aerului comprimat.

Pulverizarea apei cu aer comprimat este posibilă, însă necesită compresoare speciale, prezentând şi un oarecare risc, deoarece aerul comprimat înteţeşte şi mai mult arderea.

Prin folosirea unor presiuni de 50 până la 100 atm. se obţine ceaţa de înaltă presiune. La asemenea presiuni se întâmpină dificultăţi în manipularea ţevilor manuale de pulverizare. În afară

49

de aceasta, pentru pulverizare sunt necesare ţevi cu ajutaje speciale, furtunuri de mare rezistenţă şi pompe speciale. În schimb, efectul de stingere nu este cu nimic superior celui obţinut cu ceaţa de joasă presiune.

Efectul de stingere depinde de uniformitatea apariţiei picăturilor în zona de ardere şi de intensitatea jetului de apă.

Principiul sistemului cu ceaţă de apă constă în faptul că picăturile fine de apă realizează un schimb termic cu energia produsă în zona de ardere, împiedicând creşterea temperaturii. Acest schimb de energie este proporţional cu suprafaţa acoperită de picăturile de apă şi nu cu volumul acestora. La un volum egal, cu cât picăturile sunt mai mici, cu atât suprafaţa pe care se realizează schimbul energetic este mai mare.

Un efect secundar este scăderea concentraţiei de oxigen din zona incendiată în care acţionează instalaţia. La apropierea picăturii de apă de focar, aceasta se evaporă treptat, mărindu-şi volumul de peste 1700 de ori înlăturând astfel oxigenul; în plus norul de picături fine de apă filtrează radiaţia infraroşie emisă de flăcări, reducând fluxul termic către zonele incendiate, asigurând o anumită izolare termică.

Pe baza experienţelor care s-au făcut rezultă că ceaţa de apă poate fi folosită la:

stingerea nemijlocită a incendiilor; controlul dezvoltării incendiilor; acţiunile de salvare, pentru reducerea efectului radiaţiei termice excesive asupra

clădirilor sau obiectivelor din vecinătatea incendiului; stingerea incendiilor de substanţe combustibile; stingerea incendiilor la instalaţiile electrice, cu anumite restricţii.

La incendiile de substanţe combustibile solide, ceaţa de apă este foarte eficace atât a timp cât incendiul este la suprafaţă. Dacă arderea se produce în adâncime şi dacă în interiorul materialelor respective se formează focare, ceaţa de apă este mai puţin eficientă decât jeturile masive.

Avantajele utilizării ceţii de apă sunt următoarele:

1. prin folosirea ceţii de apă nu se înlocuieşte atacul direct asupra focului, ci în principal se urmăreşte să se ofere o rută de abordare „sigură” a incendiului, să se îmbunătăţească şi să se menţină condiţiile de mediu pentru pompieri şi să se prevină posibilitatea producerii unui flash-over sau backdraft;

2. ceaţa de apă se poate utiliza la controlarea focurilor ce cresc în ritm constant, unde se poate încă intra, dar unde focarul principal nu poate fi atacat direct;

3. prin folosirea ceţii de apă se realizează o disipare a căldurii degajate de flăcările din cadrul incendiului cu o eficacitate mai mare decât în cazul jetului compact de apă;

4. ceaţa de apă poate fi utilizată la crearea unei atmosfere inerte, atunci când trece din starea lichidă în starea de vapori, producându-se o mărire a volumului de 1700 ori, ceea ce duce la deplasarea aerului şi a vaporilor inflamabili în zone depărtate de zona de ardere;

5. prin folosirea ceţii de apă se constată că numărul de decese este mult mai mic.

Dezavantajele utilizării ceţii de apă sunt următoarele: 1. folosirea ceţii de apă poate duce la posibilitatea generării de cantităţi mari de abur încins

ce produce pericolul de arsuri asupra pompierilor prin descărcarea de cantităţi mari de picături fine de apă;

2. utilizarea ceţii de apă poate da naştere la o posibilă distrugere a echilibrului termic în compartimentul incendiat;

3. folosirea ceţii de apă poate reduce vizibilitatea şi poate crea disconfort asupra pompierilor.

50

În tabelul de mai jos se prezintă diferenţa dintre picătura de apă a sistemului de sprinklere sau drencere şi respectiv a ceţii de apă:

Diametrul picăturii Tabelul 1

Ca substanţă de stingere, ceaţa de apă acţionează prin reducerea conţinutului de oxigen, însă

trebuie ca dimensiunea particulelor să fie de aproximativ de 100 micrometri. Concepţia generală a instalaţiei experimentale S-a conceput o instalaţie experimentală în care se realizează un jet bifazic, ce va fi dispersat în aer cu umiditate relativă scăzută. Temperatura lichidului la duza de pulverizare trebuie să aibă posibilitatea să fie modificată (reglată) pentru a realiza o gamă mai largă de teste. Pentru a preseta valorile, este necesar a se introduce un sistem de termostate. Pe de altă parte, experienţele vor fi realizate cu duze de diferite diametre pentru a pune în evidenţă fineţea pulverizării. Schema de principiu a standului de probă este prezentată în figura 1.

Fig. 1 – Schema de principiu a instalaţiei: 1. rezistenţa electrică; 2. rezervorul de ulei; 3. debitmetrul de apă; 4. termostat electronic; 5. duza de pulverizare; 6. panoul de măsurare;

7. serpentina de încălzire; 8. sursa de energie electrică. Alimentarea cu apă s-a făcut de la reţeaua laboratorului printr-un debitmetru, după care este

introdusă în serpentina cu apă, care se află imersată în rezervorul cu ulei cald. Reglajul temperaturii apei este asigurat de un termostat electronic.

1

2

3

4

5

6

7

8

51

Standul experimental a fost realizat în scopul realizării de teste şi măsurători aferente privind comportarea jeturilor bifazice, care debuşează în mediul gazos.

Rezultate experimentale Pentru realizarea părţii experimentale s-a folosit termocamera în infraroşu tip HT 1016.

Fig. 2 – Vedere faţă cameră termală

Fig. 3 – Vedere spate cameră termală

Fig. 4 – Camera termală

1. direcţionarea camerei termale cu ajutorul razei laser; 2. lentilă; 3. buton de pornire a razei laser; 4. compartimentul bateriei; 5. buton de pornire/oprire cameră termală; 6. locul de

poziţionare a cardului de memorie; 7. butoane direcţionale: periferice şi central; 8. capacul de protecţie a lentilei

52

S-au obţinut imaginile prezentate în figurile 5. Din aceste figuri se observă, în spectrul infraroşu prin nuanţe de culori gradienţii de temperatură, precum şi valorile aferente care sunt prezentate pe bara verticală dreapta a imaginilor. Din figura 5. a) se observă faptul că nucleul de flacără este redus, iar temperatura predominantă este aceea a mediului în jur de 18ºC. Tot în această figură se observă o zonă bleu închis, care se situează în jurul valorii de 30ºC formată din vapori de apă (apa a fost dispersată la temperatura iniţială de 30ºC). Acest lucru conduce la faptul că prezenţa vaporilor de apă diminuează dimensiunea flăcării până la stingerea ei. Figurile 5. b) şi c) surprind imagini în infraroşu ale flăcărilor în contact cu jetul rece de lichid (circa 13ºC). Din aceste imagini se observă că nucleul de flacără este mai mare decât în figura 5. a), ceea ce se explică prin faptul că evaporarea lichidului s-a produs într-o cantitate redusă, fracţia de oxigen din amestec (aer,vapori, picături) fiind suficient de ridicată pentru a susţine combustia. Pe baza acestor constatări se poate aprecia că impactul între apa rece şi flacără, datorită duratei foarte scurte nu permite evaporarea rapidă a lichidului, ceea ce demonstrează că utilizarea apei calde la injecţie este mai eficientă la stingerea flăcărilor de combustibil gazos.

Fig. 5 a)

Fig. 5 b)

53

Fig. 5 c)

Fig. 5 a), b), c) – Imagini ale flăcării în jetul bifazic realizate cu termocamera în infraroşu tip HT 1016

Concluzii

Preocupările la nivel mondial sunt îndreptate în utilizarea apei la stingerea cât mai multor

tipuri de incendii datorită costului redus de obţinere a acesteia, iar pe de altă parte se pune problema scăderii cantităţii de apă întrebuinţate pentru a reduce atât pierderile materiale datorate degradării produse de apă cât şi cheltuielile ocazionate de construirea de mijloace de intervenţie care transportă cantităţi mari de apă la intervenţii.

Comparate cu jetul tradiţional, atât rezultatele experimentale cât şi cele analitice arată că folosirea adecvată a ceţii de apă prin descărcări scurte în picături fine şi unghi de împrăştiere larg poate avea un efect de răcire mai bun şi conduce la o mai mică distrugere a echilibrului termic în strat.

S-a realizat o instalaţie experimentală pentru testarea jetului de ceaţă de apă la diferiţi parametrii (geometrii de duze, temperaturi, presiuni, debite de lichid). Această instalaţie a fost prevăzută cu echipamente moderne de măsură şi achiziţie de date. Elementele speciale de măsurare folosite în cadrul lucrării constau în:

- sistemul de achiziţie de date pentru temperatura mediului cu afişare în timp real (înregistrare în calculator şi prelucrare statistică);

- vizualizare în infraroşu a jetului şi a flăcării; - filmare cu cameră rapidă a proceselor de evaporare şi stingere a flăcărilor pentru diverse

tipuri de jet. Pe baza acestor sisteme moderne de achiziţie de date şi vizualizare au putut fi observate şi

analizate procesele complexe de transfer de căldură şi masă la evaporare, precum şi procesele hidrodinamice specifice dispersiei jetului de lichid cald.

Realizarea unor picături de apă de dimensiuni mici conduce la un timp redus de evaporare, deci o acţiune rapidă asupra focului şi o eficienţă crescută de stingere. Picăturile de apă de dimensiuni mici conduc la un timp redus de evaporare, deci la o acţiune rapidă asupra focului, un consum redus de apă şi o cantitate mică de vapori fierbinţi.

Se constată, atât pe baza rezultatelor obţinute din modelul teoretic, cât şi din rezultatele experimentale existente faptul că pentru spaţii închise (fără circulaţie de aer proaspăt din exterior), timpul de viaţă al picăturii de apă este mai ridicat decât în cazul spaţiilor semiînchise, cu pătrundere

54

de aer uscat, unde timpul de viaţă al picăturii de apă este mai mic. Aceasta se explică prin creşterea umidităţii relative din spaţiile închise.

Se observă că radiaţia termică are o pondere relativ scăzută ca efect termic şi un efect neglijabil la dimensiuni mici ale picăturii, de ordinul µm. Pe de altă parte transferul de căldură convectiv care are ponderea determinantă e mai redus la picăturile mari (hc ~ 2 λ/D).

Studiul prezent constituie un model care a avut ca scop obţinerea unor valori pentru temperaturile apei pulverizate necesară în eficientizarea proceselor de stingere a incendiilor. Aprofundarea studiilor privind procesele termofizice de pulverizare şi evaporare au avut ca rezultat obţinerea parametrilor geometrici, diametrul duzei şi unghiul de dispersie, în corelare cu presiunea şi temperatura apei pulverizate. Pe baza rezultatelor experimentale s-a constatat:

temperatura apei este determinantă pentru fineţea de pulverizare, s-au obţinut timpi de viaţă reduşi, respectiv o evaporare abundentă a lichidului;

diametrul duzei combinat cu dispozitivul swirl de spargere a jetului implantat în corpul duzei au condus la obţinerea unui jet cu picături fine;

dezvoltarea câmpului de temperaturi în jet şi a câmpului de viteze sunt asemănătoare, dar de dimensiuni geometrice diferite. Dimensiunea câmpului de temperaturi în jet este legată în primul rând de temperatura iniţială a lichidului corelată cu temperatura mediului. S-a constatat că pentru diferenţe mai ridicate de temperaturi între cele două medii creşte distanţa între înfăşurătoarea termică şi dinamică;

dezvoltarea stratului termic implică existenţa şi a unui gradient de concentraţie de vapori, deci o reducere a concentraţiei aerului, respectiv a oxigenului în stratul menţionat.

Studiul evoluţiei parametrilor în axul jetului a arătat o asemănare formală între variaţia vitezei şi a temperaturii, această variaţie fiind de tip parabolic.

S-au făcut experienţe cu foc deschis, flacăra provenind de la un arzător cu butan. S-a constatat că la incidenţa jetului flacără-gaze fierbinţi cu picăturile de apă se produce o schimbare a culorii flăcării către roşu şi o scurtare a lungimii flăcării. Modificarea culorii se explică pe de o parte prin schimbarea compoziţiei mediului, care se îmbogăţeşte în vapori, scade concentraţia de oxigen, probabil arderea devine incompletă sau apar frecvent compuşi intermediari de tip CO, iar pe de altă parte apare o scădere pronunţată a temperaturii datorită vaporizării fazei lichide a apei, deci o reducere substanţială a temperaturii. Probabil şi aceasta este cauza pentru care temperatura scade sub temperatura la care arderea are loc complet până la CO2.

Pentru o aprofundare a proceselor intime, care au loc la microscară şi în timpi foarte reduşi (fracţiuni de secundă < 1/10 s), este necesar a se corobora datele cantitative obţinute prin măsurători cu echipamentele actuale cu cele obţinute prin vizualizarea jetului flăcării, compoziţia mediului şi a câmpului de temperaturi din jet. Pentru aceasta se impune suplimentarea dotării cu echipamente de măsurare pentru stand, care să conţină sistem optic cu citire în infraroşu. Prin acest sistem pot fi determinate dispersia picăturilor, gama lor de dimensiuni, densitatea lor volumică şi statistica împrăştierii. Graţie acestui sistem se va determina harta temperaturilor.

Bibliografie [1] Mills A. I., Basic Heat Mass Transfer, 2nd edition, Prentice Hall, N. J., 1999; [2] J. Taine, J. P. Petit, Transferts thermiques, Ed. Dunod Univ., 1989, Paris; [3] Cavaropol D., Pavel D.I., Constantinescu A. – Utilizarea ceţii de apă la stingerea incendiilor, Lucrările Sesiunii de Comunicări Ştiinţifice cu Participare Internaţională a FACULTĂŢII DE POMPIERI ,,SIGPROT 2005”, Ediţia a VIII-a, Bucureşti, 27 mai 2005, Editura Printech, Bucureşti, 2005, pag. 51-58, ISBN 973-718-350-9; [4] Pavel D.I. – Contribuţii la termohidrodinamica proceselor de stingere a incendiilor (teză de doctorat), Bucureşti, 25 iunie 2009; [5] Constantinescu A., Pavel D.I., Darie E., Popescu G., Tivig O. – Folosirea ceţii de apă la stingerea incendiilor. Instalaţie experimentală pentru studiul termohidrodinamic al proceselor de stingere a incendiilor, Sesiunea Ştiinţifică Internaţională „Afacerile interne şi justiţia în procesul integrării europene şi globalizării“, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza“, 15-16 octombrie 2009, Editura Prouniversitaria, Bucureşti, 2009.

55

CONSIDERAŢII PRIVIND INSTALAŢIILE DE STINGERE A INCENDIILOR CU SPRINKLERE CU RĂSPUNS RAPID (ESFR)

Căpitan dr. ing. Ionel-Puiu GOLGOJAN

Inspectoratul General pentru Situaţii de Urgenţă

Abstract This article content specifies requirements and recommendations for the design and installation of ESFR sprinkler systems in buildings. It covers occupancies, storage arrangements, installation design, building requirements and the management of protected buildings which is essential to ensure satisfactory performance of ESFR sprinkler systems. Introducere Articolul prezintă principalele cerinţe şi recomandări pentru proiectarea şi executarea

instalaţiilor de stingere cu sprinklere cu răspuns rapid în clădiri. În articol se prezintă categoriile de spaţii care se pot echipa cu aceste instalaţii, moduri de depozitare a bunurilor, elementele privind proiectarea, cerinţe constructive precum şi elemente de management pentru a asigura funcţionarea şi eficienţa instalaţiilor de stingere cu sprinklere cu răspuns rapid.

Keywords: ESFR, design sprinkler, fire safety. Cuvinte-cheie: ESFR, proiectare instalaţii cu sprinklere, securitate la incendiu. 1. Generalităţi Prezentul articol este o consecinţă a preocupărilor pentru cunoaşterea şi identificarea

progresului tehnic în domeniul instalaţiilor de stingere a incendiilor şi un prim demers pentru crearea unui cadru de discuţii pentru implementarea acestora în noile reglementări. Nevoia de cercetare şi inovare a condus la faptul că majoritatea instalaţiilor de stingere a incendiilor au apărut, cum era şi firesc, înaintea elaborării unor norme tehnice de proiectare sau a altor reglementări. În aceste condiţii, în lipsa unor repere prescriptive de proiectare, se poate spune că este deosebit de dificil de exprimat un punct de vedere obiectiv asupra utilităţii şi mai ales asupra eficienţei unei instalaţii de stingere a incendiilor pentru o anumită situaţie dată.

Totodată, pentru elaborarea unui prim cadru normativ necesar proiectării instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid s-au luat drept referinţă prescripţiile din reglementarea emisă de Comisia Europeană a Asigurărilor, Sprinkler Systems: Planning and Installation (CEA 4001: 2006) [1] şi ESFR sprinkler protection [9] şi [10], singurele metodologii cunoscute de autor ca fiind publicate ca documente oficiale la nivelul Uniunii Europene. Articolul prezintă o metodologie adaptată şi integrată conformă şi cu alte cerinţe tehnice existente în legislaţia naţională şi internaţională, referinţe listate în bibliografie.

1.1. Scop Definirea principalelor cerinţe pentru instalaţiile de stingere a incendiilor cu sprinklere cu

răspuns rapid (ESFR). Sprinklerele cu răspuns rapid fac parte din categoria sprinklerelor performante care sunt în măsură să stingă un incendiu fără alte riscuri complementare. Trebuie subliniat faptul că există diferenţe majore între proiectarea instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid şi proiectarea instalaţiilor cu sprinklere standard.

56

De asemenea, trebuie menţionat faptul că se pot echipa construcţiile cu astfel de instalaţii numai cu acordul autorităţilor. O altă prevedere care este la latitudinea autorităţilor naţionale este cea reprezentată de echiparea instalaţiei cu un generator de curent pentru acţionarea pompelor sau numărul de racorduri şi de numărul de surse de alimentare cu apă.

În general, sprinklerele cu răspuns rapid sunt utilizate în situaţia în care sprinklerele de raft nu pot fi utilizate din motive tehnice. În faza de proiectare trebuie să se ia în considerare dacă acestea sunt indicate pentru protecţia bunurilor depozitate şi a construcţiei propriu-zise.

1.2. Definiţii Sprinklerle, model ESFR: duză cu un element termosensibil care permite refularea apei

asigurată de un grup de pompare prin conducte printr-un orificiu, apă care are impuls mai mare decât este necesar pentru aria protejată proiectată, cu scopul de a realiza stingerea incendiilor sau limitarea acestora.

1.3. Sprinklere cu răspuns rapid

Sprinklere cu răspuns rapid trebuie să aibă un element de declanşare cu răspuns rapid şi trebuie să acţioneze la una din următoarele temperaturi: Bulb 680C , culoare roşu 930C, culoare verde Element fuzibil între 680C şi 740C , necolorat între 930C şi 1040C, culoare albă Temperaturile ridicate menţionate trebuie utilizate numai în spaţiile în care condiţiile normale de ambient presupun înregistrarea unor temperaturi mari. Factorul nominal K al sprinklerelor cu răspuns rapid trebuie să fie între 200 şi 360 [l/min·bar1/2]1. În figura 1 sunt prezentate principalele diferenţe între sprinklerele cu răspuns rapid şi celelalte tipuri de sprinklere, cuprinse în SR EN 12259-1+A1: 2002.

Fig. 1 – Sensibilitatea termică a sprinklerelor, indicele timp de răspuns (RTI)

şi factorul de conductivitate (C) 1 Valori între K–14 şi K–25 [GPM/psi1/2]

57

Factorul de conductivitate [C] reprezintă măsura conductanţei între elementul sensibil la căldură al sprinklerului şi racordurile umplute cu apă, exprimat în (metri/secundă)½ (m/s)½.

Indicele timp de răspuns [RTI] reprezintă măsura sensibilităţii termice a sprinklerului exprimată în (metri/secundă)½ (m/s)½.

1.4. Domeniu de aplicare 1.4.1. Configuraţii de depozitare 1.4.1.1. Spaţii libere Depozitele trebuie să aibă între rafturi spaţii libere longitudinale şi transversale, cu

următoarele caracteristici: a) continue pe toată înălţimea de depozitare; b) aliniate vertical; c) cu posibilitate de depozitare liberă. 1.4.1.2. Configuraţii de depozitare ST1, ST2, ST3 şi ST4 2 Configuraţiile de depozitare ST1, ST2, ST3 şi ST4 trebuie să aibă spaţii libere regulate şi care

au următoarele dimensiuni: a) spaţiile libere transversale trebuie să aibă o lăţime de cel puţin 0,08 m iar distanţa între

acestea să nu fie mai mare de 3 m (vezi figura 2); b) spaţiile libere longitudinale trebuie să aibă o lăţime de cel puţin 0,15 m iar distanţa între

acestea să nu fie mai mare de 3 m.

Fig. 2 – Caracteristicile spaţiilor libere longitudinale şi transversale pentru configuraţii de

depozitare ST1, ST2, ST3 şi ST4 în cazul utilizării sprinklerelor ESFR 1.4.1.3. Configuraţii de depozitare ST5 şi ST6 Rastelele cu un rând sau cu două rânduri de rafturi trebuie să îndeplinească următoarele

condiţii: a) rafturile care au deschideri mai mici cu 50% decât suprafaţa în plan trebuie să nu fie mai

mari de 2 m2 şi trebuie să fie delimitate pe toate cele patru feţe de spaţii libere care vor avea lăţimea minimă de 0,15 m2;

b) rafturile trebuie să aibă poliţe cu arii deschise, uniform distribuite pentru cel puţin 50% din suprafaţa totală. Distanţa deschiderilor nu trebuie să fie mai mare de 0,15 m; sau 2 Identice cu configuraţiile de depozitare definite în SR EN 12845: 2005 – „Instalaţii fixe de luptă împotriva incendiului. Sisteme automate de stingere tip sprinkler. Dimensionare, instalare şi întreţinere”

58

c) grătarele sau rafturile tip plasă trebuie să aibă deschideri uniforme pentru cel puţin 50% din suprafaţa în plan a acesteia. Distanţa măsurată pe orizontală nu trebuie să fie mai mare de 0,15 m.

1.4.2. Proiectarea instalaţiilor cu sprinklere ESFR

Proiectarea instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid trebuie să se realizeze în conformitate

cu prevederile din tabelul 1 [1]. O altă metodă este prezentată în tabelul 2. Debitele de lucru pentru toate situaţiile prezentate este de 946 l/min iar durata de funcţionare este de 60 de minute [3].

1.4.3. Amplasarea ESFR faţă de acoperişuri sau tavane

Sprinklerele cu răspuns rapid trebuie instalate în clădiri cu acoperişuri sau tavane cu următoarele caracteristici:

a) pantă mai mică de 170 mm/m; b) continue şi fără deschideri permanente; c) confecţionate din materiale incombustibile; d) au rezistenţă la o presiune ascendentă de 150 N/m2.

Pentru acoperişurile sau tavanele cu pante mai mari de 170 mm/m, acestea pot fi compartimentate cu tavane false ancorate şi cu ESFR – urile montate sub nivelul acestor tavane false. Cele mai uzuale produse pentru construcţii utilizate pentru tavane false sunt din ghips carton cu grosimi de 10 mm ondulate sau din panouri sandwich din fibre minerale acoperite cu foi din tablă metalică. Evident, în funcţie de mărimea golurilor dintre tavanul fals şi acoperiş sau planşeu se pot impune reguli suplimentare de protecţie.

1.4.4. Protecţia spaţiilor închise Dacă înălţimea măsurată de la suprafaţa interioară a acoperişului şi suprafaţa tavanului

suspendat din acest spaţiu, este mai mare de 0,8 m, aceste spaţii închise trebuie să fie protejate cu sprinklere. Dacă înălţimea acestor spaţii închise nu este mai mare de 0,8 m, aceste spaţii trebuie să fie protejate cu sprinklere numai dacă în acest spaţiu se găsesc substanţe combustibile sau elementele de construcţie sunt din materiale combustibile. În aceste condiţii se permite amplasarea cablurilor electrice cu tensiuni de maxim 250 V, monofazate, cu maxim 15 cabluri pe jgheab.

În spaţiile închise trebuie să se asigure riscul de incendiu mic (LH) în situaţiile în care spaţiul protejat este, de asemenea, încadrat în risc mic (LH) şi risc mediu grupa 1 (OH 1) pentru toate celelalte situaţii3.

Sprinklerele amplasate în spaţiile închise şi sprinklerele amplasate în spaţiul protejat se alimentează din aceeaşi ramificaţie pentru cazurile în care riscul din spaţiul protejat este mic (LH) sau mediu (OH). Pentru celelalte situaţii se utilizează ramuri diferite. În cazul instalaţiilor precalculate, conductele de alimentare de intrare şi de ieşire din spaţiul închis nu trebuie să aibă diametrul mai mic de 65 mm. Parametrii de calcul ai elementelor de susţinere a conductelor, respectiv ai tijelor de susţinere şi ai colierelor sunt identice cu cele prezentate în Secţiunea 17.2 din SR EN 12845: 2005 [2].

3 Terminologie definită în SR EN 12845: 2005 – „Instalaţii fixe de luptă împotriva incendiului. Sisteme automate de stingere tip sprinkler. Dimensionare, instalare şi întreţinere”.

59

Tabelul 1 Proiectarea instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid şi înălţimi maxime

Înălţimea maximă a tavanului: 9,1 m

(vezi nota 1)


(vezi nota 1)


(vezi nota 1)


(vezi nota 1) Presiunea de

lucru a sprinklerelor

(bar)

Presiunea de lucru a

sprinklerelor (bar)


sprinklerelor (bar)


sprinklerelor (bar)

Produse (metode de depozitare pentru aplicarea punctului 1.4.2 şi

1.4.3) Înălţimea

maximă de depozitare (m) (vezi nota 6) K –

200 K – 360

Înălţimea maximă de

depozitare (m) (vezi nota 6) K – 200


depozitare (m) (vezi nota 6) K – 360


depozitare (m) (vezi nota 6) K –

200 K – 360

Plastic expandat şi cauciuc spongios în ambalaj de carton (mai mult de 15% în volum cutii de carton)

7,6 3,5 1,4 7,6 4,2 NA NA NA NA NA

Categoriile 1, 2, 3 şi 4 (vezi notele 2 şi 3) 7,6 3,5 1,4 7,6 4,2 7,6 2,1 10,6 5,2 2,8

Suluri de hârtie depozitate vertical în rânduri deschise sau închise, stratificate sau nestratificate: hârtie cu densitate specifică mare (vezi notele 4 şi 5)

7,6 3,5 1,4 vezi nota 7 vezi nota 7 vezi nota 7 vezi nota 7 9,1 5,2 2,8

Suluri de hârtie depozitate vertical în rânduri deschise sau închise, stratificate sau nestratificate: hârtie cu densitate specifică medie şi mase plastice ambalate în hârtii cu densitate specifică mare (vezi notele 4 şi 5)

6,1 3,5 1,4 vezi nota 7 vezi nota 7 vezi nota 7 vezi nota 7 6,1 5,2 2,8

Mezanin cu înălţime ≤ 4,5 m. Se acceptă toate configuraţiile de depozitare sau stocare de bunuri

6 sprinklere care funcţionează la o presiune de 3,5 bar pentru K = 200 şi la 1,4 bar pentru K = 360 (vezi nota 6)

Mezanin cu înălţime ≥ 4,5 m. Se acceptă toate configuraţiile de depozitare sau stocare de bunuri

Presiune apropiată pentru bunurile depozitate şi înălţimea tavanului sau mezaninului (vezi nota 6)

Nota 1: Înălţimea tavanului trebuie să fie calculată ca distanţa maximă măsurată pe verticală de la nivelul pardoselii la suprafaţa tavanului sau partea inferioară a acoperişului

Nota 2: Autorităţile trebuie să fie consultate pentru protecţia maselor plastice Nota 3: Masele plastice (expandabile sau neexpandabile) trebuie să fie depozitate în cutii din lemn, carton sau materiale incombustibile. Plasticul expandabil şi

cauciucul celular nu trebuie să ocupe un volum mai mare de 15% din capacitatea cutiei Nota 4: Cu excepţia hârtiei uşoare Nota 5: hârtie uşoară – toate hârtiile cu o greutate mai mică de 50 g/m2 şi hârtiile cu caracteristici absorbante (cum ar fi hârtia igienică, prosoape din hârtie,

produse din hârtie absorbante) indiferent de greutate. Hârtia cu greutate medie – hârtii fără caracteristici absorbante cu o mare sau finisaj neted cu greutăţi specifice între 50 g/m2 şi 100 g/m2. Hârtia cu greutate mare – hârtii fără caracteristici absorbante sau care are greutatea specifică mai mare de 100 g/m2.

Nota 6: Se va alege valoarea mai mică dintre distanţa măsurată pe verticală de la nivelul pardoselii la deflectorul unui sprinkler din care se scade 1 metru sau valoarea prezentată în tabel

Nota 7: Trebuie utilizate valorile date pentru înălţimea maximă a tavanului, respectiv 12,2 m

60

Tabelul 2

Elemente de proiectare a instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid

Destinaţie

Înălţimea maximă de depozitare

[m]

Înălţimea maximă a tavanului /

acoperişului [m]

Factorul sprinklerului [l/min·bar1/2]

Orientare cap sprinkler

Presiune minimă de

lucru [bar]

201 capul în sus / capul în jos 3,4


322 capul în jos 1,7 6,1 7,6

363 capul în jos 1,0




9,1



7,6

9,8 242 capul în jos 2,9




9,1 10,7





10,7 12,2

363 capul în jos 1,7 322 capul în jos 2,8 10,7 13,7 363 capul în jos 2,8 322 capul în jos 2,8

Depozitare produse din categoriile I, II, III şi IV,

containere capsulate (care nu sunt deschise la partea

superioară sau rastele solide)

12,2 13,7 364 capul în jos 2,8 1.4.5. Situaţii în care nu se recomandă utilizarea sprinklerelor ESFR

Sprinklerele cu răspuns rapid nu se utilizează în următoarele situaţii:

– la depozitarea în siguranţă a exponatelor fără performanţe de comportare la foc cum ar fi de exemplu sulurile din stofă;

– la containere combustibile deschise la partea superioară; – produse uzuale sau de depozitare pentru care nu a fost demonstrat, prin testare sau prin

alte metode, că este indicată protecţia acestora cu sprinklere cu răspuns rapid; – magazii în care pentru produsele sau materialele depozitate nu se cunoaşte modul de

comportare în caz de incendiu sau în contact cu apa; – depozitarea substanţelor care prezintă riscuri speciale: aerosoli, lichide inflamabile, alcooli

precum şi a produselor în ambalaje din polipropilenă sau polistiren; – cauciucuri.

61

2. Proiectarea instalaţiilor de stingere cu sprinklere cu răspuns rapid 2.1. Generalităţi Instalaţiile cu sprinklere cu răspuns rapid trebuie proiectate şi realizate numai în configuraţie

apă – apă. Protecţia cu sprinklere cu răspuns rapid se asigură la construcţii fără goluri în acoperiş sau alte deschideri în acesta [1], sau goluri destinate evacuării automate a fumului şi căldurii [4]. Dacă prin construcţie există totuşi aceste goluri sau deschideri, acestea trebuie să fie prevăzute cu dispozitive de deschidere cu acţionare manuală. Toate cortinele utilizate faţă de golurile sau deschiderile în acoperiş trebuie să fie amplasate cu respectarea prevederilor din tabelul nr. 3.

Toate golurile sau deschiderile din acoperiş trebuie să fie închise automat, preferabil înainte de intrarea în funcţiune a primului sprinkler. Se acceptă o întârziere de maxim 30 de secunde între cele două momente.

Luminatoarele trebuie amplasate la acelaşi nivel sau sub nivelul tavanului. Luminatoarele trebuie să reziste la o temperatură de 3000C pentru cel puţin cinci minute. În situaţiile în care spaţiile protejate sunt echipate cu instalaţii de ventilare, clădirea trebuie să fie echipată cu o instalaţie de semnalizare a incendiilor. Instalaţia de semnalizare are şi rolul de a opri ventilatoarele acestor instalaţii şi de comandă a închiderii automate a tuturor clapetelor.

Spaţiul liber sub deflectorul sprinklerului până la materialele depozitate nu trebuie să fie mai mic de 1 metru.17

2.2. Dimensionare hidraulică Dimensionarea hidraulică presupune calculul pierderilor de presiune în conducte. Pentru

dimensionarea instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid se adoptă metoda de calcul similară sistemelor complet dimensionate a sprinklerelor clasice.

Aria de declanşare se alege ca suma ariilor de stropire a 12 sprinklere de tavan dar aceasta să fie minimum 90 m2 [1, 3]. Această suprafaţă trebuie să fie aleasă ca fiind determinată de sprinklerele cu răspuns rapid cele mai defavorizate din punct de vedere hidraulic. În calcul trebuie să se cuprindă încă 6 sprinklere suplimentare din afara acestei arii (de exemplu sprinklere amplasate sub obstacole).

Dimensionarea instalaţiilor cu sprinklere cu răspuns rapid trebuie să fie realizată astfel încât să se asigure presiuni minime de lucru conform celor prezentate în tabelul 118.

Rezerva de apă trebuie să asigure alimentarea la debitele normate pentru cel puţin 60 de minute [1].

Pentru scopurile calculului hidraulic, se presupune că intră în funcţiune câte 4 sprinklere pe trei ramificaţii diferite. În situaţiile în care ramificaţiile au mai puţin de patru sprinklere, se presupune că intră în funcţiune toate sprinklerele de pe acele ramuri iar numărul de ramificaţii care se ia în calcul trebuie să fie ales astfel încât să totalizeze 12 sprinklere care intră în funcţiune.

În situaţiile în care sprinklerele cu răspuns rapid sunt instalate sub mezanine cu înălţimi de 4,5 m sau mai mici, măsurate de la nivelul pardoselii, se presupune că cel puţin 6 sprinklere cu răspuns rapid intră în funcţiune (trei sprinklere cu răspuns rapid pe două ramificaţii diferite) la o presiune de lucru de cel puţin 3,5 bari.

Dacă se asigură protecţia cu sprinklere standard amplasate sub mezaninul cu înălţimi de 4,5 m sau mai mici, aria de declanşare trebuie aleasă în conformitate cu cerinţele normative specifice. Sprinklerele cu răspuns rapid trebuie să fie amplasate sub nivelul mezaninelor cu înălţimi mai mari de 4,5 m. Se presupune în acest caz faptul că intră în funcţiune 12 sprinklere cu răspuns rapid (patru sprinklere pe trei ramificaţii diferite). Sprinklerele amplasate sub pasarele, transportoare, obstacole

17 NFPA 13-2010 permite ca această distanţă să fie de maxim 914 mm. 18 NFPA 13-2010 menţionează faptul că aria protejată a tuturor sprinklerelor cu răspuns rapid nu trebuie să fie mai mare de 89 m2. Dacă în perimetrul acestei arii protejate sunt amplasate şi alte sprinklere amplasate sub obstacole se vor lua în calcul şi acestea.

62

sau mezanine trebuie să fie luate în considerare la dimensionarea alimentării cu apă conform celor prezentate în tabelul 3.

Tabelul 3 Proiectarea sprinklerelor amplasate faţă de obstacole

Obstacole în afara ariei de stropire

proiectate Numărul maxim de sprinklere care pot fi introduse

suplimentar sprinklerelor de tavan şi cerinţe

Obstacole cu lăţime mai mică de 3 m 2 sprinklere cu presiuni de 3,5 bari (K = 200) 1,4 bar (K = 360)

Obstacole cu lăţime mai mare de 3 m cum ar fi pasarele şi transportoare

2 sprinklere cu presiuni de 3,5 bar (K = 200) 1,4 bar (K = 360)

Mezanin (vezi nota 1) 6 sprinklere cu presiune de lucru egală cu cea de proiectare (vezi tabelul 1)

Nota 1: Condiţii: a) Pentru protecţia golurilor de la mezaninele deschise se instalează ecrane verticale incombustibile care

asigură protecţia pentru cel puţin 1,2 m de la nivelul tavanului. b) Se menţine un culoar între feţele ecranelor şi centrul acestuia de cel puţin 0,6 m faţă de fiecare ecran; nu este

necesară introducerea în calcul a rezervei de apă pentru sprinklerele amplasate suplimentar.

2.3. Amplasarea sprinklerelor cu răspuns rapid Aria de acoperire a sprinklerelor cu răspuns rapid nu trebuie să fie mai mică de 7,5 m2 şi mai

mare de 9 m2. Distanţa între sprinklere trebuie să fie în concordanţă cu prevederile prezentate în tabelul 4.

Tabelul 4 Distanţa între sprinklere

Distanţa între sprinklere (m) Înălţimea maximă a

tavanului (m) minim maxim 9,1 2,4 3,7

12,2 2,4 3

Linia care uneşte centrul elementelor sensibile la temperatură ale sprinklerelor trebuie să fie între 0,1 şi 0,33 faţă de acoperiş sau tavan pentru sprinklerele cu răspuns rapid care au K = 200. Linia care uneşte centrul elementelor sensibile la temperatură ale sprinklerelor trebuie să fie între 0,1 şi 0,45 faţă de acoperiş sau tavan pentru sprinklerele cu răspuns rapid care au K = 360.

În situaţiile în care acoperişurile sau tavanele sunt alcătuite din grinzi şi ferme metalice sau panouri profilate, sprinklerele trebuie să fie amplasate în deschideri, mai exact sub grinzi. Înălţimea deschiderilor practicate nu trebuie să fie mai mare de 0,75 m. În situaţia tavanelor profilate, distanţa de la tavan la sprinkler trebuie să fie măsurată de la limitele profilului (vezi figurile de la 3 la 7).

Unde nu este practică o asemenea soluţie trebuie să se adopte soluţia montării unor tavane suspendate.

Fig. 3 – Distanţe de amplasare a sprinklerelor faţă de elementele vecine

63

Fig. 4 – Distanţe de amplasare a sprinklerelor faţă de marginea inferioară a unei grinzi

sau a altui obstacol

Exemplul din nomograma din figura 5 prezintă faptul că dacă distanţa măsurată pe verticală de la deflector la partea inferioară a unui obstacol este de 40 cm., atunci distanţa permisă de la muchia obstacolului până la linia verticală imaginară o centrului orificiului sprinklerului trebuie să fie 1,25 m. În situaţiile în care deflectoarele sprinklerelor sunt amplasate deasupra tălpii grinzilor, a fermelor metalice, conductelor, dispozitivelor pentru fixarea corpurilor pentru iluminatul fluorescent sau a altor obstacole amplasate lângă tavan, amplasarea sprinklerelor se va face cu respectarea distanţelor faţă de aceste obstacole, în conformitate cu cele prezentate în figurile 4, 5 şi 6. Obstacolele continue amplasate deasupra sprinklerelor, cum ar fi conductele sprinklerelor, conductele instalaţiilor utilitare sau ghenele cu lăţimi de până la 0,3 m amplasate la o distanţă măsurată pe orizontală mai mică de 0,6 m faţă de verticala sprinklerului nu necesită protecţia suplimentară cu alte sprinklere. Sub obstacole cu lăţimi mai mari decât cele menţionate sau în golurile din elementele de construcţii trebuie să fie amplasate sprinklerele suplimentare.

Sprinklerele montate cu capul în sus trebuie să fie amplasate cu deflectorul la o distanţă minimă de 0,18 m deasupra conductei de alimentare.

Fig. 5 – Distanţe de amplasare a sprinklerelor faţă de obstacole care sunt în întregime

sub nivelul deflectorului

(a) distanţa măsurată pe orizontală de la sprinkler la faţa unei grinzi sau a unui obstacol

(b) distanţa maximă între deflectorului amplasat deasupra părţii inferioare a unei grinzi şi un alt obstacol

Fig. 6 – Nomogramă de stabilire a distanţelor de amplasare a sprinklerelor faţă de elementele vecine

64

Transportoarele cu role şi pasarelele cu grătare care au 50% sau mai mult, deschideri repartizate uniform nu sunt considerate obstacole. Totodată, în situaţiile în care fiecare alt transportor sau pasarelă au deschideri de 50 % sau mai mult, trebuie să fie amplasată o linie de ESFR-uri sub fiecare nivel al acestora începând de la cel de-al doilea nivel de sub tavan (vezi figura 7).

2.4. Separarea între sprinklerele cu răspuns rapid şi alte sprinklere Între arii protejate de sprinklerele cu răspuns rapid şi arii protejate de alte tipuri de sprinklere

trebuie să fie instalate ecranele verticale [1, 3, 4]. Acestea se aplică în situaţiile în care acoperişul dispus peste două zone protejate la aceeaşi înălţime sau la înălţimi diferite. Ecranele realizate din materiale incombustibile trebuie să coboare cel puţin 1,2 m sub nivelul tavanului19. Culoarele de trecere delimitate de astfel de ecrane trebuie să asigure între feţele acestora un spaţiu liber de cel puţin 1,5 metri.20

Fig. 7 – Dispunerea ESFR-urilor în cazul benzilor transportoare şi al pasarelelor

3. Concluzii Instalaţiile cu sprinklere rapide fac parte din ansamblul măsurilor de securitate la incendiu,

sunt recunoscute de majoritatea companiilor de asigurări. Este important să acceptăm faptul că din punct de vedere al protecţiei la incendiu nu pot fi abordate ca o soluţie de înlocuire a sistemelor actuale cu sprinklere standard.

De aceea, având în vedere contextul general şi actualitatea utilizării acestor tipuri de instalaţii de stingere este foarte important ca eforturile concentrate ale specialiştilor din domeniu să se regăsească în noile reglementări, în vederea asigurării unor niveluri corespunzătoare de performanţă privind cerinţa esenţială de securitate la incendiu a construcţiilor, în funcţie de particularităţile specifice şi totodată să ofere un reper legislativ solid pentru aplicare eficientă, inclusiv în metodele specifice ingineriei securităţii la incendiu. Bibliografie

[1] Sprinkler Systems: Planning and Installation (CEA 4001: 2006). [2] SR EN 12845: 2005 Instalaţii fixe de luptă împotriva incendiului. Sisteme automate de stingere tip sprinkler. Dimensionare, instalare şi întreţinere. [3] SR EN 12259-1+A1:2002 Protecţie împotriva incendiilor. Sisteme fixe de luptă împotriva incendiilor. Componentele sistemelor de tip sprinkler şi cu apă pulverizată. Partea 1: Sprinklere. [4] NFPA 13 – 2010: Standard for the Installation of Sprinkler Systems. [5] ICC IFC-2006, 2006 International Fire Code.

19 NFPA 13-2010 permite ca această cortină să coboare cel puţin 0,6 m. 20 NFPA 13-2010 permite ca această lăţime să fie de 1,2 m.

65

[6] Technical Bulletin 209:2005:1 ESFR Sprinkler Protection, published by: The Fire Protection Association. [7] Normativ pentru proiectarea, executarea şi exploatarea instalaţiilor de stingere a incendiilor”, indicativ NP 086-05. [8] ISO 6182-7:2004 - Fire protection – Automatic Sprinkler Systems – Part 7: Requirements and Test Methods for Early Suppression Fast Response (ESFR) sprinklers. [9] ESFR Sprinkler Protection (Rules for Automatic Sprinkler Installations), Technical Bulletin TB 25: 2001: 1, published by: The Fire Protection Association. [10] ESFR - Sprinkler Protection, Technical Bulletin TB 209:2005:1, published by: The Fire Protection Association.

66

PRINCIPALELE GAZE REZULTATE LA INCENDII. RISCURI/PERICOLE

Prof. univ. dr. Eliza GOFIŢĂ

Universitatea de Medicină şi Farmacie Craiova, Facultatea de Farmacie Lector univ. dr. ing. Garibald POPESCU

Lector univ.dr.ing. Doru GALAN Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza” – Facultatea de Pompieri

Dr. ing. Stela POPESCU Inspectoratul Teritorial de Muncă – Inspecţia Muncii, Bucureşti,

Sublocotenent ing. Liviu SBORA Inspectoratul pentru Situaţii de Urgenţă „Oltenia” al Judeţului Dolj

Rezumat

În articol sunt redate principalele cauze ale apariţiei intoxicaţiei cu monoxid de carbon. Astfel, concentraţiile crescute din natură, datorate în principal arderii incomplete a materialelor de natură organică, în timpul incendiilor, în industrie şi/sau agricultură, precum şi proprietăţile sale fizico-chimice (gaz incolor, inodor, neiritant, foarte puţin solubil în apă, reducător puternic etc.) fac din monoxidul de carbon „asfixiantul perfect”.

Terminologie

Aprindere – iniţiere a unei arderi. Explozie – reacţie bruscă de oxidare sau de descompunere, care produce o creştere de

temperatură, de presiune sau ambele, simultan. Fumat – inhalarea voluntară a fumului rezultat în urma arderii tutunului conţinut în ţigări,

ţigarete, ţigări de foi, cigarillos şi pipe. Gudron – condensatul anhidru de fum fără nicotină. Incendiu – ardere autoîntreţinută, care se desfăşoară fără control în timp şi spaţiu, care

produce pierderi de vieţi omeneşti şi/sau pagube materiale şi care necesită intervenţia organizată în scopul întreruperii procesului de ardere.

Inflamabil – material capabil să ardă cu flacără. Limită de explozie – valoare minimă sau maximă a concentraţiei unei substanţe

combustibile în aer sau în oxigen, pentru care explozia devine posibilă; limitele inferioară şi superioară sunt indicate, pentru gaze şi vapori, prin concentraţia în % vol., iar pentru prafuri (pulberi) în g/m3.

Nicotină – alcoida nicotinică. Pericol - stare care precede unui eveniment (accident de muncă, incendiu, explozie etc.);

datorită importanţei pe care termenul o prezintă, acesta a fost adus la rang de concept; în relaţia om-maşină/utilaj/instalaţie/activitate/mediu, există împrejurări, situaţii etc., care generează pericole controlabile prin măsuri, ce poartă numele de măsuri de control; Aplicarea acestor măsuri, presupun controlul prin anularea pericolelor; Termenul presupune acţiunea factorului uman utilizând măsuri cu timp de acţiune/răspuns, imediat/redus, în sensul că măsurile trebuie aplicate

67

imediat pentru a controla o situaţie dată. În sensul definiţiei, pericolul admite codomeniul de definiţie [ ]1,0 .

Risc - probabilitate globală de realizare a unui eveniment; (accident de muncă, incendiu, explozie etc.); datorită importanţei pe care termenul o prezintă, acesta a fost adus la rang de concept; în relaţia om - maşină/utilaj/instalaţie/activitate/mediu, există împrejurări, situaţii etc., prin intermediul cărora se pot genera stări care pot fi controlabile doar prin aplicarea de măsuri, denumite în continuare, măsuri de control. Aplicarea măsurilor puse în discuţie presupune controlul şi limitarea riscurilor, prin reducerea acestora, nu prin anularea lor; termenul presupune acţiunea factorului uman utilizând măsuri cu timp de acţiune/răspuns, pe termen lung, prin utilizarea conceptului de previziune; în sensul definiţiei, riscul admite codomeniul de definiţie ( ]1,0 .

Spaţii publice închise - spaţiile din instituţiile publice centrale şi locale, instituţii sau unităţi economice, de alimentaţie publică, de: turism, învăţământ, medico-sanitare, culturale, educaţie, sportive, toate mijloacele de transport în comun, autogări, gări, aeroporturi, de stat şi private, spaţiile închise de la locul de muncă sau alte spaţii prevăzute de lege, cu excepţia spaţiilor delimitate şi special amenajate pentru fumat din incinta acestora.

Ţigarete - produse din tutun care conţin tutun prelucrat, tutun tăiat, învelit într-un sul longitudinal de hârtie, cu secţiune rotundă sau ovală, dispus într-un mod adecvat pentru a fi fumat în mod direct.

1. Elemente generale referitoare la monoxidul de carbon

În natură CO se găseşte în toate cele trei regnuri: – regnul mineral, în gaze petrolifere (0,4...0,5)%, gaze de mină, gaze vulcanice etc; – regnul vegetal, în flotorii algei gigant, Hereocyslis leulkeana (provine din respiraţia algei); – regnul animal, în sângele mamiferelor şi al peştilor;

În organismul uman, se găseşte, în limitele normale (0,15…0,80) ml CO la 100 ml sânge. Originea monoxidului de carbon din organismul uman poate fi de natură:

– exogenă - datorită poluării atmosferice şi a consumului de tutun; – endogenă - datorită dezechilibrului metabolismului hidrocarbonat sau din metabolismul

hemoglobinei (fiecare moleculă de Hb eliberează 4 molecule de CO). Fumul de ţigară conţine 4% CO; prin consumul total al unei ţigarete, se degajă (86…129) mg CO.

Valorile normale ale carboxihemoglobinei sunt: – 1,5% HbCO la nefumători; – (8…10)% HbCO la fumători sau, după alţi autori, (5…6)%.

Simptome clinice de intoxicaţie se generează atunci când nivelul de HbCO din sânge, depăşeşte 15%.

2. Elemente generale referitoare la intoxicaţii

Intoxicaţia cu monoxid de carbon reprezintă cea mai frecventă situaţie, în raport cu alte gaze, considerate toxice.

Riscul/pericolul determinat de toxicitatea monoxidului de carbon este mare, datorită imposibilităţii decelării organoleptice a toxicului, motiv pentru care acesta este considerat „asfixiantul perfect”.

Monoxidul de carbon determină intoxicaţii acute şi cronice. Intoxicaţiile pot fi: – accidentale (profesionale sau în mediul casnic/domestic); – cu intenţie (suicid, crimă etc.).

Monoxidul de carbon se generează prin arderea incompletă a materialului organic: – pentru producerea de căldură/energie electrică, în centralele termice

unifamiliale/multifamiliale;

68

– la arderea combustibililor în sobe cu/fără acumulare de căldură (risc/pericol în cazul sobelor cu tiraj defectuos sau în cazul sobelor din fontă, întrucât monoxidul de carbon difuzează prin fontă);

– la arderea combustibililor în cazanele locomotivelor (risc/pericol în tunelele cu lungimi foarte mari);

– la arderea combustibililor în cazanele aferente C.E.T.-urilor/ C.T.E-urilor în cadrul proceselor tehnologice care constituie producerea de energie electrică/termică;

– la utilizarea carburanţilor pentru autovehiculele cu motor cu explozie; gazele de eşapament pot conţine peste 7% CO (benzina generează mai mult monoxid de carbon decât petrolul lampant utilizat la motoarele Diesel);

– la utilizarea gazelor pentru iluminat (petrol lampant etc.); – în timpul dezvoltării unor incendii, în spaţii închise; – în timpul unor explozii, în spaţii închise; – în garaje auto/depouri de locomotive, ventilate insuficient; – în mine, datorită arderii gazului grizu (amestec de metan şi aer); – la deflagraţia explozibililor, în spaţii închise, după caz; – în cadrul operaţiilor de sudare a metalelor cu flacără oxiacetilenică, în spaţii

închise/neventilate; – în industria chimică/metalurgică (la arderea minereurilor, cocsului etc.). – în mediul casnic/domestic, la utilizarea sobelor cu/fără acumulare de căldură, cu tiraj

defectuos etc.; – în spaţii închise, în care se fumează, fără respectarea legislaţiei în vigoare referitoare la

măsurile de prevenire a incendiilor/exploziilor/securităţii şi sănătăţii în muncă; – urmare a arderii necontrolate în depozitele de cărbuni din cadrul centralelor electrice de

termoficare, centralelor termice pentru producerea de energie electrică; – urmare a gazelor arse/nearse, în calele navelor maritime/fluviale, înainte/după realizarea

unor lucrări de sudare, sablare sau incendiilor generate în astfel de situaţii etc.; – urmare a gazelor de ardere rezultate, în cazul incendiilor la transformatoarele de mare putere din cadrul centralelor de producere a energiei electrice/termice; prin Decizia Renel nr. 65/02.02.1998, referitoare la modificarea PE009/1993, se realizează aplicarea conceptului de prevenire la aceste transformatoare (200MVA /400MVA), controlul riscurilor/pericolelor, din acest punct de vedere, fiind total;

– urmare a unor incendii iniţiate/dezvoltate în spaţiile/locaţiile aflate la cotele inferioare ale unor entităţi/operatori economici din industria metalurgică (laminoare, oţelării etc.), industria de producere a energiei electrice etc., cum sunt, de exemplu, tunelurile destinate cablurilor electrice pentru transportul şi distribuţia de energie electrică în subteran, necesară unor consumatori proprii, până la valori/peste valori de 1kV, care fac obiectul normativelor NP I7-002, PE -107 etc.

Urmare a declanşării intempestive, accidentale etc., a instalaţiilor proiectate, construite cu funcţie de stingere a incendiilor care utilizează 2CO în spaţiile în care acestea sunt montate; motivele pentru care acestea admit cause care pot să determine declanşarea lor, sunt determinate în principal de scăderea fiabilităţii instalaţiilor speciale de stingere.

Dioxidul de carbon, în cantităţi reduse, este stimulent al centrilor respiratori, iar în cantităţi mari este anestezic şi toxic.

3. Iniţierea/postiniţierea unui incendiu. Elemente de cauzalitate Fenomenul de iniţiere a unui incendiu se poate defini prin intermediul ecuaţiei:

iniţiere incendiu ),,,,(),,,( 43231214321 xxxxxfxxxxf == , (1)

iar dezvoltarea unui incendiu/unei arderi/unei combustii denumită postiniţiere incendiu, se poate defini prin intermediul ecuaţiei:

postiniţiere incendiu = )',','(' 32312 xxxfarderii =Δ , (2)

69

în care, cu arderiiΔ s-a notat, în mod generic, „triunghiul arderii ”. Variabilele care intervin în relaţiile anterioare, sunt: 1x – mijlocul sau elemente componente

din structura sa; 2x – sursa (de natură electrică sau neelectrică); 31x - primul material care se poate aprinde; 32x – aerul atmosferic care, pentru a contribui la iniţierea unui incendiu este necesar şi suficient să conţină oxigen, la presiune atmosferică ( 1,0≅ MPa), în limite predefinite; 4x - împrejurarea principală/împrejurările care a/au contribuit la realizarea fenomenului, incendiu.

În ecuaţia (2), după un interval/perioadă de timp: sursa devine '2x iar natura sa tinde, spre

ceea ce se numeşte front de flăcări; combustibilul/materialul considerat ca fiind în stare solidă, definit prin '

31x care asigură/generează, continuitatea fenomenului de ardere, poate să reprezinte o reuniune de materiale, mai mult sau mai puţin combustibile, aflate în spaţiul incendiului, determinate de o serie de elemente: factor de masivitate, densitate de volum, nivel/grad de combustibilitate etc.; '

32x , se defineşte ca fiind cantitatea de oxigen în aer, modificată din punct de vedere al concentraţiei, după cum spaţiul în care incendiul se dezvoltă, este deschis/închis, respectiv, concentraţia de oxigen în aer, nu suferă modificări, sau scade, până în situaţia, în care:

– combustia încetează; – combustia se dezvoltă/continuă, prin aportul de oxigen în aer, stare care poate fi

determinată, de spargerea necontrolată a unor elemente vitrate, cedării unor elemente de construcţie, urmare a acţiunii incendiului, existenţei unor goluri tehnice/tehnologice etc.;

– combustia se dezvoltă/continuă, datorită aportului de oxigen în aer, stare care poate fi determinată, de spargerea controlată a unor elemente vitrate, urmare accesului pe care îl realizează echipele de intervenţie prin spaţii vitrate, uşi, acoperişuri etc. Orice incendiu care se iniţiază în mod necontrolat / ardere necontrolată, în condiţiile ecuaţiei (1), poate să se dezvolte în ecuaţia (2), în 100% din situaţii/cazuri. Din acest motiv, dacă nu se intervine în mod organizat, pentru stingerea incendiilor, stare definită în mod sumar de ecuaţia (2), există după caz, riscuri/pericole de intoxicare cu 2CO în special, în spaţiile închise, atât pentru ocupanţi cât şi pentru echipele de intervenţie. În contextul celor explicate, principiul priorităţii, care trebuie aplicat la acţiunile de stingere a incendiilor, necesită identificarea/salvarea ocupanţilor/fiinţelor vii, înainte sau după caz, concomitent cu realizarea acţiunilor pentru stingere.

4. Principalele gaze care se pot genera după postiniţierea unui incendiu

Principalele gaze de natură toxică, asfixiante, iritante, inflamabile etc., care pot fi generate în urma incendiilor/exploziilor, sunt:

– CO/CO2 - monoxidul/dioxidul de carbon sunt produsele de combustie cel mai des întâlnite şi în cantităţile cele mai mari;

– HCl - acidul clorhidric, este generat în cazul P.V.C.- ului şi al materialelor sintetice ignifugate cu clor (poliesteri cloruraţi); acesta eliberează întreaga cantitate de clor la + 400°C sub formă de HCl, concentraţia maximă tolerabilă fiind de 5 ppm;

– HCN - acidul cianhidric se degajă din poliamide, poliacrilonitril, poliuretan, polibutadienă, polistiren şi polimeri nitraţi; spre exemplu poliuretanul eliberează întreaga cantitate de HCN la temperatura de 1000 °C, concentraţia maximă tolerabilă fiind de 10 ppm;

– COCl2 - fosgenul, se degajă, în cele mai multe situaţii, în cantităţi reduse care nu ating concentraţia maximă tolerabilă;

– CH2 = CH-CN - acrilonitrilul (cianura de vinil) se degajă în cazul polistirenului, poliacrilonitrilului şi polibutadienei, concentraţia maximă tolerabilă fiind 20 ppm;

– HF - acidul fluorhidric se degajă în cazul politetrafluoretilenei, concentraţia maximă tolerabilă este de 3 ppm;

70

– NOx (N2O, NO, NO2) se degajă în cazul arderii poliacrilonitrilului, poliamidelor şi celuloidului;

– stirenul se degajă la arderea polistirenului, având concentraţia maximă tolerabilă de 100 ppm;

– SO2 şi H2S anhidrida sulfuroasă se degajă în cazul polisulfonilor, concentraţia maximă tolerabilă este de 5 ppm;

– NH3 - amoniacul este un gaz iritant; în cazul combustiei poliamidelor are concentraţia maximă admisibilă de 50 ppm;

– CH3COOH - acidul acetic şi Cl2 se degajă în cazul arderii acetaţilor de vinil; – Br2 - bromul se degajă în cazul arderii unor produse ignifuge sau halogenate; are

concentraţia maximă admisibilă foarte scăzută (0,1 ppm), nivelul degajărilor fiind cu mult inferior acestui prag;

– produse de combustie cu ardere incompletă cum sunt de exemplu, gudroanele hidrocarburile alifatice sau aromatice sub formă de particule foarte fine/aerosoli, care pot genera afecţiuni bronhice/pulmonare.

Riscurile/pericolele se pot amplifica/pot să devină mai mari, atunci când substanţele enumerate reacţionează între ele sau reacţionează cu alte substanţe.

De aceea, angajatorul, în cadrul activităţilor pe care acesta le desfăşoară, este necesar să identifice şi să evalueze, în mod periodic, riscurile/pericolele de incendiu, explozie, securitate în muncă, pe care le prezintă materialele combustibile/necombustibile, toxice etc.

5. Riscuri/pericole care se pot genera urmare intoxicaţiilor cu oxid de carbon

Intoxicaţia cu CO este una dintre cele mai frecvente intoxicaţii cu gaze, atât în cazul personalului pentru intervenţia la stingerea incendiilor, cât şi în cazul altor categorii de personal /populaţie.

Din acest punct de vedere, intoxicaţia cu CO poate fi: profesională, accidentală, voluntară. Oxidul de carbon este un gaz incolor, fără miros şi gust, puţin solubil în apă, solubil în

etanol, cu caracter reducător puternic. Gazul pătrunde în organism prin sistemul respirator; în sânge, o mică fracţiune se dizolvă în

plasmă, dar majoritatea formează COHb (carboxihemoglobina), deplasând O2 de pe HbO2; CO se elimină prin expiraţie.

Urmare a imposibilităţii unei părţi din Hb de a transporta O2, se produce scăderea O2 în sânge (hipoxemie), apoi în ţesuturi (hipoxie). Hipoxia este agravată de scăderea eliberării de O2 din ţesuturi.

Hipoxia este resimţită în special de celulele nervoase şi miocardice, la nivelul cărora se produc leziuni; un alt efect al CO constă în inhibarea activităţii hemoproteinelor tisulare (mioglobina, citocromii, catalazele etc.), prin legarea reversibilă a fierului din hemoglobină.

Consecinţa inhibării hemoproteinelor tisulare este blocarea lanţului respirator, conducând la anoxie tisulară, precum şi perturbarea multor căi metabolice şi tipuri de metabolism.

Datorită cedării lente a CO de pe hemoproteinele tisulare, anoxia persistă chiar după ce în sânge nu se mai găseşte COHb; concentraţia letală este de (0,5…1) CO %.

În cazul intoxicaţiei supraacute, decesul survine aproape imediat; intoxicaţia acută se manifestă prin tulburări neuropsihice, cardiovasculare şi respiratorii; faza iniţială constă în cefalee (dureri de cap), vâjâieli în urechi, apoi stare ebrioasă, pierderea capacităţii de a judeca şi acţiona, victima fiind inaptă să se salveze.

Există o corelaţie între concentraţia COHb din sânge şi simptomatologie, după Mogoş (tabelul 1).

71

Intoxicaţia cronică se manifestă prin: cefalee, ameţeli, astenie, anorexie (lipsa poftei de mâncare), dispepsie, iritabilitate, stare depresivă, tulburări audiovizuale şi de mers.

Tabelul 1 – Relaţia simptomatologie - forme de manifestare

Forma COHb [%]

Simptomatologie

Uşoară 10…30 Cefalee, greţuri uşoare, disconfort abdominal, dispnee de efort (când HbCO se apropie de 30 %).

Medie 30… 40 Cefalee severă, greţuri, vărsături, ameţeli, dispnee, sincopă de efort.

> 40 Tulburări de vedere, ataxie, sincopă, euforie, tahicardie.

50…60 Comă, convulsii intermitente.

Severă

> 60 Comă profundă, şoc, risc de sucombare, şoc cu convulsii. Rapidă 80 Deces imediat.

Principalele semne/simptome, în funcţie de nivelul COHb, în sânge (cu hipoxie

concomitentă) au fost sintetizate de Kurppa, K., Rantanen, J. şi sunt prezentate în tabelul 2. Monoxidul de carbon se generează practic, în orice locaţie, spaţiu etc., în care se dezvoltă

incendii şi poate să genereze forme grave de intoxicaţie. Cea mai cunoscută modalitate de acţiune a CO este de blocare, prin complexare, a

hemoglobinei din globulele roşii ale sângelui şi formarea carboxihemoglobinei: CO + Hb ⇔ COHb. (3) În acest mod, oxihemoglobina devine inaptă pentru transportul oxigenului în organism,

împiedicându-se oxidarea hemoglobinei: O2 + Hb ⇔ O2Hb. (4) Datorită proprietăţilor ei, hemoglobina are o afinitate mult mai mare pentru CO decât pentru

O2, practic fiind suficientă o concentraţie de 0,1 % CO în aer pentru a se produce cantităţi egale de oxihemoglobină şi carboxihemoglobină.

Tabelul 2 – Principalele simptome în raport cu concentraţia de COHb

Concentraţia

COHb [%] Principalele simptome

0,3... 0,7 Nu sunt semne sau simptome.

2,5... 5 Nu sunt simptome; creştere compensatorie a circulaţiei sângelui (exceptând

persoanele cu afecţiuni severe cardiovasculare); suferinţa toracică la pacienţii cu angină pectorală poate fi provocată prin efort uşor.

5...10 Creşte puţin pragul vizual.

10...20 Apăsare în zona frontală; cefalee uşoară; tulburări de vedere.

Respiraţie uşor dificilă în efort; poate fi fatal pentru cei cu afecţiuni cardiace severe; posibil letal pentru făt.

20 ... 30 Uşoară sau moderată durere de cap şi zvâcniri în tâmple; îmbujorare; greaţă; dificultăţi în lucrări manuale fine.

30... 40 Cefalee severă, vertij, greaţă şi vărsături; slăbiciune; iritabilitate, tulburări de judecată; sincopă în efort.

40... 50 Unele din simptomele şi semnele de mai sus dar mai severe, cu posibilitate de colaps şi sincopă.

50...60 Posibil comă, cu convulsii intermitente şi respiraţie Cheyne-Stokes.

60... 70 Comă cu convulsii intermitente; respiraţie şi activitate cardiacă scăzută; posibil deces.

70... 80 Puls slab, respiraţie redusă, risc mare de deces.

72

În tabelul 3, se prezintă unele simptome în raport cu concentraţia de CO din aer.

Tabelul 3 – Simptome în funcţie de concentraţia de CO din aer

Concentraţia CO în aer Procente din

volumul total ml/m3

(ppm) Fracţia din

volumul total

Proporţia de CO ml/100 ml de COHb

în sânge [%] Simptome

0,0025 2,5 1/400000 0,25 0,065 - 0,001 10 1/100000 1,05 0,26 -

0,01 100 1/10000 9,6 2,4 Dureri de cap, respiraţia se

intensifică, în special la eforturi foarte mari

0,05 500 1/2000 34,4 8,6 Dureri mari de cap, tulburarea vederii

0,1 1000 1/1000 51,5 12,9 Sincopă, accelerarea respiraţiei şi pulsului

0,2 (doză mortală) 2000 1/500 68 17 Comă spre deces 0,5 5000 1/200 84 21 Deces rapid

Intoxicaţia este influenţată de o serie de alţi factori: – vârsta: copiii sunt mai sensibili decât adulţii, datorită frecvenţei mai mari a respiraţiei; – sexul: femeile în general, mai puţin cele gravide, suportă mai uşor CO decât bărbaţii; – diverse alte afecţiuni (tuberculoza, silicoza, anemie, asteroscleroza etc.); – microclimatul (temperatură, presiune, umiditate); – existenţa în aer pe lângă CO, a altor substanţe nocive: H2S, HCl, anhidridă sulfuroasă.

Intoxicaţia acută se manifestă prin: senzaţie de tensiune şi pulsaţii în tâmple, ameţeli, zgomote în urechi şi oboseală; în fază avansată apar: greţuri, vărsături, pierderea cunoştinţei.

Dacă o persoană a fost intoxicată cu CO, aceasta se evacuează din mediul viciat, după care se efectuează respiraţie artificială şi oxigenoterapie; medicul trebuie anunţat în timp real.

6. Măsuri generale de prevenire a intoxicaţiilor/accidentelor

Pentru prevenirea riscurilor/pericolelor determinate de intoxicaţiile cu CO, este necesar, dar nu suficient, să se respecte următoarele măsuri:

– să se utilizeze aparate casnice numai după ce au fost consultate cărţile tehnice ale acestora;

– să se verifice periodic modul de etanşare a instalaţiilor casnice, industriale etc., şi modul cum acestea funcţionează în parametrii de fiabilitate prestabiliţi, prin asigurarea ventilaţiei dirijată, organizată natural, mecanic, după caz;

– să se utilizeze substanţe odorizante, necesare sesizării eventualelor scăpări de gaze; – să se controleze periodic prin determinări/măsurători punctuale/locale, concentraţiile de

CO din aer; – în lipsa aparatelor individuale de protecţie/respitaţie, cu oxigen în butelii, să se utilizeze

de către personalul pentru intervenţie, din serviciile specializate, după caz, numai măşti individuale cu cartuş filtrant de hopcalită (amestec de 2MnO , OAg 2 , CuO ), care transformă CO în 2CO ;

– pentru fumători, este obligatoriu, conform cu legislaţia în vigoare, organizarea locurilor pentru fumat cu respectarea reglementărilor conexe;

– în cazurile în care, pentru zone, locaţii, spaţii etc., ale operatorilor economici, managerul, a dispus prin act de autoritate, interdicţia introducerii, obiectelor necesare pentru fumat (chibrituri, brichete etc.), măsura se aplică în mod permanent;

– instruirea şi verificarea periodică a personalului din operatorii economici, care se supun legislaţiei/se află sub incidenţa referitoare la conceptul de pericol la explozie;

– fumatul în spaţiile publice închise, este interzis; fumatul este permis în spaţii special amenajate în acest sens, cu respectarea următoarelor condiţii obligatorii:

să fie construite astfel încât, să deservească doar fumatul şi să nu permită pătrunderea aerului viciat în spaţiile publice închise;

să fie ventilate corespunzător, astfel încât nivelul noxelor să se afle sub nivelurile noxelor maxime admise;

fac excepţie, barurile, restaurantele, discotecile etc., în condiţiile respectării cerinţelor anterior specificate.

73

Personalul din serviciile specializate, profesioniste etc., care desfăşoară activităţi în locaţii, zone, spaţii etc. şi care relevă intervenţia şi controlul unor situaţii cu risc/pericol (persoane care suferă de: anemie, epilepsie, boli cronice ale sistemului nervos central, cardiovasculare etc.) nu este admis la examenul clinic medical.

Bibliografie

[1] Tatu, M. – Medicina Muncii, Editura Viaţa Românească, Bucureşti, 1999. [2] Eliza, G. – Toxicologie, Editura Medicală, 2004. [3] Cotrău, M., Popa, L., Stan, T., Preda, N., Kineses, M. – Toxicologie, Editura Ajtay, 1991. [4] Dănilă, M., Cotrău, M. – Ghid de date toxicologice, 1984. [5] Mogoş, Gh. – Intoxicaţiile acute, 1981. [6] Turcanu, P. – Medicina muncii, Institutul de Medicină, Timişoara, 1978. [7] Cuparencu, B. – Farmacologie pentru medici, vol. 2, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1978. [8] Cotrău, M., Proca, M., Zanoschi, V. – Medicină veterinară, Institutul Agricol Iaşi, 1977. [9] Bedeleanu, D., Kory, M. – Metabolismul medicamentelor, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1976. [10] Mureşan, V., Simionovici, M. – Standardizarea biologică a medicamentelor. Calculul statistic în biologie. Determinarea toxicităţii, Editura Medicală, Bucureşti, 1955. [11] Flucuş, I., Popescu, G., Burţilă, C., Dolha, S. – Efecte ale unr gaze rezultate la incendii. Riscuri, Lucrările Sesiunii de Comunicări ştiinţifice cu participare internaţională a studenţilor „SIGPROT-2005”, Academia de Poliţie “Alexandru Ioan Cuza”, Facultatea de Pompieri, ediţia a II-a, Bucureşti, 2005, Editura Printech, 2005. [12] Grădinaru, C., Popescu, G. – Evaluarea riscurilor pentru securitatea factorului uman la intervenţia pentru stingerea incendiilor, Proiect de lucrare de diplomă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti, 2002. [13] Stanciu, C., Popescu, G. – Evaluarea unor riscuri în domeniul prevenirii incendiilor. Securitatea factorului uman, Proiect de lucrare de diplomă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti, 2002. [14] Burţilă, C., Popescu, G. – Protecţia mediului. Influenţa incendiilor şi substanţelor de stingere asupra mediului, Proiect de lucrare de diplomă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti, 2006. [15] Movileanu, D., Popescu, G., Darie, E. – Prevenirea surselor de aprindere cu natură neelectrică. Fenomenul de autoaprindere, Proiect de lucrare de diplomă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti, 2009; [16] Surdu, C., Popescu, G., Darie, E. – Prevenirea incendiilor la instalaţiile electrice, Proiect de lucrare de diplomă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti, 2009; [17] Mărţuică, O., Popescu, G., Pavel, D. – Prevenirea incendiilor/exploziilor la transporturile fluviale, Proiect de diplomă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti, 2009; [18] Darie, E., Popescu, G., Burlacu, L. – Efecte ale unor gaze rezultate la incendii. Riscuri, Conferinţa tehnico-ştiinţifică „Instalaţii pentru construcţii şi economia de energie”, ediţia a XV-a (7-8) iulie 2005, Iaşi, Editura Cermi, 2005. [19] Popescu, G., Burţilă, C., Dolha, S., Pipirigă, L., Achim, M. – Riscuri şi efecte ale unor gaze rezultate la incendii, Buletinul Pompierilor nr. 2/2006, Editura Ministerului Administraţiei şi Internelor, Bucureşti, 2007. [20]***NP- I7/2002 Normativ pentru proiectarea şi executarea instalaţiilor electrice cu tensiuni până la 1000 V c.a. şi 1500 V c.c., Editura Impuls, Bucureşti, 2002. [21]***SR ISO 8421-1/1999 – Protecţia împotriva incendiilor.Vocabular.Termeni generali şi fenomene ale incendiilor. [22]***Legea nr. 307/2006 – Lege privind apărarea împotriva incendiilor, Monitorul Oficial al României nr. 633 din 21 iulie 2006. [23] Gofiţă, M., Eminovici, A, Drăgoi, M., Sbora, Ş., Gofiţă, E., Popescu, G. – Principalele gaze rezultate la incendii. Riscuri/pericole/consecinţe, Lucrările sesiunii de comunicări ştiinţifice cu participare internaţională a studenţilor “SIGPROT-2009”, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie “Alexandru Ioan Cuza“. [24]***Legea nr. 349/2002 – Lege pentru prevenirea şi combaterea efectelor consumului produselor din tutun, Monitorul Oficial al României nr. 435 din 21 iunie 2002. [25] Gofiţă, E., Popescu, G., Galan, D., Popescu, S., Sbora, L. – Principalele gaze rezultate la incendii. Riscuri/pericole, Conferinţa cu ocazia celebrării Zilei Mondiale pentru Sănătatea şi Securitatea la Locul de Muncă, „Riscuri emergente şi noi forme de prevenire într-o lume a muncii în schimbare“, Bucureşti, 28 aprilie, 2010. [26] Gofiţă, E., Popescu, G., Galan, D., Popescu, S., Sbora, L. – Principalele gaze rezultate la incendii. Riscuri/pericole, International Scientific Session - Internal Affairs and Justice in the Process of the European Integration and Globalization, 3rd Edition, (13-14) mai, 2010, Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu participare internaţională „SIGPROT-2010“, “Alexandru Ioan Cuza”, Facultatea de Pompieri.

74

EVALUAREA ENERGIEI ELECTROSTATICE PENTRU DISPERSII DE PRODUSE INFLAMABILE

Locotenent-colonel lector univ. dr. ing. Garibald POPESCU

Locotenent-colonel conf. univ. dr. ing. Emanuel DARIE Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”– Facultatea de Pompieri

Conf.univ.dr.ing. Eleonora DARIE Universitatea de Construcţii Bucureşti – Facultatea de Utilaj Tehnologic

Rezumat Articolul pune în evidenţă o serie de termeni care fac referire la prevenirea incendiilor/exploziilor. Corespunzător, a fost realizat un model de evaluare a energiei electrostatice pentru dispersii de substanţe inflamabile şi s-au emis unele măsuri de prevenire.

Terminologie Atmosferă explozivă – amestec de gaze, vapori sau pulberi/prafuri combustibile cu aer, în

condiţii atmosferice normale şi concentraţii cuprinse între limitele inferioară şi superioară de explozie, pentru care, la inflamare/autoinflamare, aprindere/autoaprindere, arderea se propagă în întregul amestec.

Electricitate statică – energie de natură electrică care apare datorită unor fenomene electrochimice, frecărilor, încălzirii şi deformării corpurilor, plasării acestora într-un câmp electric, precum şi ca urmare a altor acţiuni fizice care presupun deplasarea relativă a suprafeţelor de contact; dacă energia acumulată se disipă într-o descărcare electrică, se poate iniţia explozia unor amestecuri inflamabile/combustibile, în cazul în care aceasta este mai mare decât energia minimă de aprindere a acestora.

Energie minimă de aprindere – valoarea minimă a energiei din canalul unei descărcări electrice care conduce la aprinderea unui amestec inflamabil de aer cu gaze, vapori, ceţuri de G.P.L. etc., pulberi/prafuri aflate între limitele de inflamabilitate/aprindere.

Limită de explozie – valoare minimă sau maximă a concentraţiei unei substanţe combustibile în aer sau în oxigen, pentru care explozia devine posibilă; limitele inferioară şi superioară sunt indicate, pentru gaze şi vapori, prin concentraţia în % vol., iar pentru prafuri (pulberi) în g/m3.

Limită inferioară de explozie (LIE) – concentraţia minimă a gazelor, a vaporilor sau a pulberilor (prafurilor) combustibile în aer, la care se poate genera explozia; sub limita inferioară de explozie, amestecul nu poate să genereze explozie, datorită excedentului de aer.

Limită superioară de explozie (LSE) – concentraţia maximă a gazelor, a vaporilor sau a pulberilor (prafurilor) combustibile în aer, la care se poate genera explozia; peste limita superioară de explozie, amestecul nu poate să genereze explozie, din cauza deficitului de aer. Pericol – stare care precede unui anumit tip de eveniment (electrocutare, incendiu, explozie etc.) în procesul muncii sau după caz, în cadrul activităţilor domestice.

Temperatură de aprindere – temperatura minimă la care un material combustibil degajă vapori sau gaze combustibile într-o anumită cantitate, astfel încât după aprinderea/inflamarea acestora de la o sursă de aprindere, materialul continuă să ardă fără aport caloric din exterior.

75

Temperatură de inflamabilitate – temperatura minimă, începând de la care, în condiţii de încercare specificate, un lichid degajă o cantitate suficientă de vapori inflamabili pentru a produce o aprindere de scurtă durată, în contact cu o sursă de aprindere.

1. Elemente generale referitoare la dispersiile de produse inflamabile În procesele tehnologice din industrie, atunci când lichide, vapori ai lichidelor, gaze

inflamabile sub presiune sunt refulate/dispersate prin orificii cu secţiune redusă, au loc, intense procese de încărcare electrostatică, datorită în principal fenomenelor de frecare cu elementele solide ale: instalaţiilor, armăturilor (conductelor, ventile etc.) şi cu straturile de aer din atmosferă.

Aceste fenomene pot fi generate în principal datorită: - jeturilor determinate de supraîncărcarea unor rezervoare cu produse inflamabile; - scăpărilor/pierderilor de gaze depozitate/comprimate la presiuni mari, cu

refulare/descărcare în atmosferă; - jeturilor generate la refularea unor lichide aflate la presiune mult mai mare decât

presiunea atmosferică ( p MPa1,0≅ ): ruperea/deteriorarea totală/parţială a unor elemente tehnice cum sunt de exemplu, racordurile unor conducte etc.; porilor rezultaţi, urmare realizării unor operaţii de sudare, coroziunii, neetanşeităţilor/deteriorărilor uneia/mai multor garnituri.

Dispersia în atmosferă a unor substanţe inflamabile este determinată de anumite cauze tehnice, care pot genera apariţia norilor sub formă dispersă şi care se pot încărca electrostatic.

Fenomenul reprezintă, în esenţă, suprapunerea a două domenii de studiu: hidraulică şi electrostatică.

Pentru evaluarea riscului de incendiu/explozie, determinat de procesele de încărcare electrostatică la norii de produse inflamabile, elementul determinant îl reprezintă energia electrostatică rezultată. 2. Evaluarea energiei electrostatice pentru dispersii de substanţe inflamabile

2.1 Ipoteze simplificatoare

Pentru evaluarea energiei electrostatice a dispersiilor care au în conţinut gaze/vapori inflamabili, este necesar să se adopte următoarele ipoteze simplificatoare:

- dispersia lichidelor inflamabile/gazelor se generează la valori diferite ale presiunilor în zona de refulare, situaţie care generează un proces de încărcare electrostatică, neuniform ;

- dispersia se realizează în atmosferă la presiune atmosferică (p MPa1,0≅ ), având densitatea 328,1 mkg=ρ , la temperatură constantă/presiune constantă a mediului ambiant;

- în atmosferă, la nivelul solului, se consideră că nu se generează turbulenţe a maselor de aer care să afecteze geometria dispersiei;

- încărcarea cu sarcină electrică are loc exclusiv, datorită proceselor intense de frecare, între straturile de substanţe inflamabile/gaze cu suprafeţele de contact şi/sau cu aerul din atmosferă;

- dispersia se repartizează spaţial, iar forma dispersiei/norului astfel generat, poate fi asimilată unei forme geometrice regulate de tip sferă/semisferă;

- dispersia produselor de lichide inflamabile/gaze se realizează direct în atmosferă. Determinarea energiei electrostatice pentru nor dispers se realizează utilizând teorema lui Gauss pentru calculul fluxului electric Ψ, scrisă sub forma: ţ

∫∫ ⋅==⋅=Ψv

vS

dvqsdD ρ.intrr

, (1)

în care D este inducţia electrică, ds - element de arie de pe suprafaţa de calcul S care mărgineşte volumul v, qint. - sarcina electrică aflată în interiorul suprafeţei închise S, dv - elementul de volum, iar ρv = dqint./dv - densitatea de volum a sarcinii electrice.

76

2.2 Modelul norului de dispersie cu formă sferică/semisferică Se consideră o suprafaţă sferică S ca în figura nr. 1, de rază r, concentrică cu sfera de rază R, care aproximează forma dispersiei. În acest caz, vectorul câmp electric este radial, iar valoarea sa depinde numai de distanţa r, până la centrul sferei:

∫ ∫ ∫ ⋅⋅⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=ΨS S S

DrSDdsDdsDsdD 24 πrr. (2)

În relaţia (2) s-a notat cu S aria suprafeţei sferei de rază r. Intensitatea câmpului electric E, în exteriorul sferei (r ≥ R) admite expresia:

24 rqDE⋅⋅⋅

==επε

. (3)

În relaţia (3) s-a considerat că întreaga sarcină electrică a dispersiei are valoarea q şi este concentrată în centrul sferei care modelează dispersia. Potenţialul V într-un punct aflat la distanţa r de centrul sferei rezultă:

∫∫ ∫∞∞ ∞ ⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

⋅=⋅=⋅−=

rr r

rq

rdrqdrErdEV

επεπ 44 2

rr. (4)

Intensitatea câmpului electric E, în interiorul sferei (r < R), care modelează dispersia, rezultă din relaţia (2). Pentru determinarea sarcinii electrice, qint. cuprinsă în interiorul sferei de rază r, se consideră că dispersia este caracterizată de densitatea constantă a sarcinii de volum ρv:

=⋅⋅

=3

34 R

qv

πρ const. ,

şi deci

3

33

.int 34

Rrqrq v ⋅=⋅π⋅⋅ρ= . (5)

Rezultă astfel că:

rRr

rqDE v ⋅

⋅=⋅

⋅⋅⋅==

ερ

επε 34 3

3

2 . (6)

Din relaţia (6) se observă faptul că, în interiorul sferei care modelează dispersia, intensitatea câmpului electric, creşte proporţional cu distanţa r de la centrul sferei.

Potenţialul electric într-un punct aflat la distanţa r de centrul sferei rezultă:

ϕ dϕ

θ dθ

r⋅sinθ

ds

dr

r

R

O P

M

R r

Figura 1 - Calculul potenţialului electric pe suprafaţa sferei de rază R.

S

77

∫ ∫∫ ∫∞∞ ∞

⋅−⋅−=⋅−=⋅−=R r

R

r r

drEdrEdrErdEV rr. (7)

Dacă în relaţia (7) se introduc expresiile (3) şi (6) ale câmpului electric, în exteriorul şi respective, în interiorul sferei care modelează dispersia se obţine:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−⋅⋅⋅⋅

⋅=⋅⋅⋅⋅⋅

−⋅⋅⋅⋅

−= ∫ ∫∞

2

2

32 31

423

44 Rr

Rq

Rdrrqdr

rqV

R r

R επεπεπ. (8)

Din relaţia (8) se observă faptul că, în centrul sferei care modelează dispersia (r = 0), potenţialul electric V0 , are expresia:

R

qV⋅⋅⋅

⋅=επ42

30 , (9)

iar din relaţia (6) rezultă că, în centrul sferei de rază R, intensitatea câmpului electric E0 = 0. Densitatea de energie w a câmpului electric se poate calcula din relaţia:

ε

ε2

2

21

21

21 DEDE

dvdWw ⋅=⋅⋅=⋅⋅== . (10)

Pe baza relaţiilor (3) şi (6) rezultă: - în exteriorul sferei de rază R energia totală We în câmpul electric este:

∫ ∫∞

⋅ε⋅π⋅⋅=⋅⋅π⋅⋅⋅ε⋅=⋅=

V Re R

qdrrEdvwW42

1421 2

22 ; (11)

- în interiorul sferei de rază R, energia totală Wi în câmpul electric este:

∫ ∫ =⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅=V

R

i drrEdvwW0

22 421 πε

Rq

⋅⋅⋅⋅

επ4101 2

. (12)

Energia totală W acumulată în câmpul electric determinat de dispersia încărcată cu sarcina electrică totală q, admite expresia:

R

qRWWW vie ⋅⋅⋅

⋅=⋅⋅

⋅=+=επε

ρπ45

3154 252

. (13)

Acelaşi rezultat se obţine dacă se calculează energia totală W pe baza relaţiei:

∫ ⋅⋅= dqVW21 . (14)

Sarcina electrică dq poate fi calculată din relaţia: drrdvdq vv ⋅⋅⋅⋅=⋅= 24 πρρ , (15) în care s-a luat în consideraţie o coajă sferică de rază r (r < R) şi de grosime dr.

Având în vedere expresia (8) a potenţialului electric în interiorul sferei de rază R, precum şi expresia (15) a sarcinii electrice dq, energia totală W rezultă din relaţia (14):

∫ ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=R

v Rqdrr

Rr

RqW

0

22

2

2

4534

31

423

21

εππρ

επ, (16)

expresie identică cu relaţia (13). Pentru stabilirea unei relaţii de forma (4), pentru calculul potenţialului VR pe suprafaţa sferei

de rază R se poate utiliza relaţia:

∫⋅

⋅⋅⋅

=V

vR d

dvV ρεπ4

1 , (17)

în care d este distanţa dintre punctul P şi punctul M de pe suprafaţa sferei încărcată cu sarcină electrică de densitate de volum ρv; elementul de volum dv, în coordonate sferice, are expresia: ϕθθ dddrrdrdsdv ⋅⋅⋅⋅=⋅= sin2 . (18)

78

În relaţia (4) r este raza unei sfere concentrice cu sfera de rază R (r < R), θ - unghiul azimutal, ϕ - unghiul ecuatorial, iar aria ds a dreptunghiului curbiliniu pe suprafaţa sferei de rază r are valoarea: ϕθθ ddrds ⋅⋅⋅= sin2 . (19)

Distanţa d dintre punctul P şi punctul M aflat în centrul elementului de volum dv rezultă din triunghiul OMP: θcos222 ⋅⋅⋅−+= rRRrd . (20)

Potenţialul VP al punctului P aflat pe sfera de rază R, plecând de la relaţia (17) şi relaţiile (18) şi (20), rezultă din expresia:

∫ ∫ ∫⋅

⋅⋅⋅−+

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=

Rv

PrRRr

dddrrV0 0

2

022

2

cos2sin

4

π π

θ

ϕθθεπ

ρ. (21)

Calculul integralei (21) conduce la rezultatele:

∫⋅

⋅=π

πϕ2

0

2d (22)

respectiv:

RrRRr

d 2

cos2

sin

022

=⋅⋅⋅−+

⋅∫π

θ

θθ . (23)

Pentru rezolvarea integralei (23) a fost utilizată notaţia: θcos222 ⋅⋅⋅−+= rRRrx . (24) Prin derivarea relaţiei (24) în raport cu unghiul θ se obţine:

θθ drRdx ⋅⋅⋅⋅= sin2 , sau

rR

dxd⋅⋅

=⋅2

sin θθ . (25)

Utilizând notaţia (24) şi expresia (25), integrala (23) devine:

R

xrRx

dxrR

rR

rR

rR

rR

222

12

1 2

2

2

2

)(

)(

)(

)(

=⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

+

−

+

−∫ ,

rezultat care este indicat în relaţia (23). Având în vedere rezultatele (22) şi (23), integrala (21) devine:

2

0

2

32

42

RdrRrV v

Rv

P ⋅⋅

=⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

= ∫ ερ

επρπ

. (26)

Dacă se are în vedere faptul că, sarcina electrică totală q cuprinsă în sfera de rază R admite expresia:

vRq ρπ

⋅⋅⋅

=3

4 3

, (27)

relaţia (26), poate fi scrisă şi sub forma:

R

qVP ⋅⋅⋅=

επ4. (28)

Intensitatea câmpului electric EP, pe suprafaţa sferei de rază R, valoare care se ia în calculul riscului/pericolului de apariţie a unei descărcări electrice la marginea norului de dispersie şi care ar putea iniţia aprinderea/inflamarea amestecului admite expresia:

RR

qVE vPP ⋅

⋅=

⋅⋅⋅=−=

ερ

επ 34grad 2 . (29)

79

Din relaţia (28) se poate calcula capacitatea electrică C a dispersiei:

RVqCP

⋅⋅⋅== επ4 . (30)

3. Riscul/pericolul iniţierii unui incendiu/unei explozii la norii de produse inflamabile

Riscul/pericolul de iniţiere a unui incendiu sau a unei explozii, în cazul unor dispersii

formate din picături de vapori ai unor lichide inflamabile sau după caz, gaze, depinde de: temperatura de inflamabilitate a lichidului, probabilitatea de apariţie a descărcării electrice între limitele de inflamabilitate ale dispersiei, sarcina electrică totală a norului, energia disipată în canalul de descărcare electrică etc.

În procesele tehnologice din industrie, cauzele cele mai frecvente ale pierderilor de lichide/gaze inflamabile, sunt determinate în principal de: deteriorarea, ruperea, cedarea, nefuncţionarea după caz, a garniturilor de etanşare, armăturilor, flanşelor, ventilelor acţionate mecanic/automatizat, supapelor de siguranţă, conductelor etc.

Energia electrostatică acumulată în norii de dispersie poate fi calculată din relaţia (13), în care se observă faptul că, energia norului, cu densitate constantă de sarcină volumică ρv, variază cu puterea a 5-a a razei acestuia.

De asemenea, din cercetările realizate în occident, rezultă faptul că, intensitatea câmpului electric la extremitatea norului nu depăşeşte 200 kV/m, valoare care se află sub cea la care apar fenomene de descărcare electrică.

Pentru aer neimpurificat şi uscat, intensitatea câmpului electric la care se iniţiază fenomene de descărcare electrică este de circa 3000 kV/m.

Valorile indicate ca rezultat al cercetărilor realizate, pune în evidenţă faptul că, teoretic, iniţierea unor fenomene de descărcare electrică şi deci aprinderea/inflamarea norilor de dispersii, pare improbabilă, deşi energia acumulată în nor este mult mai mare decât energia minimă de aprindere.

Dacă sarcina electrică a norului este transferată parţial unui element metalic al instalaţiei, izolat electric şi aflat în apropiere, în puncte ale acestuia pot să fie generate valori ale câmpului electric la care se pot dezvolta fenomene de descărcare electrică.

Apariţia în astfel de situaţii a unui canal de descărcare, prin intermediul căruia se disipă energia transferată, poate conduce la aprinderea/inflamarea norului dispers.

Densitatea de volum a sarcinii electrice, într-un nor de dispersie, poate să admită valori de (102…103) μC/m3.

Concluzii Analiza datelor experimentale determinate de generarea dispersiilor de produse inflamabile

pune în evidenţă următoarele date: - încărcarea cu sarcină electrică a picăturilor de hidrocarburi, la refularea printr-un

orificiu, este un fenomen rar întâlnit în cazul deversărilor de etilenă, propilenă sau gaze lichefiate din sistemele de depozitare;

- având în vedere posibilitatea transferului sarcinilor electrice, în mod total sau parţial, către obiectele metalice din apropiere, pentru evaluarea riscului de iniţiere a unui incendiu/unei explozii, trebuie luată în calcul energia totală acumulată în norul dispers;

- cazul analizat, al picăturilor cu dimensiuni reduse, corespunde situaţiei în care au loc pierderi dintr-un rezervor la înaltă presiune, valoarea sarcinii spaţiale în acest caz (cu picături fine) fiind în medie cu unul sau două ordine de mărime mai mare decât în cazul picăturilor mari (în unele cazuri extreme, diferenţele sunt chiar de patru ordine de mărime);

80

- sarcina electrică a picăturilor mari, în general, admite o singură polaritate, pe când în cazul picăturilor fine pot să apară încărcări cu ambele polarităţi;

- deşi teoretic, intensitatea maximă a câmpului electric la periferia norului cu produse inflamabile nu depăşeşte 200 kV/m (mult sub valoarea de iniţiere a proceselor de descărcare electrică în aer curat), obiecte metalice puse la pământ şi care se află în interiorul norului pot determina deformarea câmpului electric şi apariţia condiţiilor de iniţiere a unor procese de descărcare electrică; de asemenea, trebuie luată în considerare posibilitatea existenţei unor încărcări neuniforme ale norilor şi deci apariţia unor puncte cu valori ridicate ale câmpului electric; se observă astfel că, în toate cazurile în care se pot genera amestecuri tipice de hidrocarburi - aer, există un risc relativ mare de apariţie a unor situaţii de tipul incendiu/ explozie.

Bibliografie [1] Mocanu, C.I. – Bazele electrotehnicii, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1991. [2] *** Electricitatea statică. Prevenirea inconvenientelor şi riscurilor provocate de electricitatea statică, Ministerul Industriei Chimice, Bucureşti, 1978. [3] Napier, D., H., Rossel, D.A. – Aspecte ale riscului privind electrizarea statică la dispersia lichidelor organice, Caiet selectiv, Editura Ministerului Industriei Chimice şi Petrochimice, Bucureşti, 1989. [4] Golovanov, N., Popescu, G., Dumitrana, T., Coatu, S. – Evaluarea riscurilor generate de descărcările electroststice, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000. [5] Popescu, G., Darie, E., Darie, El. – Evaluarea energiei electrostatice pentru dispersii de produse inflamabile. Riscul de incendiu/explozie, Sesiunea de comunicări ştiinţifice „Protecţia civilă, apărarea împotriva dezastrelor şi gestionarea situaţiilor de urgenţă“, „PROCIV - 2009”, 19 februarie 2009, Editura Printech, 2009. [6]***SRISO 8421/1 - 1999 – Vocabular. Termeni din domeniul protecţiei împotriva incendiilor, Institutul Român de Standardizare, Bucureşti, 1999. [7] Popescu, G., Bălănescu, L. – Prevenirea incendiilor la autovehicule, Editura Ministerului Administraţiei şi Internelor, Bucureşti, 2005. [8] Popescu, G., Darie, E., Dragoş, P.I. ş.a. – Riscul de incendiu/explozie generat de electricitatea statică la alimentarea cu carburant a aeronavelor, a IV-a, Sesiune ştiinţifică cu participare internaţională a studenţilor din Facultatea de Pompieri a Academiei de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza” „SIGPROT- 2007”, Bucureşti, 18 mai 2007, Editura Printech, Bucureşti, 2008. [9] Popescu, G., Pavel, D., ş.a. – Elemente generale şi specifice referitoare la ecuaţia cauzei de incendiu. Măsuri de prevenire a incendiilor/exploziilor, Conferinţa ”SIGPROT 2007”, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”. [10] Popescu, G. – Elemente de fenomen privind producerea sarcinilor electrostatice la încărcarea sau descărcarea cisternelor auto sau de cale ferată, “Alo, 981!”, nr. 6 (36)/1995. [11]Golovanov, N., Popescu, G. – Fenomene de încărcare electrostatică în industrie, ca surse de incendii şi explozii - Îndrumător legislativ, economic şi tehnic, nr. 428/431/1999, Editura I.L.E.T., Bucureşti, 1999. [12] Popescu, G., Vâlceanu, D. – Modele fizico-matematice utilizate la evaluarea riscurilor de incendiu/explozie. Măsuri de prevenire a riscurilor, Lucrare de licenţă, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza “, Bucureşti, 2009. [13] Popescu, G., Darie, E., Darie, El. – Evaluarea energiei electrostatice pentru dispersii de produse inflamabile.Riscul de incendiu/explozie, Sesiunea de comunicări ştiinţifice “Protecţia civilă, apărarea împotriva dezastrelor şi gestionarea situaţiilor de urgenţă”, 19 februarie 2009, Editura Printech, 2010. [14] Popescu, G., Darie, E, Darie, El. -– Evaluarea energiei electrostatice pentru dispersii de produse inflamabile, International Scientific Session - Internal Affairs and Justice in the Process of the European Integration and Globalization, 3rd edition, (13-14) mai, 2010/Sesiunea de comunicări ştiinţifice cu participare internaţională „SIGPROT-2010“, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”.

81

MODELAREA CURGERII NEIZOTERME A FLUIDELOR ÎN CONDUCTE

Conf. univ. dr. ing. Emanuel DARIE Lector univ. dr. ing. Garibald POPESCU

Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza” Conf. univ. dr. ing. Eleonora DARIE

Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti

Abstract This work shows the modeling of various non isothermal flows in a cross-junction of pipes, using the powerful software ANSYS. Varying the inlet velocity flow in the pipes, and the temperature of the fluid, will result in a specific flow pattern in the core of the main stream and also at the outlet of the main pipe. The re-circulating flow which may appear at the cross-junction of the pipes is a result of different fluid velocities at the inlet flow sections. Pentru modelarea curgerii neizoterme a fluidelor s-a considerat o reţea formată din patru

conducte, din care una este considerată principală. Celelalte trei conducte se intersectează cu conducta principală sub un unghi drept, ascuţit sau prin intermediul unui cot de unghi diferit. Modelarea se va face cu ajutorul programului ANSYS, respectându-se în general, următoarele etape:

a) setarea mediului de calcul; b) definirea tipului de element finit; c) precizarea sistemului de unităţi de măsură utilizat; d) crearea punctelor cheie de calcul; e) crearea liniilor de contur şi a zonei de calcul; f) crearea reţelei de elemente finite pe zona de calcul; g) stabilirea proprietăţilor fluidului de lucru (în cazul de faţă – apa); h) setarea modalităţii de calcul utilizate; i) stabilirea condiţiilor la limită pe conturul zonei de calcul; j) executarea rulării programului cu datele introduse la paşii precedenţi; k) postprocesarea rezultatelor obţinute în urma rulării (grafice de contur şi vectoriale ale

câmpului de viteze din zona de calcul). Într-o primă etapă, se stabileşte planul de lucru, urmând apoi să se plaseze pe acesta,

punctele-cheie ce delimitează zona de calcul. Acestea sunt date în tabelul următor:

Punct cheie Coordonata X[m] Coordonata Y[m] 1 0 0 2 0,04 0 3 0,01 -0,03 4 0,02 -0,04

82

5 0,06 0 6 0,08 0 7 0,08 -0,04 8 0,09 -0,04 9 0,09 0

10 0,14 0 11 0,14 0,02 12 0,08 0,02 13 0,1 0,04 14 0,14 0,04 15 0,14 0,05 16 0,08 0,05 17 0,07 0,02 18 0 0,02

Punctele-cheie sunt introduse pe conturul zonei de calcul în sens anti-orar, ca în figura 1.

Fig. 1 – Punctele-cheie

Prin unirea punctelor-cheie se obţin liniile ce vor defini conturul zonei de calcul. Experienţa a demonstrat că este de preferat să se construiască o singură zonă de calcul, mai ales atunci când se lucrează cu un singur fluid de lucru. În acest fel se va construi foarte uşor zona de calcul, nefiind necesară joncţiunea dintre diferitele subzone componente (vezi figura 2). În figura 3 se prezintă zona de calcul. În continuare se defineşte tipul de element finit utilizat (în cazul de faţă – FLUID141, ca în figura 4). Acum se pot introduce proprietăţile fluidului de lucru – în principal, densitatea şi vâscozitatea apei la temperaturile considerate (vezi figura 5). Mai departe se realizează reţeaua de elemente finite, în mai multe etape: una iniţială, mai grosieră, urmată de patru rafinări succesive necesare, mai ales în zona de intersecţie a conductelor (figura 6).

Fig. 2 – Construirea liniilor ce delimitează zona de calcul

83

Fig. 3 – Zona de calcul

Fig. 4 – Alegerea tipului de element finit caracteristic curgerii studiate

Fig. 5 – Introducerea proprietăţilor fluidului de lucru

84

Fig. 6 – Reţeaua de elemente finite

Fig. 7 – Stabilirea condiţiilor la limită

În figura 7 sunt introduse condiţiile la limită (viteze şi temperaturi cunoscute în secţiunile de intrare, viteză nulă pe restul conturului şi presiune nulă în secţiunea de ieşire). Viteza este 0,5 m/s la toate intrările cu excepţia celei superioare unde este – 1 m/s (semnul negativ indică faptul că viteza are sensul opus axei x). Graficul de contur al câmpului de viteze, graficul vectorial şi un detaliu în zona de intersecţie a conductelor sunt prezentate în figurile 8, 9 şi respectiv 10. Crescând apoi viteza la intrarea inferioară înclinată, la 1,5 m/s se obţin graficele din figurile 11, 12 şi 13.

Fig. 8 – Graficul de contur al câmpului de viteze

85

Fig. 9 – Graficul vectorial al câmpului de viteze

Fig. 10 – Detaliu al graficului vectorial al câmpului de viteze

Fig. 11 – Graficul de contur al câmpului de viteze pentru o viteză de intrare crescută

pe ramura inferioară înclinată (1,5 m/s)

86

Fig. 12 – Graficul vectorial al câmpului de viteze pentru o viteză de intrare crescută


Fig. 13 – Detaliu grafic vectorial al câmpului de viteze, pentru o viteză de intrare crescută


În figurile 14, 15 şi 16 sunt prezentate rezultatele obţinute pentru viteze de intrare în secţiunea principală şi în cea înclinată inferioară, de 2 m/s. Se observă în această situaţie o creştere a vitezei de ieşire la valori ce depăşesc 5 m/s.

Fig. 14 – Graficul de contur al câmpului de viteze, pentru viteze de intrare

în secţiunea principală şi în cea inferioară înclinată, de 2 m/s

87

Fig. 15 – Graficul vectorial al câmpului de viteze, pentru viteze de intrare în secţiunea principală şi

în cea inferioară înclinată, de 2 m/s

Fig. 16 – Graficul de contur al câmpului de viteze pentru situaţia în care şi la intrarea superioară,

viteza de intrare devine 2 m/s

În figura 16, pentru o viteză în secţiunea de intrare superioară de 2 m/s, se observă apariţia unei recirculări a fluidului, de viteză ridicată, în zona de intersecţie a conductelor. Este de dorit să se evite apariţia acestor recirculări ale fluidului, care pot conduce la apariţia unor tensiuni suplimentare şi evident a unei uzuri, mai ales la intersecţia pentru conducta superioară.

Fig. 17 – Graficul de contur al câmpului de viteze pentru conducta superioară, închisă

88

În cazul închiderii conductei superioare, recircularea din secţiunea principală se mută către partea inferioară a acestei secţiuni şi este dublată, în acelaşi timp, de apariţia unei recirculări de viteză mai mică la intersecţia pentru conducta superioară.

Fig. 18 – Graficul vectorial al câmpului de viteze pentru conducta superioară, închisă

Fig. 19 – Detaliu al graficului vectorial al câmpului de viteze, pentru conducta superioară închisă

Modelarea curgerii neizoterme în reţelele de conducte este necesară atât în procesul de

proiectare cât şi în cel de fiabilitate şi siguranţă în funcţionare. Modelul prezentat se poate utiliza cu succes şi la simularea funcţionării joncţiunilor de conducte de alimentare şi disctribuţie cu fluid de stingere al autospecialelor de intervenţie.

Bibliografie [1] Ansys 12. Tutorials. [2] Heat Transfer Handbook, A. Bejan, A. D. Kraus, John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey, U.S.A, 2003. [3] Finite Element Analysis, Moaveni S., P. Hall, Prentice Hall, New Jersey, U.S.A., 1999. [4] Fluent. Tutorials.

89

FACTORUL DE MASIVITATE. PULBERI/PRAFURI COMBUSTIBILE/INFLAMABILE

Locotenent-colonel lectoruniv.dr.ing. Garibald POPESCU Academia de Poliţie „ Alexandru Ioan Cuza” – Facultatea de Pompieri

Sublocotenent ing. Liviu SBORA Inspectoratul pentru Situaţii de Urgenţă „Oltenia” al Judeţului Dolj

Rezumat În articol se prezintă o serie de termeni specifici, unii factori care determină riscul de incendiu/explozie în cazul prafurilor/pulberilor (agricole, metalice, plastice etc.), o serie de aplicaţii şi principalele energii minime de aprindere.

Terminologie

Aprindere – iniţiere a unei arderi. A arde -– a fi în stare de combustie. Ardere/combustie – reacţie exotermă a unei substanţe combustibile cu un comburant, însoţită în general, de emisie de flăcări şi/sau emisie de fum. Comburant – element sau compus chimic care poate produce oxidarea sau arderea altor substanţe. Combustibil – material capabil să ardă. Explozie – reacţie bruscă de oxidare sau de descompunere care produce o creştere de temperatură, de presiune sau ambele, simultan. Flacără – zonă de ardere, în fază gazoasă, cu emisie de lumină. Incendiu – ardere autoîntreţinută, care se desfăşoară fără control în timp şi spaţiu, care produce pierderi de vieţi omeneşti şi/sau pagube materiale şi care necesită intervenţia organizată în scopul întreruperii procesului de ardere.

Atmosferă explozivă – amestec de gaze, vapori sau pulberi/prafuri combustibile cu aerul, în condiţii atmosferice normale şi concentraţii cuprinse între limitele inferioare şi superioare de explozie, în care, în caz de inflamare/autoinflamare/aprindere, arderea se propagă în întreg amestecul.

Condiţii atmosferice normale – sunt considerate ca fiind: presiunile totale ale amestecului cuprinse între 0,08MPa şi 0,11MPa; temperatura amestecului cuprinsă între –200C şi +400C.

Inflamabil – material capabil să ardă cu flacără. Interval de explozie – valori ale concentraţiilor de gaze, vapori sau pulberi/prafuri

combustibile în aer, cuprinse între limita inferioară de explozie şi limita superioară de explozie, .]..;...[. ESLEILIex = .

Limita de explozie – valoarea minimă/maximă a concentraţiei unei substanţe combustibile în aer sau oxigen, pentru care explozia devine posibilă; limitele inferioare/superioare de explozie sunt indicate pentru pulberi/prafuri în g/m3.

Pulverulent – calitate a unui material solid de a fi mărunţit sub formă de pulbere/praf. Praf – microparticule cu dimensiuni de ordinul (10...20)μm; după unii autori (10...850)μm,

rezultate dintru-un material solid; (termenul este parţial sinonim cu pulbere).

90

Electricitate statică – energie de natură electrică care apare datorită unor fenomene electrochimice, frecărilor, încălzirii şi deformării corpurilor, plasării acestora într-un câmp electric, precum şi ca urmare a altor acţiuni fizice care presupun deplasarea relativă a suprafeţelor de contact; dacă energia acumulată, se disipă într-o descărcare electrică, se poate iniţia explozia unor amestecuri inflamabile/combustibile, în cazul în care, aceasta este mai mare decât energia minimă de aprindere a acestora.

Energie minimă de aprindere – valoarea minimă a energiei din canalul unei descărcări electrice care conduce la aprinderea unui amestec inflamabil de aer cu gaze, vapori, ceţuri de G.P.L. etc., pulberi /prafuri aflate între limitele de inflamabilitate/aprindere.

Limită inferioară de explozie – concentraţia minimă a gazelor, a vaporilor sau a pulberilor (prafurilor) combustibile în aer, la care se poate genera explozia; sub limita inferioară de explozie, amestecul nu poate să genereze explozie, din cauza excedentului de aer.

Limită superioară de explozie – concentraţia maximă a gazelor, a vaporilor sau a pulberilor (prafurilor) combustibile în aer, la care se poate genera explozia; peste limita superioară de explozie, amestecul nu poate să genereze explozie, datorită deficitului de aer. Pericol (1) – stare care precede unui anumit tip de eveniment (electrocutare, incendiu, explozie etc.) în procesul muncii sau după caz, în cadrul activităţilor domestice.

Pericol (2) – stare care precede unui eveniment (accident de muncă, incendiu, explozie, etc.); datorită importanţei pe care termenul o prezintă, acesta a fost adus la rang de concept; în relaţia om - maşină/utilaj/instalaţie/activitate/mediu există împrejurări, situaţii etc., care generează pericole controlabile prin măsuri ce poartă numele de măsuri de control; aplicarea acestor măsuri, presupun controlul prin anularea pericolelor; termenul presupune acţiunea factorului uman utilizând măsuri cu timp de acţiune/răspuns, imediat/redus, în sensul că măsurile trebuie aplicate imediat pentru a controla o situaţie dată; în sensul definiţiei, pericolul admite codomeniul de definiţie [ ]1,0 .

Temperatură de aprindere – temperatura minimă la care un material combustibil degajă vapori sau gaze combustibile într-o anumită cantitate, astfel încât după aprinderea/inflamarea acestora de la o sursă de aprindere, materialul continuă să ardă fără aport caloric din exterior.

Temperatură de inflamabilitate – temperatura minimă, începând de la care, în condiţii de încercare specificate, un lichid degajă o cantitate suficientă de vapori inflamabili pentru a produce o aprindere de scurtă durată, în contact cu o sursă de aprindere.

Risc – probabilitate globală de realizare a unui eveniment; (accident de muncă, incendiu, explozie etc.); datorită importanţei pe care termenul o prezintă, acesta a fost adus la rang de concept; în relaţia om-maşină/utilaj/instalaţie/activitate/mediu, există împrejurări, situaţii etc., prin intermediul cărora se pot genera stări care pot fi controlabile doar prin aplicarea de măsuri, denumite în continuare, măsuri de control; aplicarea măsurilor puse în discuţie, presupun controlul şi limitarea riscurilor, prin reducerea acestora, nu prin anularea lor; termenul presupune acţiunea factorului uman utilizând măsuri cu timp de acţiune/răspuns, pe termen lung, prin utilizarea conceptului de previziune; în sensul definiţiei, riscul admite codomeniul de definiţie ( ]1,0 .

1. Iniţierea unui incendiu

Fenomenul de iniţiere a unui eveniment de tip incendiu, se poate defini prin intermediul ecuaţiei: iniţiere incendiu ),,,,(),,,( 43231214321 xxxxxfxxxxf == , (1) iar, dezvoltarea unui incendiu/unei arderi/unei combustii sau post iniţiere incendiu se poate defini prin intermediul ecuaţiei: post iniţiere incendiu = )',','(' 32312 xxxf . (2) Variabilele care intervin în relaţia (1) sunt: 1x - mijlocul sau elemente componente din structura sa; 2x - sursa (de natură electrică sau neelectrică); 31x - primul material care se poate

91

aprinde; 32x - aerul atmosferic care, pentru a contribui la iniţierea unui incendiu este necesar şi suficient să conţină oxigen, la presiune atmosferică ( 1,0≅ MPa), în procent de maximum 21%. Egalitatea dată de relaţiile (1) şi (2) reprezintă condiţia de necesar şi suficient ca un incendiu să se dezvolte în timp şi spaţiu. Egalitatea poartă numele de ecuaţia cauzei unui incendiu/iniţierii unui incendiu.

În ecuaţia (2), după un interval/ perioadă de timp: sursa devine '2x , iar natura sa tinde,

spre ceea ce se numeşte front de flăcări. Dacă, combustibilul/materialul se află în stare solidă, şi este definit prin '

31x , poate să reprezinte o reuniune de materiale, mai mult sau mai puţin combustibile, aflate în spaţiul incendiului, determinate de o serie de elemente caracteristice: factor de masivitate, densitate de volum, nivel/grad de combustibilitate etc.; '

32x , se defineşte ca fiind, cantitatea de oxigen în aer, modificată din punct de vedere al concentraţiei, după cum spaţiul în care incendiul se dezvoltă, este deschis/închis.

2. Elemente generale referitoare la factorul de masivitate/formă

Factorul de masivitate se poate defini ca raportul dintre aria totală/laterală a unui corp geometric, raportată la volumul său.

Masivitatea reprezintă unul dintre factorii care determină riscul/pericolul de incendiu/explozie, în cazul pulberilor/prafurilor şi se defineşte prin:

profiluluivolumul

lateralăariaVS

fprofil

totlat == ./. ţiuniiariaprofiluluiperimetrul

sec= [m-1]. (3)

Codomeniul de definiţie al funcţiei f este definit de intervalul (0,1). Cu cât raportul definit de relaţia (1) admite valori mai mari, adică mai apropiate de 1, cu atât

variabila 31x este mai bine poziţionată în şirul de rapoarte necesare iniţierii/postiniţierii fenomenului de combustie/ardere.

Un alt parametru, care caracterizează arderea unui material supus combustiei, îl constituie, densitatea profilului, definit de: Vm ⋅= ρ . (4)

3. Exemple de microforme geometrice regulate

Principalele forme geometrice regulate sub care se pot găsi prafurile/pulberile în structură micromasivă sunt: – prismă triunghiulară regulată de latură a şi înălţime h:

)36(3

2 ahah

f +⋅= ; (5)

– tetraedru regulat de latură a:

a

f 66= ; (6)

– tetraedru tridreptunghic cu latura bazei a:

)33(3+⋅=

af ; (7)

– piramidă triunghiulară regulată de înălţime h şi latură a :

2

2212ah

ahaf ++= ; (8)

– piramidă patrulateră regulată de înălţime h şi latură a :

=fah

haa 22 423 ++⋅ ; (9)

92

– paralelipiped dreptunghic de laturi a, b, c:

[ ]abbaabc

f ++⋅= )(2 ; (10)

– piramidă hexagonală regulată de latură a şi înălţime h:

ha

ahaf⋅

++⋅= 2

22 9123 ; (11)

– cilindru circular drept de rază r şi înălţime h :

( )hr

hrf⋅+⋅

=2 ; (12)

– con circular drept de rază r şi înălţime h :

rh

hrrf )(3 22 ++⋅= ; (13)

– trunchi de con cu razele rR > şi înălţime h:

( ) ( )

( )rRrRhrRrRhrR

f⋅++⋅

++−+⋅+⋅= 22

2222 )(3 ; (14)

– octoedru regulat de latură a (poliedru cu 8 feţe):

a

f 63= ; (15)

– dodecaedru regulat de latură a (poliedru cu 12 feţe):

5715105512

++

⋅=a

f ; (16)

– icosaedru regulat de latură a (poliedru cu 20 de feţe):

( )53391−⋅=

af ; (17)

– tetraedru regulat de latură a:

a

f 66= ; (18)

– sector sferic:

( )hr

rhRf⋅+⋅⋅

⋅= 2

223 ; (19)

4. Riscul/pericolul de incendiu/explozie

Principalele variabile care caracterizează riscul/pericolul de incendiu/explozie în cazul

pulberilor/prafurilor sunt: – natura pulberii/prafului(vegetală, metalică etc.) sau compoziţia chimico-fizică a acestora; – gradul de fineţe/factorul de masivitate al particulelor de praf/pulbere; – concentraţia în care se găseşte pulberea/praful; – energia minimă de aprindere/iniţiere; – natura sursei de aprindere (electrică sau neelectrică). Dacă pulberile/prafurile prezentate în tabelul 2 se află între limitele de explozie, fenomenul

care se pune în discuţie poate fi explozia. Dacă concentraţiile se află în afara acestor limite, se pune în discuţie ca fenomen, incendiul. 5. Surse de natură electrostatică Particulele de praf/pulberi agricole pot să se încarce electrostatic urmare proceselor

tehnologice, cum sunt de exemplu:

93

– frecarea suprafeţelor solide de alte suprafeţe: valţuri, site etc.; – lovirea, frecarea, ciocnirea particulelor între ele; – transportul pneumatic al unor produse; operaţii de: concasare, sfărâmare, măcinare;

operaţii de cernere. Evaluarea nivelului de risc într-o zonă de lucru, în raport cu energia minimă de aprindere

pentru prafuri/pulberi a fost realizată conform cu datele specificate în tabelele 2 şi 3 pe o distribuţie aproximativ de tip Gauss (tabelul 1).

Tabelul 1– Niveluri de risc

Nivelul de risc

Energia minimă de aprindere [mJ]

foarte mare ≤ 0,1 mare 0,1...10

mediu 10...50 redus 50...100

foarte redus ≥ 100

Tabelul 2 – Energii minime de aprindere

Produs Concentraţia

minimă de explozie[g/m3]

Energia minimă de

aprindere[mJ] Produs

Concentraţia minimă de

explozie[g/m3]

Energia minimă de aprindere

[mJ] Amidon de grâu

25 20 Făină de grâu

50 50

Amidon de cartofi

45 20 Făină de mazăre

30 50

Mălai 40 20 Făină de soia

35 50

Floarea soarelui

55 20 Paie de grâu

55 50

Continuare tabel 2 – Energii minime de aprindere Amidon de

porumb 40,2 30 Muşchi şi

buruieni 45 50

Cereale amestecate

55 30 Sămânţă de

bumbac

50 60

Scorţişoară 60 30 Grâu 55 60 Lapte degresat 40 30 Tărâţe de

grâu - 74

Malţ bere 55 30 Cereale furajere

200 80

Zahăr pudră 15 30 Sămânţă de trifoi

- 80

Zahăr 35 30 Grâu gluten

50 80

Coji de nucă 30 30 Tulpină de in

56 80

Făină de secară 67 31 Cacao 45 100 Orez praf 45 35 Cafea 85 160 Porumb 45 40 Usturoi 100 240 Mazăre

deshidratată 50 40 Ulei

vegetal 70 240

Orez 45 40 Lucernă 100 320 Cânepă 50 50 Iarbă

uscată 200 800

94

Tabelul 3 – Caracteristici de explozie ale unor prafuri/pulberi Temperatura de

aprindere °C

Concentraţia minimă de

explozie

Energia minimă de aprindere

Materialul combustibil

în suspensie

în strat g/m3 J

Sulf 235 190 35 0,015 Făină de lemn 430 − 40 0,02 Praf de rumeguş 430 − 35 0,02 Praf de plută 460 210 35 0,035 Făină de plută 460…505 325 44…59 0,045 Lignit 440 260 45 0,06 Săpun praf 648 − 22,7 0,06 Vitamina B2 500 − 105 0,08 6. Măsuri generale de prevenire a incendiilor/exploziilor

Pentru controlul riscurilor de incendiu/explozie în zone cu diferite activităţi în care sunt

generate prafuri/pulberi, este necesar să se respecte, în principal, următoarele măsuri: – întreţinerea în stare de funcţionare a instalaţiilor/utilajelor prin realizarea operaţiilor de

mentenanţă; – curăţirea în mod periodic de eventualele depuneri de pulberi/prafuri combustibile a

utilajelor, instalaţiilor, echipamentelor electrice, mecanice, de automatizare etc.; – prevederea de separatoare magnetice pentru corpurile metalice care se pot afla accidental

sau nu în cantităţile de cereale, precum şi pentru controlul riscurilor/pericolelor determinate de alte corpuri străine cu factor de masivitate mare (pietre, metale, elemente din plastic, lemn etc.);

– controlul generării fenomenelor de autoîncălzire prin menţinerea parametrilor de fiabilitate ale instalaţiilor etc.;

– controlul prin urmărirea funcţionării, în mod corespunzător a instalaţiilor de desprăfuire/aspiraţie a utilajelor etc.;

– pentru controlul/reţinerea corpurilor feroase care pot genera apariţia de scântei cu natură mecanică etc., este necesar să existe sisteme cu magneţi pe dispozitive speciale la intrarea cerealelor în silozuri, curăţătorii, mori cu ciocane etc.;

– sistemele cu magneţi care dotează instalaţiile tehnologice, trebuie verificate şi curăţate în mod periodic;

– legarea utilajelor, conductelor de transport etc., la centura de împământare; măsura are rol de control al riscurilor/pericolelor determinate de sursele cu natură electrică (electricitate statică, scurtcircuit electric, arc electric etc.);

– pentru clădirile/construcţiile cu mai multe niveluri, dezvoltate pe verticală, se dispun măsuri pentru înlăturarea posibilităţilor de propagare a incendiilor pe verticală/orizontală prin controlul/protejarea eventualelor goluri din planşee;

– uşile de acces, care dotează sistemele cu această funcţiune, pe căile de circulaţie, se prevăd cu sisteme de închidere automată /autoînchidere;

– periodic, conform cu cerinţele prevăzute de standardele în vigoare, se execută determinări prin măsurare, pentru rezistenţele de dispersie ale prizelor de pământ şi pentru continuităţile electrice ale instalaţiilor electrice, care dotează;

– în spaţiile prestabilite încă din faza de proiectare, în care, datorită activităţilor economice se generează pericol de explozie este necesară utilizarea numai a instalaţiilor electrice de iluminat şi forţă de tip „antiex” sau după caz, „etanşe la praf ”.

95

7. Aplicaţie

Să se calculeze factorul de masivitate pentru o particulă de praf care admite o stare microformă geometrică de tip sferă cu diametrul rad 2== şi cub cu latura a.

Rezolvare Pentru sferă şi cub, factorul de masivitate admite expresiile :

rr

rrr

VS

fsferaprof

latsfera

34

31

4

344

3

2

3

2

=⋅==⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ππ

ππ (20)

rraa

aVS

fcubprof

latcub

23444

3

2

====⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (21)

Rezultă c fsferă > fcub, fapt care ne arată că arderea are loc cu viteză mai mare, la particulele cu forme care tind spre geometrie sferică (în sensul tendinţei spre această formă).

În cazul particulelor de formă sferică :

drV

Sf

sf

lat 63=== . (22)

Cum însă praful/pulberea sunt particule cu dimensiuni ( ) md μ850...10∈ rezultă

( ) .6,141...6,11 mf

μ∈ (23)

Bibliografie [1] Golovanov, N., Popescu, G., Dumitrana, T., Coatu, S. – Evaluarea riscurilor generate de descărcări electrostatice, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000. [2]Popescu, G. – Prevenirea incendiilor. Note de curs, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Bucureşti. [3]***O.M.I. nr.108/2001 – Dispoziţii generale privind reducerea riscului de incendiu generate de încărcările electrostatice, D.G.P.S.I. - 004. [4]***O.M.A.A. nr. 121/2000 – Norme specifice de prevenire a incendiilor în sectorul alimentaţiei publice. [5] Popescu, G., Darie, El. – Descărcări electrostatice în procese tehnologice din agricultură. Riscuri de incendiu/explozie, a IX-a Sesiune de comunicări ştiinţifice cu participare internaţională a studenţilor „SIGPROT-2006”, Bucureşti, 26 mai 2006, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, Editura Printech, Bucureşti 2006. [6]Popescu, G.,Târâlă, A., Sbora, L. – Elemente generale de teoria arderii, Lucrările sesiunii de comunicări ştiinţifice cu participare internaţională a studenţilor din Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”, ediţia a -IV-a „SIGPROT- 2007 ”, Editura Printech, Bucureşti, 2007. [7] Popescu, G., Cozariuc, G. – Modele fizico-matematice aplicate în domeniul prevenirii şi stingerii incendiilor, Proiect de diplomă, Facultatea de Pompieri, Bucureşti, 2003. [8] Popescu, G., Târâlă, A., Sbora, L. – Elemente de teoria arderii, a IV-a Sesiune ştiinţifică a studenţilor din Facultatea de Pompieri, cu participare internaţională, „SIGPROT-2007”, Bucureşti, 18 mai 2007, Editura Printech, 2008, Editura Printech, Bucureşti, 2008. [9] Popescu, G, Dragoş, P.I., Divoiu, G., Târâlă, A., Dolha, A. – Elemente generale şi specifice referitoare la ecuaţia cauzei de incendiu. Măsuri de prevenire a incendiilor/exploziilor, a IV-a Sesiune ştiinţifică a Facultăţii de Pompieri - studenţi, cu participare Internaţională, „SIGPROT - 2007”, Bucureşti, 18 mai 2007, Editura Printech, Bucureşti, 2008. [10] Popescu, G., Târâlă, A., Dolha, A. – Elemente generale privind ecuaţia cauzei de incendiu/explozie, a IV-a Sesiune ştiinţifică a studenţilor cu participare internaţională, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza” „SIGPROT-2007”, Bucureşti, 18 mai 2007, Editura Printech, Bucureşti, 2008. [11] Popescu, G., Picu, S, Surdu, C., Marinescu, M. – Factorul de masivitate. Pulberi/prafuri combustibile/inflamabile, a VI-a Sesiune ştiinţifică a studenţilor din Facultatea de Pompieri cu participare internaţională, „SIGPROT-2009”.

96

EVOLUŢIA CONCEPTULUI DE INFRASTRUCTURĂ CRITICĂ

Locotenent-colonel ing. drd. Virgil TOMA I.S.U. „Căpitan Puică Nicolae” al Judeţului Argeş

Abstract In June 2004, the European Council asked for the preparation of an overall strategy to protect critical infrastructures. On 17 November 2005, the Commission adopted a Green Paper on a European programme for critical infrastructure protection which provided policy options on the establishment of the programme and the Critical Infrastructure Warning Information Network. The responses received to the Green Paper emphasised the added value of a Community framework concerning critical infrastructure protection. The need to increase the critical infrastructure protection capability in Europe and to help reduce vulnerabilities concerning critical infrastructures was acknowledged. This Directive constitutes a first step in a step-by-step approach to identify and designate ECIs and assess the need to improve their protection. Securitatea şi economia statelor din spaţiul euroatlantic, precum şi bunăstarea cetăţenilor săi

depind, în mod direct de anumite infrastructuri vitale şi de serviciile pe care acestea le asigură. Distrugerea sau întreruperea funcţionării unor infrastructuri care asigură servicii importante poate duce la pierderea de vieţi omeneşti, a bunurilor personale sau chiar la scăderea dramatică a moralului populaţiei şi la pierderea încrederii în capacitatea de guvernare a statelor.

În acest context trebuie acordată o mai mare atenţie acestor zone de interes ce vizează în mod direct societatea civilă, dar şi securitatea naţională, având în vedere amploarea şi urmările negative ce pot decurge din perturbarea funcţionării acestor domenii sau sectoare de activitate care sunt denumite generic „infrastructuri critice”.

Evoluţiile din ultimile două decenii au arătat creşterea vulnerabilităţiilor societăţii cauzate, în special de defectarea, distrugerea şi/sau întreruperea infrastructurilor tehnologice (transporturi, energie, informatică etc.) provocate de acte de terorism, dezastre naturale, neglijenţe, accidente, şi, nu în ultimul rând, de erori umane sau activităţi criminale premeditate.

Sunt problemele actuale ale unui mediu geo-politic caracterizat de situaţii noi, complexe, cu implicaţii majore, în care conceptul de securitate a încetat de mult să reprezinte un domeniu exclusivist al strategilor militari sau al cercurilor academice de specialitate. Securitatea nu mai este de mult o teorie, ci o realitate din ce în ce mai vulnerabilă, iar România conştientizează şi acceptă noile abordări şi evoluţia firească a noului concept - protecţia infrastructurii critice, în cadrul mai larg, al sistemului de securitate şi apărare naţională.

Factorul declanşator al noii dezbateri publice privind definirea locului şi rolului pe care îl joacă actualmente conceptul de infrastructură1 în societate l-a constituit, de fapt, conştientizarea existenţei 1 Cadrul activelor relaţionate care cuprinde industrii identificabile, instituţii sau capacităţi de distribuţie care asigură un flux continuu de bunuri şi servicii.

97

unor elemente de infrastructură care, în funcţie de starea în care se găsesc la un moment dat, pot avea un efect critic asupra funcţionării întregii infrastructuri. Cu alte cuvinte, elementele infrastructurii critice au devenit atât de interdependente încât disfuncţionalitatea unuia poate avea consecinţe grave asupra altuia. Din aceste motive, consider că determinarea „nivelului critic” al elementelor de infrastructură care corespund atât unor criterii de evaluare sectoriale, cât şi intersectoriale reprezintă un proces de evaluare variabil în timp.

În definiţia canadiană a infrastructurii critice termenului critic îi sunt atribuite următoarele referinţe „...un impact serios asupra sănătăţii, siguranţei, securităţii sau bunăstării economice a canadienilor sau de funcţionarea eficientă a guvernului”2. În Germania, termenul critic se referă la „...perturbări semnificative pentru ordinea publică sau alte consecinţe dramatice”3. În abordarea olandeză a termenului „critic” ca atribut al infrastructurii, acesta reprezintă cauza „... perturbărilor sociale majore”, „... a pierderilor de vieţi” şi „... a daunelor economice “. În DEX, termenul „critic”, „... se referă la un punct sau la un moment de criză, care premerge o schimbare bruscă (în rău); care poate determina o schimbare decisivă (în rău), sau definind stări de agregare ale materiei: temperatură critică - temperatura maximă la care un gaz mai poate fi lichefiat sau stare critică - stare a unui fluid aflat la temperatura critică, în care lichidul şi vaporii acelui fluid au aceeaşi densitate, astfel încât nu se poate spune dacă este lichid sau gaz etc.

În general, în literatura de specialitate care tratează infrastructura critică, termenul „critic” se referă la „infrastructura care, dacă este perturbată sau distrusă, ar conduce la catastrofe şi pagube majore”4.

Unele elemente de infrastructură pot fi „critice” pe tot parcursul existenţei lor, aşa cum altele îl pot primi sau pierde, la un moment dat, în funcţie de rezilienţa acestora, dar şi de dinamica economică si social-politică a societăţii. În sprijinul acestor teorii vin cu un exemplu ce marchează poate unul din primele momente de fixare a caracterului „critic”, ca atribut al unei infrastructuri într-o situaţie şi la un moment dat, astfel, în anul 1941, în noaptea de 6 spre 7 decembrie, şase portavioane nipone s-au apropiat în tăcere de Hawai, nefiind detectate de americani. La emiterea codului de atac (faimosul Tora! Tora! Tora!), 350 de avioane s-au năpustit asupra bazei de la Pearl Harbour, considerată de militariştii niponi „un cuţit la beregata Japoniei”. Atacul a durat mai puţin de două ore, dar pierderile americane au fost considerabile: 2.335 morţi, 8 vase mari de luptă scufundate, dintre care 3 distrugătoare, 188 de avioane distruse şi alte 155 grav avariate. Totuşi, ulterior s-a demonstrat că atacul nu a avut eficienţa maximă asupra infrastructurilor americane din baza respectivă, deoarece acesta n-a avut efectul scontat prin distrugerea totală a elementelor vitale. Faptul că alte trei „faimoase" portavioane americane nu se aflau în port, şi că nu au fost atinse depozitele de combustibil şi nici baza de submarine, le-a permis americanilor să refacă puterea flotei din Pacific în mai puţin de un an.

Dar, în cel mai recent exemplu, la 11 septembrie 2001, în Statele Unite, s-a demonstrat că, având resurse umane şi tehnico-materiale relativ puţine, poate fi afectată grav o anumită infrastructură; de asemenea, momentul avea să demonstreze că o ţară, oricât de puternică ar fi, nu poate să-şi asigure, de una sigură, apărarea eficientă a tuturor centrilor săi vitali. După dezastrul produs în urma loviturii teroriste, SUA au decis să unească în jurul lor statele lumii care doresc să lupte împotriva acestui flagel mondial - terorismul.

Iniţial, conceptul a fost dezvoltat în Statele Unite ca urmare a dezbaterilor din anii '80 referitoare la starea infrastructurii, şi anume la condiţiile tehnice improprii de funcţionare, adecvanta tehnologică, precum şi dezvoltarea acestora pentru a face faţă nevoilor crescânde ale societăţii. În urma acestor dezbateri, s-au identificat categoriile de infrastructură (de tipul: capacităţi de producţie şi servicii publice) a căror funcţionare este „critică” pentru economia naţională. 2 About Critical Infrastructure, Public Safety Canada accessed January 2008, (www.ps-sp.gc.ca). 3 Critical Infrastructure Protection in Germany. Federal Office for Information Security (www.bsi.de/english/topics/ kritis/KRITIS_in_Germany.pdf). 4 Netherlands - Report on Critical Infrastructure Protection; Ministry of the Interior, September 2005, p.4.

98

Anii '90 au accelerat procesul de definire a conceptului de „infrastructură critică”, ca rezultat direct al încercărilor de a defini şi implementa o nouă ordine mondială, care să răspundă în mod adecvat formelor noi de manifestare a pericolelor şi ameninţărilor specifice perioadei de după terminarea Războiului Rece. Conceptul de infrastructură critică a fost promovat în acei ani în statele federative (Statele Unite, Canada, Australia) din nevoia unei abordări holistice a siguranţei în funcţionarea marilor sisteme distribuite, reglementate de către norme federale, dar şi de către autorităţile locale.

Dacă primele studii în domeniu au identificat obiectivele considerate „critice”, încă din anii ’80, sintagma „infrastructură critică” a fost folosită, în mod oficial, în iulie 1996, când preşedintele SUA a decretat „Ordinul Executiv nr. 13010 pentru Protecţia Infrastructurilor Critice”. În preambulul la acest act normativ se explică noţiunea de infrastructura critică ca fiind „... acea parte din infrastructura naţională care este atât de vitală, încât distrugerea sau punerea ei în incapacitate de funcţionare pot să diminueze grav apărarea sau economia SUA”5. Se considera că aceasta cuprindea: telecomunicaţiile, sistemul de aprovizionare cu electricitate şi apă, depozitele de gaze şi petrol, finanţele şi băncile, serviciile de urgenţă (medicală, poliţie şi pompieri), precum şi continuitatea guvernării. Acesta reprezintă primul act normativ care defineşte noţiunea de infrastructură critică, enumără elementele sale componente şi pune în funcţiune un mecanism de gestionare al problemei.

În toamna aceluiaşi an, a fost înfiinţată Comisia Prezidenţială pentru Protecţia Infrastructurilor Critice, care a apreciat că securitatea, economia şi chiar supravieţuirea lumii industrializate depind de trei elemente interrelaţionate: energia electrică, comunicaţiile şi computerele6.

Un an mai târziu, în 1997, un grup de experţi americani a elaborat, la cererea preşedintelui Bill Clinton, un studiu care s-a referit la cele mai importante sfidări posibile în următoarele decenii la adresa guvernului Statelor Unite şi necesitatea elaborării unor măsuri în legătură cu protejarea efectivă a infrastructurilor critice. Acest studiu, urmat ulterior de două Directive Prezidenţiale şi mai multe acte normative specifice, sunt punctul de plecare pentru definirea noului concept. Prin aceste reglementări se dorea stabilirea de noi standarde de calitate şi performanţă ce vizau măsurile de prevenire, protecţie şi intevenţie aplicabile în vederea reabilitării funcţionării infrastructurilor vitale societăţii şi asigurarea siguranţei cetăţeanului, coordonarea acţiunilor structurilor abilitate şi transferul de responsabilitate către parteneriatul public-privat în rezolvarea măsurilor specifice implementării acestui concept.

Urmare a atentatele teroriste de la 11 septembrie 2001 din Statele Unite, în 2003 a fost creat Department of Homeland Security (Departamentul de Securitate Internă), cu 180.000 de angajaţi, care are ca misiune principală unirea tuturor eforturilor pentru asigurarea securităţii Americii în faţa atacurilor teroriste, a dezastrelor naturale şi tehnologice.

Dintre organizaţiile internaţionale cu preocupări legate de protecţia infrastructrii critice, NATO a fost prima care a realizat paşi concreţi. Problematica protecţiei infrastructurilor critice a devenit unul dintre subiectele importante de pe agenda NATO, elaborându-se în acest sens o serie de analize şi studii asupra gradului de pregătire a statelor membre în ceea ce priveşte identificarea şi protejarea infrastructurilor critice. Aceste studii au fost iniţiate de către comisiile de specialitate aflate în subordinea Comitetului de Planificare în Domeniul Urgenţelor Civile (Senior Civil Emergency Planning Committee - SPEC), principalul organism al NATO care reglementează intervenţia protecţiei civile în situaţiile de urgenţă.

La nivel european, în contextul general al creşterii ameninţărilor teroriste, precum şi al unei abordări mai pragmatice a răspunsului în cazul unor dezastre naturale, Comisia Europeană a adoptat, la 20 octombrie 2004, o Comunicare privind protecţia infrastructurilor critice în cadrul luptei împotriva terorismului7, care prezenta opţiunile Comisiei privind modalităţile de îmbunătăţire a protecţiei 5 Executive Order Critical Infrastructure Protection, 15 iulie 1996, Washington, D.C., p.1, http://www.fas.org/irp/offdocs/eo1301htm. 6 http://en.wikipedia.org/wiki/Critical_Infrastructure_Protection. 7 Communication from the Commission to the Council and the European Parliament: Critical Infrastructure Protection in the Fight against Terrorism, COM (2004) 702 final, Bruxelles, Belgia, 20 octombrie 2004.

99

infrastructurilor critice prin asigurarea măsurilor de prevenire a atacurilor teroriste şi a acţiunilor de răspuns la aceste atacuri.

Un alt pas important l-a reprezentat faptul că, la 17 noiembrie 2005, Comisia a adoptat o Carte verde8 - privind un Program european de protecţie a infrastructurilor critice, în care au fost cuprinse o serie de opţiuni privind instituirea programului şi a Reţelei de alertă privind infrastructurile critice - CIWIN9. Reacţiile la această Carte verde au evidenţiat valoarea adăugată a unui cadru comunitar în materie de protecţie a infrastructurilor critice. A fost recunoscută necesitatea de a spori capacitatea de protecţie a infrastructurilor critice în Europa şi de a ajuta la reducerea punctelor vulnerabile ale acestor infrastructuri. În luna decembrie a anului 2005, Consiliul de Justiţie şi Afaceri Interne a invitat Comisia să prezinte o propunere pentru un „Program european privind protecţia infrastructurilor critice (EPCIP), şi a decis că acesta ar trebui să se bazeze pe o abordare care să acopere toate riscurile, acordând prioritate ameninţării teroriste.

Deşi a avut ca punct de plecare tot exacerbarea fenomenului terorist, Comunitatea Europeană a ales ulterior o altă abordare. Începând din 2006, a fost iniţiat un „Program european de protecţie a infrastructurilor critice”, cu scopul principal de a identifica infrastructurile critice la nivel european, a le analiza vulnerabilităţile, dependenţele şi interdependenţele şi de a găsi soluţii pentru securitatea acestora”.

În aprilie 2007, Consiliul Europei a adoptat concluziile cu privire la Programul european de protecţie a infrastructurilor critice (PEPIC), în care a reiterat faptul că statelor membre le revine responsabilitatea finală de a gestiona măsurile de protecţie a infrastructurilor critice din interiorul frontierelor naţionale, salutând în acelaşi timp eforturile Comisiei de a elabora o procedură europeană pentru identificarea şi desemnarea infrastructurilor critice europene (ICE) şi evaluarea nevoii de îmbunătăţire a protecţiei acestora.

În acest sens, în data de 8 decembrie 2008 a fost adoptată şi a intrat în vigoare în ziua următoare, DIRECTIVA 2008/114/CE care îşi propune organizarea, la nivel european, a protecţiei infrastructurii critice de tip „european”. Deşi s-a dorit iniţial un document general, care să conducă la un cadru coerent pentru toate categoriile de infrastructură critică, Directiva abordează doar două domenii şi anume energie şi transporturi şi va fi revizuită după trei ani, pentru a evalua impactul şi necesitatea de a include şi alte sectoare în domeniul de aplicare, printre altele sectorul Tehnologiei Informaţiilor şi Comunicaţiilor. Trebuie subliniat faptul că responsabilitatea implementării conceptului revine statelor membre, activitatea pentru protecţia infrastructurii critice urmând principiile subsidiarităţii şi proporţionalităţii. Deşi nu sunt exprimate în mod direct şi explicit, obligaţiile statelor membre sunt trasate prin raportările care trebuie efectuate periodic. De altfel, din textul Directivei reiese faptul că în unele sectoare la nivelul statelor membre sunt instituite măsuri suficiente pentru protecţia infrastructurilor critice şi un sistem bine organizat de monitorizare a capacităţii acestora de a face faţă ameninţărilor provocate de dezastre naturale sau de acţiuni umane şi, în aceste condiţii, „... directiva completează măsurile sectoriale existente la nivelul Comunităţii, precum şi în statele membre. Acolo unde sunt deja instituite mecanisme comunitare, acestea ar trebui să fie utilizate în continuare şi să contribuie la punerea în aplicare globală prezentei directive. Ar trebui evitate suprapunerile sau contradicţiile între diferite acte sau dispoziţii” 10.

În aceeaşi ordine de idei, se presupune că, în majoritatea statelor europene există un sistem organizatoric adecvat la nivel naţional unde sunt implicaţi toţi factorii care au roluri în protecţia infrastructurilor critice, atât din rândul autorităţilor statului, dar şi din cadrul operatorilor de infrastructură critică. 8 Green paper on an european programme for critical infrastructure protection (presented by the Commission) COM (2005) 576 final, Bruxelles, Belgia, 17 noiembrie 2005. 9 Iniţiativa reţelei de alertă privind infrastructurile critice CIWIN (Critical Infrastructure Warning Information Network) face parte din Programul european de protecţie a infrastructurilor critice (EPCIP) şi abordează, în special, procesul de schimb de informaţii între statele membre ale UE şi sistemul de tehnologie a informaţiei prin care se realizează acest proces. 10 Ibidem, art.1. alin.10.

100

Unele state membre europene au identificat deja infrastructurile lor critice naţionale şi au impus măsuri ferme de protecţie a acestora, altele printre care şi ţara noastră au de făcut eforturi serioase în acest sens. Totuşi, am putea evidenţia câteva din acţiunile concrete şi evenimentele care au avut ca scop promovarea conceptului Protecţia Infrastructurilor Critice, la nivelul ţării noastre: acestea au debutat în 1997, cu prezentarea de către Fundaţia EURISC a „Raportului Clinton privind protecţia infrastructurii critice” la nivelul Statului Major General al Armatei României, ulterior, alte preocupări notabile au fost înregistrate la nivelul Instituţiei Prezidenţiale, Parlamentului României (Comisia de Apărare, Siguranţă şi Ordine Publică din cadrul Camerei Deputaţilor), Serviciului Român de Informaţii (Centrul de Informare pentru Cultură de Securitate), Ministerului Administraţiei şi Internelor, cât şi în cadrul Ministerului Economiei, Comerţului şi Mediului de Afaceri (prin Structura de Securitate şi Direcţia Generală Energie) şi Compania Naţională Transelectrica SA. Din cadrul sectorului privat, putem menţiona Fundaţia Eurisc cu realizări remarcabile, practic fiind la originea principalelor acţiuni ce au avut loc în ţara noastră şi nu numai pentru implementarea acestui concept, de asemenea, Grupul UTI, Compania RASIROM SA şi alţii care au avut rezultate concrete obţinute în acest domeniu.

Chiar dacă la acest moment managementul infrastructurilor critice la nivel naţional nu este încă gestionat unitar, cu normative şi responsabilităţi stabilite prin legi special dedicate, există suficiente elemente de referinţă în diferite abordări literare ale unor reputaţi scriitori, militari şi civili, de asemenea, în cadrul legislativ în domeniul securităţii statului, al situaţiilor de urgenţă, de organizare şi funcţionare a ministerelor, toate acestea, în mod particular sau în ansamblu pot să constituie baza desfăşurării activităţilor specifice de protecţie a infrastructurilor critice naţionale.

Aduc în atenţie, în primul rând lucrarea pe care o consider, de referinţă în promovarea acestui nou concept în ţara noastră, apărută în anul 2006, scrisă de reputaţii analişti militari Grigore Alexandrescu şi Gheorghe Văduva - cercetători în cadrul Centrului de Studii Strategice de Apărare şi Securitate, intitulată „Infrastructuri critice. Pericole. Ameninţări la adresa acestora. Sisteme de protecţie” şi o altă lucrare cu rol important în dezvoltarea conceptului, din anul 2008, apărută în Editura Psihomedia, intitulată „Managementul Protecţiei Infrastructurii Critice” scrisă de un reputat cercetător în domeniu, dr. Radu Andriciuc, pe care o consider cea mai completă investigaţie asupra componentelor de referinţă ale managementului protecţiei infrastructurii critice - ca fundament pentru studiile cu obiective aplicative.

În ceea ce priveşte legislaţia în acest domeniu, în puţinele abordări existente, conceptul este pomenit tangenţial sau contextual, nefiind încă emis un act normativ care să instituţionalizeze managementul infrastructurilor critice în ţara noastră. Astfel, în ultimii ani, au fost adoptate o serie de reglementări care, prin domeniul de competenţă, includ elemente de management al situaţiilor de urgenţă generate de evenimente la obiective şi infrastructuri critice, accidente tehnologice, calamităţi sau dezastre naturale care pot influenţa negativ funcţionarea normală a unor obiective incluse în infrastructurile critice. De exemplu în H.G.R. nr. 2288/200411, sintagma infrastructură critică este doar menţionată, fără a se face alte referiri iar în Strategia naţională de protecţie civilă din 2005, de asemenea în Strategia naţională de prevenire a situaţiilor de urgenţă aprobată cu Hotărârea nr.762/2008 sau în Legea nr. 481/2004 privind protecţia civilă, republicată în 2008, această sintagmă nu este nici măcar amintită.

Atât în Strategia Naţională pentru Dezvoltare Durabilă la orizontul anilor 2013-2020, cât şi în Legea nr. 535 din 25 noiembrie 2004 - privind prevenirea şi combaterea terorismului, sunt enumerate, la modul general, elementele de infrastructură care au impact asupra activităţilor specifice domeniilor legiferate mai sus. Nu în ultimul rând, trebuie menţionat Proiectul de lege privind activitatea de informaţii, contrainformaţii şi securitate. Aici se defineşte, în mod clar, domeniul de cuprindere al 11 Hotărârea Guvernului nr. 2288, din 9 decembrie 2004, pentru aprobarea repartizării principalelor funcţii de sprijin pe care le asigură ministerele, celelalte organe centrale şi organizaţii neguvernamentale privind prevenirea şi gestionarea situaţiilor de urgenţă, publicată în M.O., Partea I, nr. 9 din 04/01/2005, anexa nr. 1.

101

infrastructurilor critice, dar doar din perspectiva muncii de culegere, analiză şi valorificare a informaţiilor.

În cadrul Strategiei de Securitate Naţională, (document adoptat în şedinţa Consiliului Suprem de Apărare a Ţării din 17 aprilie 2006, prin Hotărârea nr. 62) la capitolul XI, cu titlul „Dezvoltarea şi sporirea gradului de protecţie a infrastructurii” sunt prezentate abordările generalitate pentru domeniul protecţia infrastructurilor critice, din perspectiva securităţii naţionale, iar în proiectul Legii securităţii naţionale a României din 2007, Capitolul II - „Riscuri şi ameninţări la adresa securităţii naţionale a României”, alin. 9 - „Punerea în pericol a infrastructurii critice”, de asemenea, se face o referire sumară, o enumerare a principalelor elemente şi acţiuni ce constituie riscuri şi ameninţări la adresa securităţii naţionale a României.

Un important document ce tratează problematica în discuţie, este „Ghidului de identificare a elementelor de infrastructură critică în economie” aprobat cu Ordinul nr. 660 din noiembrie 2005 al ministrului economiei. Din păcate, ghidul nu face însă nicio referire la definirea terminologiei, la criteriile cantitative sau metodologia folosită pentru identificarea elementelor de infrastructură critică.

O altă abordare legislativă, specifică domeniului energetic, este proiectul Strategiei Energetice a României în perioada 2007-2020, elaborat în luna mai 2007. Având ca integrator de concept Societatea Naţională TRANSELECTRICA S.A, la nivelul Ministerului Economiei, Comerţului şi Mediului de Afaceri se desfăşoară o activitate susţinută pentru definirea şi stabilirea unor metodologii de abordare a managementului riscului şi protecţiei infrastructurii critice din domeniul energetic.

În baza Hotărârii Comitetului Naţional pentru Situaţii de Urgenţă luată în cadrul reuniunii de lucru din 23 martie 2007, Inspectoratul General pentru Situaţii de Urgenţă a fost desemnat Punct Naţional de Contact privind infrastructura critică în relaţia cu Statele Membre U.E. şi Comisia Europeană, precum şi pentru proiectul CIWIN şi să coordoneze şi gestioneze la nivel naţional toate aspectele privind infrastructura critică.

Ulterior, s-a considerat că, prin completarea structurii I.G.S.U. cu un serviciu specializat în implementarea conceptului la nivel naţional, se va asigura interoperabilitatea cu structurile abilitate ale Uniunii Europene şi eficientizarea activităţii în domeniu, precum şi creşterea gradului de siguranţă şi protecţie a cetăţenilor. Demersul iniţiat şi expus într-o Notă de fundamentare în anul 2009, s-a concretizat prin crearea unui Serviciu specializat în asigurarea protecţiei infrastructurii critice naţionale, la nivelul Inspectoratului General pentru Situaţii de Urgenţă.

În cadrul aceleiaşi reuniuni din 23 martie 2007 a Comitetului Naţional pentru Situaţii de Urgenţă a fost constituit Grupul de Lucru Interministerial care gestionează, la nivel naţional, toate aspectele privind infrastructura critică. În cadrul Grupului de lucru interministerial sunt reprezentate ministerele care au atribuţii în gestionarea sectoarelor şi subsectoarelor definite ca aparţinând infrastructurii critice. Acesta, în perioada imediat următoare trebuie să stabilească măsurile necesare definitivării procesului de identificare a infrastructurii critice naţionale care se încadrează în criteriile de desemnare ca infrastructură critică europeană şi a operatorilor implicaţi, în vederea elaborării planurilor de protecţie specifice, urmând ca armonizarea cadrului legislativ naţional pentru domeniul de referinţă să se facă în baza Directivei 2008/114/CE a Consiliului Europei.

De altfel, Directiva impune Statelor membre să-şi armonizeze legislaţia internă, să stabilească normativele şi să aplice măsurile necesare pentru a se conforma acesteia până la data de 12 ianuarie 2011, fiind obligate să informeze şi să comunice Comisiei Europene textele cuprinzând măsurile respective, precum şi normativele de concordanţă a acestora cu această reglementare.

Ca o primă concluzie, considerăm oportun ca la nivel naţional activitatea de protecţie a infrastructurii critice să fie dezvoltată având la bază o legislaţie dedicată, care să răspundă următoarelor probleme generale: stabilirea unor criterii generale şi sectoriale de includere a diverselor infrastructuri în categoria infrastructurilor critice; stabilirea unui cadru organizatoric prin care să se definească activităţile şi rolurile concrete ale autorităţilor abilitate ale statului şi ale operatorilor de infrastructură

102

critică; stabilirea unei strategii coerente de asigurare a continuităţii activităţilor la nivel de infrastructură critică, sectorial şi intersectorial; abordarea coerentă a interdependenţelor atât la nivel sectorial şi intersectorial, cât şi la nivel naţional şi regional; abordarea protecţiei infrastructurii critice din domeniul privat şi dezvoltarea parteneriatului public-privat în cadrul activităţii de protecţie a infrastructurii critice; stabilirea unui cadru de diseminare a informaţiilor către cei interesaţi, în vederea împărtăşirii experienţei dobândite şi crearea premiselor privind generalizarea unor strategii de securitate coerente la nivel naţional.

Apreciez că, demersurile legislative iniţiate în sensul implementării conceptuale şi a celor ce vizează operaţionalizarea prin măsuri specifice a protecţiei infrastructurii critice, în majoritatea statelor dezvoltate ale lumii cunoaşte o dinamică deosebită. Sunt tot mai multe semnale că şi în ţara noastră se întâmplă la fel. De asemenea, pentru pregătirea viitorilor specialişti în domeniu, la nivel mondial există deja o reţea extinsă de universităţi, colegii şi institute de stat, dar şi private, care au introdus planuri de învăţământ şi cercetare pe tematica aflată în discuţie. Este necesar ca toate aceste activităţi să fie desfăşurate într-o strânsă colaborare între entităţile interesate competente şi într-un cadru de lucru coerent şi eficient, atât la nivel naţional, cât şi european.

103

MODELAREA INVERTORULUI MONOFAZAT DE TENSIUNE ÎN PUNTE

Conf. univ. dr. ing. Eleonora DARIE Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti

Conf. univ. dr. ing. Emanuel DARIE Lector univ. dr. ing. Garibald POPESCU

Academia de Poliţie „Alexandru Ioan Cuza”

Abstract This paper indicates the model of inverter phase voltage, with the switching functions. The mathematical model and the block diagram, correspond to an implementation in Simulink environment for inverter phase voltage.

1. Introducere Pentru modelarea convertoarelor statice de putere se utilizează tot mai des funcţiile de

comutaţie, a căror definiţie nu este unică. Pentru fiecare topologie de convertor există diferite funcţii de comutaţie care conduc la

acelaşi rezultat. În lucrare se folosesc două tipuri de funcţii de comutaţie:

a) în două nivele, ⎩⎨⎧+

=0

12cf şi b) în trei nivele,

⎪⎩

⎪⎨

⎧

−

+=

10

1

3cf .

Funcţia de comutaţie în două nivele fc2 poate fi folosită pentru simularea convertoarelor - surse de tensiune - VS (de exemplu: redresorul de tensiune – VSR, invertorul cu circuit intermediar de tensiune continuă - VSI).

Funcţia de comutaţie în trei nivele fc3, poate fi folosită pentru simularea convertoarelor - surse de curent - CS (de exemplu: redresorul de curent - CSR, invertorul cu circuit intermediar de curent continuu - CSI).

Funcţia de comutaţie în trei nivele, mai poate fi folosită pentru simularea structurilor de invertoare de tensiune în trei nivele cu punct neutru flotant (VSI NPC).

2. Formularea problemei Din punct de vedere al modelării, un convertor static de putere se poate defini ca o cutie

neagră cu caracteristici de intrare/ieşire prin intermediul funcţiilor de comutaţie. Se consideră pentru exemplificare cazul unui invertor trifazat de tensiune (cu sarcină echilibrată în conexiune stea) – fig. 1.

Tensiunile la ieşire (variabile dependente) pot fi obţinute prin multiplicarea tensiunii aplicate la intrarea convertorului (variabilă independentă) cu funcţiile de comutaţie corespunzătoare pentru fiecare braţ:

2cds fUu ⋅= , (1)

104

unde, [ ]TnCnBnAs uuuu ,,= reprezintă vectorul tensiunilor la ieşire, [ ]CcBcAcc ffff 2222 ,,= vectorul

funcţiilor de comutaţie şi Ud - tensiunea de alimentare a invertorului. Curentul la intrarea invertorului se poate exprima, astfel:

2csi fii ⋅= , (2)

unde, [ ]TCBAs iiii ,,= reprezintă vectorul curenţilor la ieşire.

Se pot obţine tensiunile de la ieşirea convertorului prin intermediul tensiunii continue

de alimentare multiplicată cu funcţia de comutaţie corespunzătoare [1], [2], [3]. Curentul de la ieşire, reprezintă o reflexie a curenţilor de ieşire multiplicaţi cu funcţiile de

comutaţie corespunzătoare şi însumaţi. Pentru modelarea şi simularea diferitelor structuri de convertoare cu ajutorul funcţiilor

de comutaţie, se consideră că dispozitivele semiconductoare sunt ideale, neglijându-se timpii de comutaţie şi căderea de tensiune la conducţia în direct. Un astfel de convertor este considerat fără pierderi [4], [5].

Pentru a clarifica metoda de aplicare a funcţiilor de comutaţie în simularea convertoarelor de putere, se prezintă modelul invertorului monofazat de tensiune, utilizându-se funcţiile de comutaţie. Pornind de la acest model matematic se defineşte diagrama bloc corespunzătoare unei implementări sub mediul de simulare Simulink.

3. Soluţionarea problemei Modelul matematic al invertorului monofazat de tensiune este prezentat în figura 2.

Fig. 2. Invertorul monofazat de tensiune.

Cd

Rs

Ls

k1

k2

k3

k4

is

us

iB

iA

uAn A B

ic

n

ud

ii iL Ld

u + -

Fig. 1. Invertorul trifazat de tensiune cu sarcină echilibrată în conexiune

105

Utilizând funcţiile de comutaţie în două nivele se poate obţine tensiunea la ieşirea invertorului în funcţie de tensiunea de alimentare:

⎪⎩

⎪⎨⎧

⋅=

⋅=

cBdnB

cAdnA

fUu

fUu. (3)

Curentul de la intrare se determină în funcţie de curentul de la ieşire:

BcBAcAi fifii ⋅+⋅= . (4)

Luând în considerare expresiile (3), (4) şi constrângerile topologice (legea Kirchhoff) ale

schemei din figura 2, se obţine tensiunea la bornele sarcinii şi curentul de intrare:

( )( )⎪⎩

⎪⎨⎧

−=−==

−=−=

BcAcsiBAs

BcAcdnBnAs

ffiiiii

ffuuuu

;. (5)

Prin introducerea unui filtru la intrarea invertorului rezultă următoarele expresii:

( )

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

+=

−=

∫

∫

T

Cd

d

CiL

T

dd

L

dttiC

u

iii

dttuuL

i

0

0

)(1

)(1

. (6)

Pentru sarcină se obţine următoarea ecuaţie:

tdidLiRu s

ssss += . (7)

Utilizând transformata Laplace pentru ecuaţia de mai sus se obţine diagrama bloc din

figura 3.

Comanda invertorului s-a realizat pe principiul modulaţiei PWM Sinusoidale.

3.1. Modulaţia PWM Sinusoidală Sistemele de comandă bazate pe principiul modulaţiei în lăţime a impulsurilor (PWM) au

fost introduse în aplicaţiile cu invertoare din următoarele considerente: – posibilitatea de reglare prin comanda invertorului atât a frecvenţei, cât şi a amplitudinii

tensiunii la ieşire; – armonicile de joasă frecvenţă sunt eliminate din forma de undă a tensiunii la ieşirea

invertorului.

Fig. 3. Diagrama bloc pentru invertorul monofazat de tensiune

106

Pentru a obţine la ieşirea invertorului o formă de undă a tensiunii cât mai apropiată de o sinusoidă, se compară un semnal de referinţă (uref) sinusoidal de frecvenţă fs cu un semnal purtător (up) triunghiular de frecvenţă fp (fig. 4a). Punctele de intersecţie sunt folosite pentru impunerea momentelor de comutaţie pentru invertor. Frecvenţa semnalului purtător stabileşte frecvenţa de comutaţie pentru dispozitivele semiconductoare din cadrul invertorului şi este, în general, păstrată constantă [2].

Semnalul de referinţă uref este utilizat pentru modularea duratei de conducţie (tc) şi are frecvenţa egală cu cea dorită pentru fundamentala tensiunii la ieşire (fs). Forma de undă a tensiunii la ieşire nu este sinusoidală şi conţine armonici de tensiune (fig. 4b).

Principalele mărimi caracteristice ale modulaţiei PWM sinusoidale sunt următoarele: – gradul de modulare, care se defineşte astfel [4], [5]:

^

^

p

refa

U

Um = , (8)

unde Ure/ reprezintă valoarea de vârf a semnalului de referinţă. Amplitudinea semnalului

triunghiular pU^

, este în general păstrată constantă. – indicele de modulare, care se defineşte astfel:

s

pf f

fm = . (9)

Principiul de bază al modulaţiei PWM sinusoidale s-a reprezentat în figura 4. Tensiunea de pol poate să ia numai două valori: Ud/2 şi: -Ud/2. Datorită acestui fapt,

invertorul mai este denumit şi invertor în două nivele. Invertorul trifazat cu şase pulsuri este în egală măsură un invertor în două nivele.

3.2. Analiza numerică În figura 5 se prezintă câteva rezultate obţinute prin simularea invertorului monofazat

de tensiune [3].

Fig. 4 – Principiul modulaţiei PWM sinusoidale

107

Pentru simulare, s-au folosit următoarele date:

Ld = 7mH; Cd = 1000 μF; Rs = 50 Ω; Ls = 10 mH; u = 310, V; md = 0,9; mf = 20;fs, = 50 Hz.

Concluzii Funcţiile de comutaţie corespunzătoare unui braţ al invertorului sau al fiecărei faze a

sistemului electronic de putere se reduc la funcţii matematice cu două sau trei nivele şi contribuie la dezvoltarea unui model matematic al diferitelor tipuri de convertoare de putere.

În cazul dezvoltării unui model ce va putea fi folosit pentru simularea unui sistem electronic de putere, cu ajutorul unui pachet de simulare, este preferabilă alegerea semnalelor de comandă a dispozitivelor de putere drept funcţii de comutaţie şi construirea formelor de undă la intrare şi la ieşire cu ajutorul acestora.

Se poate obţine un model foarte apropiat de cazul real, în care microcontrolerul sau microprocesorul transmite semnale de comandă (într-o logică binară, 0 sau 1) prin intermediul unui port către etajele de formare a impulsului de comandă, pe bază sau poartă, a dispozitivului de putere.

Procesul de modulaţie PWM modifică conţinutul de armonici al formei de undă al tensiunii la ieşirea invertorului şi se poate folosi pentru minimizarea efectului armonicilor în sarcină.

Forma de undă cea mai performantă care poate fi obţinută la ieşirea unui invertor, se bazează pe modificarea lăţimii impulsurilor după o lege sinusoidală. În consecinţă, armonicile de joasă frecvenţă sunt eliminate.

Bibliografie [1] Boldea I., Atanasiu Gh., Analiza unitară a maşinilor electrice, Editura Academiei Române, Bucureşti, 1983. [2] Krause P. C., Analysis of Electric Machinery, Mc Graw Hill, Series in Electrical Engineering, 2006. [3] Matlac I., Convertoare electromagnetice, Editura Facla, Timişoara, 1997. [4] Soran I. F., Kisch D. O., Sîrbu G. M., Modelarea sistemelor de conversie a energiei, Editura ICPE, Bucureşti, ISBN 973-98322-4-5, 1998. [5] Vas P., Vector Control of AC Machines, Clarendon Press, Oxford, 1990.

Fig. 5 – Simulări pentru invertorul monofazat de tensiune

(a) (b)

CERINŢE REFERITOARE LA CERCETAREA CAUZELOR · PDF filenu, prin diferite reglementări sau...

Documents

Transcript of CERINŢE REFERITOARE LA CERCETAREA CAUZELOR · PDF filenu, prin diferite reglementări sau...