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I combustibili: solidi, liquidi e gassosi

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I combustibili sono sostanze che a contatto con l’ossigeno dell’aria possono dar luogo ad azioni di combustione. I combustibili possono trovarsi nello stato fisico: solido, liquido, gassoso. Esaminiamo per ciascuno le caratteristiche principali.

Cosa sono i combustibili?

Il combustibile è la sostanza dalla quale, nella reazione, si sviluppano calore e in genere luce.

Il combustibile è la sostanza che, nella reazione, si “ossida” cedendo gli elettroni alla sostanza ossidante e fornendo energia sotto forma di luce e calore.

Come vengono classificati i combustibili?

I combustibili possono trovarsi nello stato fisico: solido, liquido, gassoso. La fiamma che si sprigiona da un combustibile solido o liquido deriva dai gas o dai vapori emessi dai solidi e dai liquidi per effetto del loro riscaldamento.

In questo articolo vediamo le caratteristiche di ciascuno di loro.

I combustibili gassosi: quali sono

I combustibili gassosi sono quelli che si trovano allo stato fisico di gas a temperatura e pressione ambiente. Si miscelano immediatamente con l’ossigeno presente nell’aria e, pertanto, sono particolarmente pericolosi.

Infatti, per avviare la combustione della miscela è sufficiente una quantità minima di energia (prodotta ad esempio da una scintilla).

Solo i combustibili gassosi possono miscelarsi direttamente con il comburente e bruciare in presenza di innesco.

Ai combustibili gassosi appartengono il Metano, il GPL, l’Acetilene, l’Idrogeno

Nozioni importanti sui combustibili gassosi

Campo di infiammabilità

Le miscele di gas – aria comburente prendono fuoco, se innescate, solo se nella miscela la percentuale di gas è all’interno di un campo (il campo di infiammabilità) di valori ben determinati. Al di fuori di questo campo, se cioè la concentrazione di gas è poco o troppo elevata (la miscela è povera o ricca di combustibile), indipendentemente dall’energia di attivazione, la combustione non avviene.

Temperatura di autoaccensione

La temperatura di autoaccensione è quella a cui un combustibile si accende spontaneamente senza più la necessità di un innesco esterno (è anche quella temperatura che deve avere un innesco esterno per accendere il combustibile).

Potere calorifico

Il potere calorifico è la quantità di calore che si ottiene dalla combustione di 1 m3 della sostanza esaminata.

Reattività con altri gas

La reattività con altri gas è utile nella scelta degli immagazzinamenti; se gas differenti fuoriusciti dai rispettivi contenitori amplificano il pericolo di incendio una volta miscelati, andranno prese adeguate misure preventive per evitarne il possibile contatto.

Densità relativa all’aria

La densità relativa all’aria indica se il gas fuoriuscito dal suo contenitore tende a disperdersi nell’atmosfera (gas più leggero dell’aria) oppure ad accumularsi in basso (gas più pesante dell’aria). Come si vedrà in seguito l’areazione dei locali è una delle normali misure di prevenzione contro gli incendi; avere informazioni sulla densità dei gas permette di decidere come realizzare le aperture di ventilazione.

I combustibili liquidi: quali sono

I combustibili liquidi emettono, a temperatura ambiente, vapori che, combinandosi con il comburente, producono la miscela infiammabile.

Tale emissione aumenta con la temperatura e varia in funzione della natura della sostanza.

I combustibili liquidi comprendono carburanti (benzina, gasolio)‏, olii lubrificanti, alcoli vernici e solventi.

Affinché un combustibile liquido bruci è necessario che prima evapori e poi si misceli con il comburente.

In questo caso, il calore favorisce l’evaporazione del liquido combustibile.

Dopo che si è formata la miscela vapore combustibile-aria, per la sua accensione l’energia ancora richiesta è minima.

Nel complesso, per incendiare un combustibile liquido, l’energia che deve essere somministrata serve in parte per far evaporare il liquido ed in parte per accendere la miscela aria–vapori.

Punto di infiammabilità

La differenza tra i vari combustibili liquidi è nella temperatura minima alla quale sono emessi vapori infiammabili. Questa temperatura, valore caratteristico dei combustibili liquidi, si chiama TEMPERATURA DI INFIAMMABILITA’ (si dice anche PUNTO DI INFIAMMABILITA’). Definita appunto come la “minima temperatura alla quale alla quale un liquido emette vapori in quantità sufficiente a formare con l’aria una miscela infiammabile in grado di accendersi se posta a contatto con un innesco”.

La benzina ha il PUNTO DI INFIAMMABILITA’ a – 21°C, il gasolio a + 65°C. La benzina è in grado di generare un incendio molto più facilmente a temperatura ambiente, mentre il gasolio deve essere riscaldato.

Liquidi combustibili con caratteristiche diverse determinano misure di prevenzione e protezione diverse.

Combustibili liquidi: cosa bisogna sapere

Temperatura di infiammabilità

La temperatura di infiammabilità o punto di infiammabilità è stata già definita: è la temperatura minima alla quale vengono emessi vapori infiammabili che si miscelano con l’aria comburente e che si accendono a contatto con un innesco.

Temperatura di autoaccensione

La temperatura di autoaccensione è quella a cui un combustibile si accende spontaneamente senza più la necessità di un innesco esterno (è anche quella temperatura che deve avere un innesco esterno per accendere il combustibile).

Campo di infiammabilità

Da prove sperimentali si è visto che la combustione si innesca solo se la miscela vapori combustibili – aria comburente contiene determinati valori percentuali dell’una e dell’altra sostanza. La miscela si accende solo se la quantità di vapori combustibili sono contenuti entro un preciso campo di valori, detto appunto “campo di infiammabilità”. Se il contenuto di vapori combustibili nella miscela con l’aria è inferiore al limite minimo di detto campo o superiore al limite massimo, la miscela non si accende.

Potere calorifico

Il potere calorifico è la quantità di calore che si ottiene dalla combustione di 1 kg della sostanza esaminata.

Tensione di vapore

La tensione di vapore è un indice della facilità con cui un liquido evapora (dal punto di vista fisico è la pressione esercitata dal vapor saturo al di sopra del liquido quando è raggiunto l’equilibrio tra le due fasi); la tensione di vapore aumenta con la temperatura.

Peso specifico

Il peso specifico serve a sapere se il liquido combustibile galleggia o affonda in acqua: è importante ai fini degli interventi di estinzione.

Miscibilità con l’acqua

Anche la miscibilità in acqua serve all’atto dell’estinzione; si può diluire il combustibile riducendone l’emissione di vapori infiammabili.

I combustibili solidi

I combustibili solidi emettono gas a seguito di un processo chiamato PIROLISI, che avviene sottoponendo a riscaldamento il materiale.

Il gas emesso combinandosi con il comburente brucia con fiamma; il restante materiale brucia senza fiamma, formando le braci; al temine della combustione rimangono le ceneri, incombustibili.

Combustibili solidi: quali sono

I combustibili solidi comuni comprendono:

  • legno, carta, carbone;
  • tessuti, fibre tessili in generale;
  • materie plastiche;
  • gomma.

Quando il combustibile è solido, a similitudine di quanto accade con i liquidi, perché il processo di combustione si avvii, serve dell’energia sia per rendere disponibile una quantità sufficiente di combustibile allo stato gassoso, sia per innescare la combustione.

Cosa serve per bruciare

Per bruciare un combustibile solido, generalmente, serve una quantità maggiore di energia iniziale rispetto ai combustibili gassosi:

  • prima, per liberare i gas contenuti all’interno della sostanza solida mediante PIROLISI;
  • poi, per innescare la miscela tra i gas emesso ed il comburente.

Combustibili solidi: punto di infiammabilità

Esiste il PUNTO DI INFIAMMABILITA’ anche per i solidi la cui definizione è appunto la “Minima temperatura alla quale alla quale un solido emette vapori in quantità sufficiente a formare con l’aria una miscela infiammabile”

L’intero processo di combustione dei solidi, soprattutto quelli tradizionali, legno, carbone, tessuti naturali, ecc., comporta una fase in cui, esaurita la frazione gassosa del materiale, esso continua a bruciare senza fiamma, formando le braci.

Al termine della combustione, rimane come residuo la cenere, che altro non è che materiale, in genere di origine minerale, incombustibile.

Combustibili solidi: cosa bisogna sapere

Potere calorifico

Il potere calorifico è la quantità di calore che si ottiene dalla combustione di 1 kg della sostanza esaminata; si distingue il potere calorifico inferiore, che è propriamente quello ora definito, e che è quello che interessa ai fini antincendio, dal potere calorifico superiore, che tiene conto anche del calore speso per far evaporare l’acqua contenuta nella sostanza stessa. E’ la misura dell’energia rilasciata dal combustibile in questione, che potrà aumentare la temperatura ambiente e riscaldare gli altri combustibili presenti facendoli arrivare al loro punto di infiammabilità, determinandone, infine, l’accensione.

Temperatura di infiammabilità

La temperatura di infiammabilità o punto di infiammabilità di un combustibile solido: è la temperatura minima alla quale si liberano gas in quantità sufficiente a formare, con l’aria, una miscela che, in presenza di un innesco, da luogo ad una combustione.

Temperatura di autoaccensione

La temperatura di autoaccensione è quella a cui un combustibile si accende spontaneamente senza più la necessità di un innesco esterno (è anche quella temperatura che deve avere un innesco esterno per accendere il combustibile).

Pezzatura, porosità e forma del materiale

La pezzatura e la porosità vanno conosciute per capire quanto intimamente si mescolano aria comburente ed i gas ottenuti per pirolisi. Grandi pezzi di legno bruciano con maggiore difficoltà rispetto a fascine, a parità di quantità di materiale disponibile.

Reattività con acqua

La reattività con l’acqua (ad es. fosforo o magnesio) è importante quando si stabilisce la sostanza estinguente da utilizzare. In alcuni casi specifici, benché in generale il mezzo ideale per spegnere incendi di materiali solidi sia l’acqua, questa non può essere usata poiché reagendo aggraverebbe l’incendio invece che estinguerlo.

Composizione chimica della sostanza

La conoscenza della composizione chimica permettere di capire quali saranno le sostanze presenti nei fumi e nei gas risultanti dalla combustione. Permette di capire inoltre quali tra questi saranno tossici o comunque nocivi per le persone e per i beni materiali.

Contenuto di umidità del materiale

Il contenuto di umidità da una parte è un bene, poiché sottrae calore assorbendolo per evaporare. Dall’altra può essere pericoloso per quelle sostanze in cui l’umidità favorisce fenomeni come la fermentazione che apportano calore, in casi estremi fino all’autoaccensione.

I combustibili solidi in polvere

I combustibili solidi in polvere pur essendo dal punto di vista fisico, delle particelle solide, dal punto di vista dell’incendio si comportano in maniera simile ai gas.

Infatti, un granello di polvere, con massa infinitesimale ha conseguente capacità termica praticamente nulla, mentre la superficie esposta all’azione dell’aria comburente è molto ampia in relazione al proprio volume. Per tale motivo la polvere è facilmente incendiabile. Polveri disperse in aria, in determinate condizioni, sono in grado di esplodere.

Anche sostanze normalmente considerate incombustibili, come alcuni metalli, in polvere, possono bruciare.

Come si comportano

Combustibili solidi in polvere, dal punto di vista dell’incendio si comportano come gas e portano facilmente all’esplosione.

Se in polvere, anche sostanze considerate incombustibili possono bruciare, come i metalli ossidabili (alluminio, zinco, magnesio)‏.

Sostanze organiche in forma di graniglia o polvere (grano, mais, farina, zucchero) possono fermentare e l’aumento di temperatura può innescare l’autocombustione.

Consulta anche i seguenti articoli pubblicati su InSic:

Il triangolo del fuoco e i principi della combustione
Spegnere un incendio: tempi e metodi

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