VITEZA DE ARDERE

Cuprins

1

1.Introducere.Exemple practice..................................................................................................................3

2. Viteza de ardere depinde de:..................................................................................................................4

Temperatura la care are loc prima reacţie..............................................................................................5

Compoziţia chimică.................................................................................................................................5

Umiditatea substanţei sau materialului combustibil...............................................................................5

Curenţii de aer şi presiunea atmosferică.................................................................................................5

Raportul dintre suprafaţa liberă a combustibilului şi volumul lui............................................................5

Catalizatorii.............................................................................................................................................6

Concentraţia combustibilului..................................................................................................................6

3. Viteza de ardere a materialelor gazoase.................................................................................................6

4. Viteza de ardere la materialele lichide....................................................................................................7

5.Viteza de ardere a materialelor solide......................................................................................................8

6. Vitezele de ardere ale celor mai uzitate materiale și substanțe combustibile, după datele stabilite de VNIIPO.........................................................................................................................................................8

7.Dependenta vitezei de ardere de oxigen................................................................................................11

8.Bibliografie.............................................................................................................................................11

1.Introducere.Exemple practiceViteza de ardere este o trăsătură cantitativa importantă a combustibilităţii şi depinde de

natura combustibililor şi de condiţiile de schimb de căldura şi de masa în zona procesului de

ardere.

2

Viteza de ardere

În desenul nr. 1 - Viteza de ardere orizontală, ca exemplu este luată o bucată de plastic.

Viteza de ardere orizontală este mai puţin de 76mm/min la grosimea de 3mm, iar dacă

grosimea este mai mare de 3mm atunci şi viteza de ardere este mai mică adică - 38mm/min.

1- Viteza de ardere orizontală

În exemplu nr. 2 este modelată viteza de ardere verticală. Viteza de ardere verticală

a acestei bucăţi de plastic este mare – în timp de 30 secunde bucata arde complet. Dar

între cele două exemple ilustrate există şi o altă diferenţă în afară de viteza de ardere, şi

anume faptul că în cea de a doua situaţie este vorba şi despre scurgerea unor picături de

plastic arzător, care de multe ori stau la baza răspândirii rapide a incendiului (crearea a

două sau chiar trei focare).

2- Viteza de ardere verticală

2. Viteza de ardere depinde de: ▪temperatura la care are loc prima reacţie;

▪compoziţia chimică;

3

▪umiditatea substanţei sau materialului combustibil;

▪curenţii de aer;

▪presiunea atmosferică;

▪raportul dintre suprafaţa liberă a combustibilului şi volumul lui;

▪prezenţa catalizatorilor;

▪la lichide şi gaze, concentraţia acestora.

Temperatura la care are loc prima reacţie.

La temperaturi scăzute, arderea se desfăşoară cu multa greutate; de exemplu, în

regiunile polare nu este posibilă aprinderea chibriturilor. La temperatură normală

(20°C), unele substanţe combustibile se oxidează lent; pe măsura ce temperatura creşte,

se măreşte şi viteza de oxidare şi, deci, de ardere (la o creştere a temperaturii cu 10°C

viteza de oxidare se măreşte de 2 – 3 ori).

Compoziţia chimică.

Compoziţia chimică influenţează şi ea viteza de oxidare prin natura elementelor

componente ale substanţei (corpului) respective. În toate substanţele combustibile

există, în general, ca elemente de bază, carbonul şi hidrogenul. Sunt substanţe

combustibile care conţin numai elementele chimice care ard, ca de exemplu carbon,

hidrogen, fosfor, sulf; acestea prezintă cel mai mare pericol de incendiu. Altele, însa,

deşi sunt combustibile, conţin şi elemente care nu ard. Prezenţa elementului

necombustibil în molecula unei substanţe micşorează sau chiar suprimă

combustibilitatea.

Umiditatea substanţei sau materialului combustibil.

Umiditatea excesivă reduce viteza de ardere, în schimb o uscăciune ridicată la solide

o ridică în mod substanţial.

Curenţii de aer şi presiunea atmosferică.

Curenţii de aer şi vântul exercită o mare influenţă asupra vitezei de ardere. Pe vânt

puternic arderea este alimentată intens cu aer (oxigen), viteza de ardere crescând.

Scăderea presiunii atmosferice micşorează viteza de ardere, pe când creşterea acesteia o

accelerează.

4

Viteza de ardere

Raportul dintre suprafaţa liberă a combustibilului şi volumul lui.

Raportul dintre suprafaţa liberă a materialului combustibil şi volumul lui, în special

la solide, are o mare influenţă asupra procesului de aprindere şi ardere. Cu cât acest

raport este mai mare, cu atât aprinderea se produce mai repede.

Catalizatorii.

Catalizatorii pot mări şi ei viteza de ardere. În unele situaţii chiar se numeşte

autocatalitic. Unii catalizatori lucrează ca inhibitori şi reduc din ce în ce mai mult viteza

de ardere, până la încetarea definitivă.

Concentraţia combustibilului.

Cea mai mare influență o exercită, însă, concentrația combustibilului. La o

concentrație apropiată de limita inferioară de inflamabilitate, viteza de ardere, de

obicei, este de numai câțiva centrimetri pe secundă. Astfel, pentru un amestec de

etilenă-aer, viteza de ardere poate să ajungă până la 2 cm/s. La creșterea concentrației

combustibilului, viteza de ardere se mărește la început până la maximum, în cazul unui

amestec stoechiometric, când viteza, în funcție de natura combustibilului și de

conținutul de oxidant, poate fi de 0,20- 10,00 m/s, după care din nou începe să scadă. La

o concentrație apropiată de limita superioară, viteză de ardere ajunge iarăși la

aproximativ câțiva centimetri pe secundă. Cele mai mari viteze de ardere le au

amestecurile de hidrogen și acetilena cu oxigenul 11,50 și respectiv 11,40 m/s. Unele

amestecuri de gaze și vapori combustibili cu oxigenul, că, exemplu de metan, etan,

propan, au viteză maximă de ardere între limitele 3,90 -5,90 m/s.

Dacă viteza de ardere a amestecului de presiune atmosferica este mai mică de 0,50

m/s, atunci, odată cu creșterea presiunii, viteza se va micșora; în cazul în care este însă

mai mare de 0,50 m/s, pe măsura creșterii presiunii, viteza de ardere se va mari.

3. Viteza de ardere a materialelor gazoase Unele substanţe gazoase sunt combustibile la o temperatură normală: hidrogenul,

oxidul de carbon, precum şi câteva amestecuri gazoase complexe cum sunt: gazul

5

natural, gazul de sondă, gazul de fermentaţie, etc. Arderea gazelor are loc cu flacără,

într-o cantitate de aer specifică fiecărei substanţe gazoase.

Viteza de ardere în cazul gazelor se defineşte prin cantitatea de gaze ce arde în

unitatea de timp fără a ţine seama de factorul suprafaţă. 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 includ limitele de

explozie şi detonaţie. Pericolul cel mare pentru iniţierea unor aprinderi explozive îl

reprezintă gazele cu limite de ardere largi (de exemplu, acetilena: circa 4 – 80%).

Având în vedere unitățile de măsură, viteza de ardere a materialelor combustibile

poate fi: liniară, în raport de masă sau de volum. De exemplu, la arderea gazelor de

sondă în erupție viteza de ardere se măsoară în unitate de volum și are valoarea:

vvol = viteza volumetrică de ardere [m3/zi]

V = volumul total al gazului ars [m3];

tard = timpul de ardere [zile; h].

La incendiile izbucnite în urma erupțiilor de gaze pot să ardă până la 3 mil∙ gaz/zi și

chiar mai mult, în funcție de debitul sondei și de presiunea gazului de la ieșirea din sol.

La lichide, inflamarea și arderea sunt precedate de încălzirea și evaporarea lor și de

formarea amestecurilor de combustibil cu aerul. Încălzirea și evaporarea lichidului,

fiind procese care se produc lent, limitează viteza de ardere.

4. Viteza de ardere la materialele lichide În cazul arderii unui lichid combustibil dintr-un rezervor sau vad de reacție

amplasat într-o încăpere cu volum mare, viteza de ardere depinde de nivelul lichidului

din recipient, de viteza vântului, grosimea stratului care arde, temperatura lichidului și a

aerului înconjurător și într-o oarecare măsură și de diametrul recipientului respectiv.

Viteza de ardere a lichidelor vărsate pe o suprafață depinde de grosimea stratului. Dacă

grosimea este mai mare de 1 cm, atunci viteza de ardere aproape că nu se deosebește de

viteza de ardere a lichidelor în rezervoare. La arderea lichidelor în încăperi cu volum

mic, viteza de ardere depinde în mare măsură de temperatura din interior, de schimbul

de gaze din zona incendiului cu cele din mediul exterior și poate varia în limite foarte

largi.

6

Viteza de ardere

Viteza de ardere este mai mare la lichidele cu capacitatea de evaporare mai ridicată.

Cu cât este mai scăzut punctul de inflamabilitate al lichidului aprins, cu atât este mai

mare viteza de ardere. Tocmai de aceea viteza de ardere a benzinei, în condiții egale,

este mai mare decât viteza de ardere a păcurii. La creșterea temperaturii inițiale de

încălzire a lichidului și ridicarea nivelului în rezervor, viteza de ardere se mărește.

În calcul, și în practică cel mai mult, se folosește viteza liniară de ardere [mm/min].

Prin viteză liniară de ardere se înțelege grosimea stratului de lichid care arde în

unitatea de timp, marcată de fapt prin scăderea nivelului de lichid din recipient:

v = h/ t ard

unde :

v = viteză liniară de ardere [mm/min];

h = grosimea stratului de lichid care arde (cât scade lichidul în unitatea de timp),

[min];

t ard = temperatură de ardere.

5.Viteza de ardere a materialelor solide Viteza de ardere a materialelor solide depinde într-o mare măsură de compoziția lor

chimică, de suprafața specifică și de gradul de umiditate.

În încăperi, viteza de ardere a substanțelor și a materialelor solide depinde de

suprafața relativa a golului prin care se face schimbul de gaze între zona incendiului și

mediul exterior. Materialele solide măcinate sau fărâmițate fin, având o suprafață liberă

în masă prin care pătrunde aerul, ard mai rapid decât aceleași materiale care se găsesc

într-o masă mai compactă.

Pentru materialele solide se folosește cel mai frecvent viteza de ardere în raport de

masa, adică acea cantitate de material combustibil ars pe unitatea de suprafață de ardere,

în unitatea de timp. Cu cât este mai mare suprafața specifică a substanțelor și

materialelor solide, cu atât este mai ridicată viteză de ardere. Suprafața specifică a unui

corp solid este raportul între suprafața liberă și volum. Pentru fiecare material

combustibil solid, viteza de ardere în raport de masă depinde de temperatura

incendiului.

6. Vitezele de ardere ale celor mai uzitate materiale și substanțe combustibile, după datele stabilite de VNIIPO.

7

Tabelul 1- Vitezele de ardere ale celor mai uzitate materiale şi substanţe

combustibile

Materiale şi

substanţe

combustibile

Viteza de ardere Căldura specifică,

teoretică a

volumului

În raport de masa

(kg/ m2 m)

Liniară (min/min)

Lemn (bare,

mobile în

încăpere)

0,84 - 18000

Stiva de lemn

tăiat în aer liber

6,70 - 22000

Cherestea în

stive pe teren

descoperit

6,67 - 23000

Hârtie afânată 0,48 - 1,500

Cărţi pe rafturi

de lemn

0,33 - 1,000

Textolit 0,40 - 2000

Bumbac afânat 0,24 - 400

Fibră artificială

scurtă afânată

0,40 - 1000

Cauciuc natural 0,80 - 8100

Cauciuc sintetic 0,53 - 5100

Articole tehnice

din cauciuc

0,67 - 9000

Film de

cinematograf

din celuloid

70,00 - 280000

Produse de

carbolit

0,38 - 2400

Polistiren 0,86 - 9000

Sticlă organică 0,86 - 5800

Fenoplaste 0,35 - 8000

Turbă în stive 0,18 - 500

8

Viteza de ardere

lungi cu

umiditate 40%

Sodiu metalic 0,70-0,90 1800-2300

Potasiu metalic - 1,00-1,40 1500-2100

Acetonă 2,83 3,30 18000

Benzen 2,30 3,15 27000-32000

Benzină 2,70-3,20 3,80-4,50 27000-32000

Alcool butilic 0,81 1,10 20000

Eter dietilic 3,60 5,00 29000

Izopentan 6,30 10,00 35000

Petrol (ţiţei) 1,70 1,60 12000

Păcura 2,10 2,20 20000

Petrol lampant 2,90 3,60 30000

Sulfură de

carbon

2,20 2,70 40000

Variaţia vitezei de ardere în raport de masă, în funcţie de temperatura incendiului la

aceeași umiditate și la schimbul de gaze constant se arată în Tabelul 2.

Tabelul 2- Variaţia vitezei de ardere

Materialul

combustibil

Viteza de ardere în raport de masă în kg/m2 ∙ min la

temperatura incendiului, în C

Viteza

de

ardere

kg/m2 ∙

min

400 500 600 700 800 900

Lemn

(8-10%

umiditate)

0,300 0,34 0,400 0,25 - 0,65 0,40-

0,50

Materiale

plastice

armate cu

fibră de

sticlă

- 0,74 - 0,90 - 1,10 1,00

9

Fibră de

vâscoză

- 0,25 - 0,27 0,40 - 0,40

Anvelope

regenerate

- 1,11 - 1,14 1,20 - 1,20

Seminţe de

bumbac

0,183 - 0,442 - 0,58 - 0,55

Turte de

seminţe de

bumbac

0,165 - 0,512 - 0,58 - 0,58

Tocătură

de bumbac

0,144 - 0,268 - 0,43 - 0,43

7.Dependenta vitezei de ardere de oxigen.Viteza de ardere se mărește odată cu ridicarea temperaturii și depinde de cantitatea

de oxigen care participă la ardere. La micșorarea cantității de oxigen viteza de ardere se

reduce. Pentru arderea majorității substanțelor combustibile (lemn, cărbune, produse

petroliere etc.), oxigenul se ia din aer. Dacă aerul atmosferic conține mai puțin de 14-

15% oxigen arderea substanțelor și materialelor combustibile încetează, adică viteza de

ardere devine nulă.

În cazul incendiilor izbucnite în interiorul încăperilor în aceleași condiții, viteza de

ardere este întotdeauna mai mică. Viteza de ardere pe timpul incendiilor izbucnite în

interior depinde în primul rând de existența și starea golurilor și în foarte mică măsură

de sarcină specifică a substanțelor sau materialelor combustibile.

La creșterea schimbului de gaze viteza de ardere se mărește. Pe timpul incendiilor

din spațiile închise de la subsol, în magaziile navelor, în camerele de uscare, etc., unde

schimbul de gaze este foarte limitat, se produce un proces lent de ardere. La incendiile

izbucnite în exterior, viteza de ardere depinde de viteză vântului. De exemplu, viteza de

ardere a benzinei în rezervor la nivel superior, în caz de modificare a vitezei vântului de

la 0,8 m/s se mărește cu apropape 50%.

8.Bibliografie

10

Viteza de ardere

Stingerea Incendiilor- P Balulescu

site-ul www.pompierul.md

11