2. Elemente de teoria arderii

Arderea ca fenomen este definită, drept reacţia exotermă a unei substanţe combustibile cu un carburant, însoţită, în general, de emisie de flăcări şi / sau incandescenţă şi / sau emisie de fum.

a. Temperatura de inflamabilitate - temperatura minimă la care trebuie încălzită o substanţă combustibilă, pentru a forma cu aerul deasupra suprafeţei sale un amestec de o anumită concentraţie care se aprinde în contact cu o sursă de amorsare, fără a se asigura însă arderea stabilă a substanţei în continuare;

b. Temperatura de aprindere - temperatura cea mai mică la care o substanţă combustibilă aflată în prezenta aerului sau O2, trebuie încălzită pentru a se aprinde în contact cu o sursă de căldură şi continuă să ardă de la sine fără încălzire ulterioară;

c. Temperatura de autoaprindere – temperatura minimă la care un material sau o substanţă combustibilă trebuie încălzită pentru a se aprinde, fără a veni în contact direct cu o sursă de aprindere şi de a arde în continuare fără încălzire ulterioară;

d. Explozia - proces de ardere foarte rapidă şi violentă a amestecului exploziv care se produce în fracţiuni de secundă cu degajare de căldură şi presiuni mari;

e. Energia minimă de aprindere – valoarea minimă a unei energii, a unei scântei electrice sau mecanice, capabilă să aprindă un amestec inflamabil de gaze, vapori sau pulberi combustibile şi aer la concentraţia favorabilă producerii fenomenului;

f. Conţinutul minim de O2 pentru explozie – concentraţia minimă de O2 a amestecului format din aer şi gaze, vapori şi pulberi combustibile sub care numai este posibilă inflamarea şi ca atare nici propagarea arderii în întregul volum;

g. Indicele de O2 – conţinutul de O2 al mediului, în care un material combustibil continuă să ardă după îndepărtarea sursei de aprindere;

h. Viteza de ardere – cantitatea de materiale sau de substanţe combustibile care se consumă prin ardere în unitatea de timp;

i. Presiunea maximă de explozie – presiunea maximă generată de explozia unui amestec exploziv aflat la presiunea iniţială de 1 atm. , într-un recipient închis;

j. Puterea calorică – energia calorică ce poate fi degajată prin combustia completă a unităţii de masă a unui material sau a unei substanţe combustibile.

Procesul de ardere este posibil numai dacă se întrunesc simultan, în timp şi spaţiu următoarele condiţii :

1

- existenţa materialului combustibil- prezenţa substanţelor care întreţin arderea- sursă de aprindere, cu energie capabilă să realizeze temperatură de

ardere

Materialele combustibile trebuie să fie încălzite până la temperatura de aprindere, pentru ca să ardă sau să se menţină propagarea flăcării.

Arderea continuă până când :- materialul combustibil este consumat- concentraţia carburantului devine mai mică decât minimul necesar

pentru a menţine arderea- pierderile de căldură sunt atât de mari încât nu se mai asigură

căldura necesară pentru piroliza în continuare a materialului combustibil- flăcările sunt inhibate chimic sau suficient răcite pentru a împiedica

desfăşurarea reacţiilor în continuare.

Procesul de ardere cuprinde 3 faze: oxidarea aprinderea arderea propriu-zisa

Aprinderea – se produce fie când substanţa sau materialul combustibil vine în contact cu o sursă externă de aprindere în prezenţa oxigenului din aer, sau datorită unei surse de căldură internă .

Ca surse externe de aprindere se pot aminti : Focul deschis; Radiaţia termică; Scânteile mecanice şi electrice, scurtcircuitele, etc.

Arderea este de 2 feluri :- Completă- Incompletă când substanţa combustibilă nu arde în întregime deoarece

nu are la dispoziţie întreaga cantitate de oxigen;

Arderea poate fi : Cu flacăra, cu emisie de lumină; Cu incandescenţă, este o combustie fără flacăra a unui material

combustibil, cu emisie de lumina vizibilă la suprafaţă; Mocnită, fără emisie de lumină vizibilă, arderea fiind pusă în evidenţă

de fum.

Arderea gazelor are loc cu flacără, într-o cantitate de aer specifică fiecărei substanţe gazoase. În cazul gazelor combustibil lichefiate, viteza de reaprizare creşte în funcţie de suprafaţa de contact cu aerul şi temperatura mediului şi scade în funcţie de nivelul umidităţii şi de gradul de inertizare.

Viteza de ardere în cazul gazelor se defineşte prin cantitatea de gaze ce arde în unitatea de timp fără a ţine cont de factorul de suprafaţa.

2

Factorii care influenţează viteza de ardere sunt : natura gazelor, concentraţia amestecului de gaze, presiunea şi temperatura, precum şi unele adaosuri care măresc sau scad sau anihilează propagarea flăcării.

Comportarea la foc a substanţelor combustibile gazoasă este caracterizată în general de limite de ardere. Concentraţia minimă a gazelor în aer la care se produce arderea constituie limita inferioară, iar concentraţia minimă a oxigenului, respectiv concentraţia maximă a gazelor combustibile la care arderea nu mai este posibilă, limita superioară de ardere.

Limitele de ardere include limitele de explozie şi detonaţie. În multe cazuri limitele de ardere şi limitele de explozie sunt aproape identice, dar la început orice amestec gazos, arde cu flacără stabilă, după care, în anumite condiţii, au loc reacţii explozive.

Arderea substanţelor combustibile lichide cu excepţia uleiurilor vegetale oxidate, a dispersiei unor lichide pe un corp păros se face după vaporizare şi numai în stare gazoasă.

Viteza de ardere în cazul lichidelor depinde de suprafaţa liberă a acestora, de viteza de evaporare şi de cantitatea de căldură transmisă de flăcări.

Spre deosebire de gaze şi lichide care ard sub formă de flăcări, în cazul solidelor putem deosebi :

- solide ce ard cu flacără ; fie că se transformă în vapori fără descompunere direct prin sublimare, fie prin topire urmată de vaporizare. Arderea în aceste cazuri, este foarte asemănătoare cu cea a lichidelor, având loc în întregime în fază gazoasă.

- solide care prezintă simultan cele două moduri de combustie. Faza de ardere este precedată de o descompunere a părţilor încă neaprinse cu degajare de vapori sub influenţa căldurii degajate de fracţiunile aprinse. Această piroliză ia forme variabile în funcţie de compuşi respectivi, dar şi de condiţiile concrete, în care se desfăşoară arderea.

Viteza de ardere a solidelor este determinată de: cantitatea materialelor combustibile, suprafaţa de ardere în unitatea de timp.

Viteza de ardere nu este constantă depinzând de : compoziţia chimică, proprietăţile materialelor combustibile, condiţiile meteo, viteza vântului, gradul de umiditate, aportul de aer proaspăt în vecinătatea materialului, suprafaţa specifică.

Materialele pulverizate în suspensie în aer, sub formă de nori în contact cu sursă de aprindere în anumite concentraţii, pot iniţia arderi explozive.

Aprinderea unui amestec combustibil gazos, reprezintă aducerea la o anumită temperatură, temperatura de aprindere, într-un anumit punct, unde are loc iniţierea, combustia continuă până tot materialul a ars.

Temperatura de aprindere reprezintă temperatura minimă la care o substanţă gazoasă combustibilă aflată în prezenţa aerului sau oxigenului, trebuie încălzită pentru a se aprinde; în contact cu o sursă de iniţiere ea va arde în continuare după îndepărtarea sursei.

3

Temperatura de inflamabilitate se defineşte ca temperatura minimă, la presiunea atmosferică normală, la care vaporii degajaţi de un combustibil lichid formează cu aerul, deasupra suprafeţei sale, un amestec de o anumită concentraţie, ce se aprinde la contactul cu o sursă de aprindere.

Temperatura de inflamabilitate influenţează viteza de ardere a lichidelor. Cu cât este mai scăzută, cu atât viteza de ardere este mai mare.

În cazul corpurilor solide, definirea unei temperaturi de aprindere este o problemă mai complexă decât în cazul gazelor sau lichidelor.. O temperatură de aprindere nu poate fi definită în termenii unei temperaturi medii a masei solidului. Ca urmare temperatura de aprindere se defineşte ca temperatura de suprafaţă minimă la care debitul de volatil este suficient pentru a menţine o flacără susţinută la suprafaţă.

Combustibilitatea reprezintă proprietatea unui material de a-l aprinde şi de a arde în prezenţa aerului, contribuind la creşterea cantităţii de căldură dezvoltata de incendiu.

Materialele şi elementele de construcţie se clasifică din punct de vedere al combustibilităţii în două grupe :

- incombustibile;- combustibile.

Lichidele combustibile se împart în următoarele clase de combustibilitate în funcţie de temperatura de inflamabilitate a vaporilor:

I cu Li < 28°II cu Li = 28 - 55°III cu Li = 55 - 100°IV cu Li > 100°

4