 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Alpinism | Arta cultura | Diverse | Divertisment | Film | Fotografie |
| Muzica | Pescuit | Sport |
ACADEMIA DE POLITIE "Alexandru Ioan Cuza"
FACULTATEA DE POMPIERI
Catedra de Inginerie si Situatii de Urgenta
LUCRARE DE LICENTA
Declaratie
Prin prezenta declar ca Lucrarea de licenta cu titlul "Prevenirea incendiilor cu sursa de natura neelectrica. Fenomenul de autoaprindere" este scrisa de mine si nu a mai fost prezentata niciodata la o alta facultate sau institutie de invatamant superior din tara sau strainatate. De asemenea, declar ca toate sursele utilizate, inclusiv cele de pe internet, sunt indicate in lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului:
toate fragmentele de text reproduse exact, chiar si in traducere proprie din alta limba, sunt scrise intre ghilimele si detin referinta precisa a sursei;
reformularea in cuvinte proprii a textelor scrise de catre alti autori detine referinta precisa;
rezumarea ideilor altor autori detine referinta precisa la textul original.
Lucrarea prezinta o serie de aspecte referitoare fenomenul de autoapridere si anumite masuri impuse in scopul prevenirii incendiilor care au putea fi initiate de acest fenomen si nu in ultimul rand pericolele existente pentru om.
In concordanta cu titlul lucrarii, prima parte a lucrarii este alocata descrierii conceptului de autpaprindere dar si a fazelor acestuia care prezinta o importanta deosebita in prevenirea incendiilor, exploziilor provocate de acest fenomen de autoapridere.
O atentie mai deosebita s-a acordat substantelor capabile de autoaprindere datorita importantei acestora in industrie, a complexitatii si structurii acestora si a masurilor stricte de prevenire ce impun depozitarea, transportul si utilizarea acestora. Nerespectarea regulilor stabilite in acest domeniu poate duce la incendii, explozii de mare amploare, uneori chiar la adevarate catastrofe.
Ultimul capitol ofera detalii despre masurarea temperaturilor substantelor capabile de autoaprindere, precum si despre principiul de functionare si schemele a diverselor aparate pentru masurarea temperaturilor.
Cuvinte cheie : autoaprindere, comburant, explozie, incendiu, oxidare, temperatura.
Storyboard
This project presents a series of aspects with reference to spontaneous combustion phenomena and certain imposed measures in order to prevent the fires which could have been initiated by this phenomena, and after all , the existing dangers for the human being.
Congruent to its title, the first chapter describes the spontaneous combustion concept but it also describes its phases which are very important in preventing the fires and the explosions caused by this phenomena.
Within this project, a distinguished attention has been paid to those substances which are responsible by the spontaneous combustion, due to their importance to the industry, their complexity and their structure and also to the rigorous preventing measures which impose their storage, transport and utilization.
Breaking the established rules in this field could start fires, big explosions and sometimes could generate real catastrophes.
The last chapter offers details regarding the measurement of the spontaneous combustion substances, as well as information regarding the functioning principle and the schemas for different machines in order to measure the temperatures.
Key words: self setting fire, carburant, explosion, fire, oxidation, temperature.
A arde - a fi in stare de combustie.
Aprindere - initiere a unei arderi.
Ardere/combustie - reactie exoterma a unei substante combustibile cu un comburant, insotita in general, de emisie de flacari si/sau emisie de fum.
Ardere cu incandescenta - ardere a unui material, in stare solida, fara flacara, cu emisie de lumina in zona de ardere.
Ardere mocnita - arderea unor materiale, fara emisie vizibila de lumina pusa in evidenta, in general de fum si cresterea temperaturii in masa acestora.
Ardere fara flacara - ardere fara flacara a unui material in stare solida.
Atmosfera exploziva - amestec de gaze, vapori sau pulberi/prafuri combustibile cu aerul, in conditii atmosferice normale si concentratii cuprinse intre limitele inferioara si superioara de explozie, pentru care, la inflamare/autoinflamare, aprindere/autoaprindere, arderea se propaga in tot amestecul.
Autoaprindere/aprindere spontana - aprindere rezultata in urma autoincalzirii unui material aflat intr-o anumita stare de agregare.(solid,lichid,gaz)
Cauza a unui incendiu suma factorilor care concura la initierea incendiului, care consta, de regula, in sursa de aprindere, mijlocul care a produs aprinderea, primul material care s-a aprins, precum si imprejurarile determinante care au dus la izbucnirea acestuia
Comburant - element sau compus chimic care poate produce oxidarea sau arderea altor substante.
Combustibil - material capabil sa arda.
Conditii atmosferice normale - conditiile atmosferice determinate de: presiunile totale ale amestecului cuprinse intre limitele 0,08 MPa si 0,11 MPa; temperatura este necesar si suficient sa fie cuprinsa intre limitele de temperatura -20 C si +40 C.
Control de prevenire - activitate de verificare periodica a masurilor de protectie impotriva incendiilor.
Energie minima de aprindere - valoarea minima a energiei din canalul unei descarcari electrice care conduce la aprinderea unui amestec inflamabil de aer cu gaze, vapori, ceturi (de G.P.L. etc.), pulberi /prafuri aflate intre limitele de inflamabilitate / aprindere.
Explozie - reactie brusca de oxidare sau de descompunere, care produce o crestere de temperatura, de presiune sau ambele simultan.
Flacara - zona de ardere, in faza gazoasa, cu emisie de lumina.
Foc deschis - caracterizat ca fiind arderea in aer liber, respectiv acea ardere care nu se desfasoara intr-un spatiu inchis de combustie; pot fi incluse in aceasta categorie flacara produsa de: brichete, chibrituri, lumanari, lampi sau aparate de gatit, aparate de lipire, taiere, sudura etc., focul facut in aer liber in scop de incalzire sau pentru arderea de resturi menajere ori vegetale, precum si flacara care apare in urma unor reactii chimice, se includ si materialele in stare incandescenta, aflate in situatii deosebite, cum sunt: improscarile, deversarile, rasturnarile, stationarile etc., care pot provoca incendii datorita radiatiei termice sau contactului direct cu materialele combustibile.
Fumat - activitate care presupune existenta unui mijloc de aprindere (chibrit, bricheta), a tigarii, trabucului sau pipei si a restului ce ramane la terminarea procesului de fumat: rest de tigara (muc), de trabuc.
Huile/antracitul - reprezinta faza cea mai avansata a fenomenelor de incarbunare, care au avut loc in cea mai mare parte in carbonifer (era primara).
Inflamabil - material capabil sa arda cu flacara.
Incendiu - ardere autointretinuta, care se desfasoara fara control in timp si spatiu, care produce pierderi de vieti omenesti si/sau pagube materiale si care necesita o interventie organizata in scopul intreruperii procesului de ardere.
Interval de explozie - valori ale concentratiilor de gaze, vapori sau pulberi (prafuri) combustibile in aer, cuprinse intre limita inferioara de explozie si limita superioara de explozie.
Limita de explozie - valoare minima sau maxima a concentratiei unei
substante combustibile in aer sau in oxigen, pentru care explozia devine
posibila; limitele inferioara si superioara sunt indicate,
pentru gaze si vapori, prin concentratia in % vol., iar pentru
prafuri (pulberi) in 
.
Limita inferioara de explozie (LIE) - concentratia minima a gazelor, a vaporilor sau a pulberilor (prafurilor) combustibile in aer, la care se poate genera explozia; sub
limita inferioara de explozie amestecul nu poate sa genereze explozie, datorita excedentului de aer.
Limita superioara de explozie (LSE) - concentratia maxima a gazelor, a vaporilor sau a pulberilor (prafurilor) combustibile in aer, la care se poate genera explozia; peste limita superioara de explozie amestecul nu poate sa genereze explozie, datorita deficitului de aer.
Ligniti/carbunii bruni - reprezinta o faza mai inaintata de carbunare, petrecuta in era tertiara; acestia au in general stralucire mata, culoare bruna (neagra), structura foarte variata;
Operatiuni de lunga durata - interventiile pentru stingerea incendiilor si eliminarea efectelor negative ale acestora cu o durata mai mare de patru ore;
Ordine interioara - ansamblul dispozitiilor care trebuie stabilite, aplicate si respectate in incinta agentilor economici, institutiilor si gospodariilor populatiei, precum si in zonele culturilor agricole si cu vegetatie forestiera, inainte, in timpul si la terminarea unor activitati caracterizate prin factori de risc de incendiu specifici: lucrarile cu foc deschis, fumatul, asigurarea cailor de acces, de evacuare si de interventie;colectarea deseurilor, reziduurilor si a ambalajelor combustibile, precum si distrugerea acestora; efectuarea de lucrari premergatoare in timpul sezonului rece si in perioadele caniculare si secetoase.
Oxidare - fenomen chimic care se constituie ca o reactie in care o substanta se combina cu oxigenul sau cedeaza hidrogen.
Oxidare lenta - reactie a unei substante cu oxigenul care se produce la temperatura mediulzui ambiant sau la temperaturi mai coborate, fara dezvoltare de de lumina si aparent fara dezvoltare de caldura; caldura astfel generata, este cedata mediului exterior, temperatura de schimb, este aproximativ constanta (de exemplu, oxidarea fierului etc.); se pun in discutie, oxidarea biochimica, oxidarea chimica, oxidarea electrolitica.
Oxidarea biochimica - se refera la: oxidarea grasimilor, proteinelor, hidratilor de carbon provenite din alimente.
Prevenire a incendiilor - totalitatea actiunilor de impiedicare a initierii si propagarii incendiilor, de asigurare a conditiilor pentru salvarea persoanelor si bunurilor si de asigurare a securitatii echipelor de interventie
Protectie impotriva incendiilor - materiale, sisteme, echipamente, cladiri sau constructii utilizate pentru a diminua atat pericolul cat si riscul de incendiu pentru persoane si bunuri, prin detectare, stingere sau localizare a incendiului.
Protectie activa la incendiu - reprezinta un concept care se materializeaza printr-un pachet de masuri, care se emite de catre proiectant in faza de proiectare a unei cladiri/constructii cu o anumita destinatie; aceste masuri se realizeaza de catre o serie de intalatii care intra in functiune, fara interventia factorului uman; in principal, aceste instalatii sunt: instalatii automate
de semnalizare; instalatii automate de stins incendii; clapete antifoc montate pe tubulaturi de ventilatie/exhaustare; trape pentru evacuarea fumului si gazelor fierbinti; usi antifoc etc.
Protectie pasiva la incendiu - reprezinta un concept care se materializeaza printr-o protectie structurala, materializata printr-un pachet de masuri, care se emite de catre proiectant in
faza de proiectare a unei cladiri/constructii cu o anumita destinatie; aceste masuri se aleg de catre proiectant in functie de: categoria de pericol la incendiu; suprafata construita etc.; in acest caz, protectia la incendiu, se materializeaza prin: compartimente de incendiu cu pereti rezistenti la foc/antifoc; elemente de protectie a golurilor; utilizarea unor materiale incombustibile; limitarea clasei de combustibilitate a materialelor de constructie, prin ignifugarea materialelor combustibile/termoprotectia structurilor metalice; asigurarea cailor de evacuare etc.
Pericol iminent de incendiu - situatia creata de cumularea factorilor care concura la initierea incendiului, declansarea acestuia fiind posibila in orice moment.
Punct de inflamabilitate - temperatura minima, incepand de la care in conditii de incercare specificate, un lichid, degaja o cantitate suficienta de vapori inflamabili pentru a produce o aprindere de scurta durata, in contact cu o sursa de aprindere.
Temperatura de inflamabilitate - temperatura minima, incepand de la care, in conditii de incercare specificate, un lichid degaja o cantitate suficienta de vapori inflamabili pentru a produce o aprindere de scurta durata, in contact cu o sursa de aprindere.
Temperatura de aprindere - temperatura minima la care un material combustibil degaja vapori sau gaze combustibile intr-o anumita cantitate, astfel incat dupa aprinderea/ inflamarea acestora de la o sursa de aprindere, materialul continua sa arda fara aport caloric din exterior.
Temperatura de autoaprindere/aprindere spontana - temperatura minima la care un material se aprinde spontan, in conditii de incercare specificate.
Turba - reprezinta faza cea mai inaintata a descompunerii substantei vegetale si care se formeaza in zilele noastre in regiunile mlastinoase, de ses si de munte;
Autoaprinderea, se defineste ca fiind declansarea/initierea arderii, datorita cresterii temperaturii unei substante combustibile fara interventia unei surse exterioare de caldura, (flacara, scanteie, corp incandescent etc.).
Fenomenul se produce prin autoancalzirea substantei generata de reactia chimica care are loc in interiorul acesteia.
In general, termenul de autoaprindere se atribuie cazurilor de oxidare mai mult sau mai putin rapide sau aprinderilor generate ca urmare a unor acumulari de caldura provenite dintr-o actiune biologica interna.
Temperatura de autoaprindere reprezinta cea mai joasa temperatura de incalzire prin care se produce fenomenul de autoaprindere a unui material combustibil, aflat in diferite stari de agregare.
Fenomenul de autoaprindere admite o caracteristica generala, acesta putandu-se genera la materiale combustibile solide, lichide sau gazoase.
Spre exemplu prin incalzirea petrolului lampant la temperatura de 610oC se formeaza la suprafata lichidului vapori care in amestec cu aerul inconjurator, se aprind fara a fi necesara intrarea in contact cu o sursa (chibrit aprins, corp incandescent, scanteie etc.), arderea continuand pana la terminarea cantitatii de petrol aprins; acest fenomen poarta numele si de autoinflamare
In acest caz, este evident totusi actiunea de comunicare asupra petrolului a unei cantitati de energie calorica (care a produs evaporarea), in lipsa careia, aprinderea n-ar fi avut loc.
In cazul acesta din exterior nu a survenit nici o comunicare de caldura; aprinderea s-a produs ca urmare a unei oxidari lente interne si a acumularii caldurii degajata de aceasta.
Reactia chimica a facut sa creasca mult temperatura materialului textil imbibata cu grasime, proces care i-a determinat autoaprinderea.
In general caldura necesara producerii fenomenului de autoaprindere, poate lua nastere si se poate dezvolta ca urmare a unei actiuni chimice sau a unei actiuni de natura biologica.
Autoaprinderea prin actiuni de natura chimica are la baza fenomenul de oxidare.
In unele cazuri oxidarea se produce in mod violent, degajand caldura si lumina (arderile vii).
In alte cazuri, oxidarea se dezvolta intr-o perioada de timp mai mare, caz in care, caldura degajata se supune unui proces lent de ardere.
Aceste oxidari se transforma brusc dupa o anumita perioada de timp in reactii vii, dand nastere fenomenului propriu-zis al autoapriderii.
Exista si unele reactii care, desi stagneaza un timp oarecare, se produc apoi cu violenta.
Perioada de stagnare aparenta este si numita perioada de inductie.
Substantele ce determina marirea perioadei de inductie sunt denumite ca fiind inhibitori, iar cele care detremina reducerea acesteia, promotori.
Fenomenul opus actiunii inhibitorilor este cel determinat de promotori.
Unele reactii de oxidare stagneaza pentru o perioada de timp, datorita activitatii inhibitorilor. Atunci cand insa, dupa trecerea perioadei de inductie, inhibitorul a fost consumat si neutralizat in insasi interiorul masei combustibile, incepe sa se produca reactia.
Perioada de inductie poate fi redusa in totalitate daca, in amestec se introduce o cantitate oricat de redusa de promotor.
In aceste cazuri, reactia se genereaza instantaneu; in acest mod, se explica autoaprinderea unor substante ca urmare a actiunii promotorilor.
Numarul mare de reactii care au loc, atat in cazul oxidarii vii/rapide, cat si a celor lente, produce si degaja caldura.
La oxidarile vii/rapide, degajarea de caldura are loc instantaneu, putand genera uneori, chiar, explozii.
In cazul oxidarilor lente, cantitatea de caldura degajata intr-o masa mare de substanta, poate fi acumulata pana la atingerea unei temperature critice, la care substanta se autoaprinde; in acest mod, se explica fenomenul de autoaprindere a carbunelui la depozitele mari de carbuni .
Unele substante produc si acumuleaza caldura in interiorul masei depozitate, ca urmare a activitatii biologice a microorganismelor.
Exista situatii, cand temperatura se ridica pana la limita temperaturii de aprindere a substantei in cauza, generandu-se astfel nasteri la autoaprinderi.
Substantele susceptibile actiunii de acumulare a caldurii produsa prin activitatea microorganismelor sunt in special cele din categoria produselor agricole (furaje, textile, fibre etc.) si produselor animale (lana, par de animale, balegar etc.).
Fenomenul se desfasoara in urmatorul mod: celulele vegetale, chiar daca sunt rupte de la radacina, isi pastreaza vitalitatea atat timp cat continua sa respire; in tot acest timp ele degaja caldura care determina dezvoltarea actiunii lor de germinare, actiune care la randul sau degaja caldura.
Sub influenta caldurii, se dezvolta activitatea microorganismelor; aceasta situatie face sa creasca temperatura initiala a masei produsului respectiv, care se incalzeste treptat, pana la limita temperaturii de autoaprindere, generand aprinderea masei, daca nu au fost luate masuri de prevenire a incendiilor/exploziilor.
In general, efectul incalzirii prin acumularea caldurii produsa de actiunea biologica se poate imparti prin mai multe faze: biologica, inceput de carbonizare, innegrire a produsilor mai putin stabili, carbonizare si aprinderea propriu-zisa.
Aceste faze se stabilesc potrivit transformarilor determinate de cresterea si ridicarea temperaturii masei substantelor capabile de autoaprindere.
In procesul fenomenului de autoaprindere, se genereaza, autoincalzirea, manifestata prin fermentare/putrezire (procese lente si indelungate) datorate transformarilor de materiale sub actiunea microorganismelor si prin intermediul enzimelor (fermentatiilor).
De-a lungul perioadei de dezvoltare a fenomenului de fermentatie, variatii de temperatura, peste valori de 500C, constituie stari de pericol/un semnal de alarma si trebuie aplicate imediat, masuri de supraveghere.
Furajele, plantele tehnice in stare uscata (fanul, hameiul, sorgul, iarba de Susan, tutunul, taitei din sfecla de zahar, loliumul, trifoiul, lucerna etc), sunt supuse pericolului autoaprinderii de natura biologica, fenomen care depinde si de gradul de umiditate.
In aceasta faza, se produce degajarea de bioxid de carbon si de hidrogen. Temperatura masei incalzite, poate sa atinga temperatura de 55oC.
Caldura degajata, se considera ca fiind rezultatul fenomenului de oxidare a zaharurilor din interiorul celulelor, fenomen care are loc in prezenta enzimelor sau fermentilor.
Enzimele sunt substante organice formate din celule vii, care fac parte din clasa proteinelor. Rolul lor este asemanator celui pe care il au catalizatorii.
Aceasta faza, se caracterizeaza prin inceperea actiunii destructive a celulelor, stare care nu se extinde insa, asupra tuturor componentilor care alcatuiesc substanta.
De aceea, in aceasta faza, in cazul produsilor textili, celuloza ramane in stare intacta.
In aceasta faza temperatura poate sa ajunga pana la 100oC.
Trebuie mentionat faptul ca, la unele substante, se observa o anumita reducere a vitezei de incalzire. Fenomenul se explica prin faptul, ca in acelasi timp cu actiunea distructiva iau nastere produsi din categoria aldehide, care au proprietatea unui puternic reductor.
Acesti produsi sunt: hidrati de carbon si albuminoidele.
Fenomenul de innegrire a acestora, este derminat de cresterea continua a temperaturii care poate atinge valori de (140150)oC, depasindu-se uneori, chiar si aceasta limita.
Temperatura masei se ridica mereu, iar aprinderea se produce in raport cu temperatura de autoaprindere a substantei.
Fenomenul de aprindere, ca urmare a actiunii biologice, se explica prin depozitarea si structura substantelor care acumuleaza caldura si care, neputand fi degajata liber, se acumuleaza facand ca, in acelasi timp, sa se ridice si temperatura.
Pe masura ce se mareste cantitatea de caldura, creste si temperatura in interiorul masei depozitate.
Viteza reactiei chimice se mareste, iar procesul de ardere are loc cu atat mai intens, cu cat temperatura este mai ridicata.
Luand in considerare cele aratate anterior, se poate aprecia faptul, ca factorii care favorizeaza fenomenul de autoaprindere ale unor substante, sunt in principal:
- posibilitatea/probabilitatea de acumulare intr-un loc/intr-o zona a caldurii generate urmare unei actiuni chimice sau biologice
- temperatura de aprindere a substantei, supuse procesului de incalzire;
- temperatura mediului inconjurator;
- suprafata aflata in contact cu aerul din mediul inconjurator;
- gradul de umiditate.
Fenomenul de initiere a unui eveniment de tip incendiu, se poate defini prin intermediul ecuatiei:
initiere incendiu 
. (1)
Variabilele care intervin in
relatia (1) sunt:
- mijlocul sau elemente componente din structura sa ; 
- sursa (de
natura electrica sau neelectrica); 
- primul material
care se poate aprinde; 
- aerul atmosferic care, pentru a contribui la initierea unui incendiu este necesar si suficient
sa contina oxigen, la presiune atmosferica (
MPa), pentru o concentratie maxima de 21 % a oxigenului in aer ;
- imprejurarea; t, s
- momentul de timp respectiv spatiul/volumul la/in care se realizeaza simultan conditiile enuntate
mai sus.
Dezvoltarea unui incendiu/unei arderi/unei combustii sau post initiere incendiu, se poate defini prin intermediul ecuatiei :
post initiere incendiu =
. (2)
Egalitatea data de relatiile (1) si (2) reprezinta conditia de necesar si suficient, ca un eveniment de tip incendiu sa se dezvolte in timp si spatiu.
Analizand termenii definiti la capitolul terminologie, ardere mocnita - arderea unor materiale, fara emisie vizibila de lumina pusa in evidenta, in general de fum si cresterea temperaturii in masa acestora; ardere fara flacara - ardere fara flacara a unui material in stare solida; autoaprindere/aprindere spontana - aprindere rezultata in urma autoincalzirii unui material aflat intr-o anumita stare de agregare.(solid, lichid, gaz); oxidare fenomen chimic care se constituie ca o reactie in care o substanta se combina cu oxigenul sau cedeaza hidrogen; oxidare lenta - reactie a unei substante cu oxigenul care se produce la temperatura mediului ambiant sau la temperaturi mai coborate, fara dezvoltare de lumina si aparent fara dezvoltare de caldura; caldura astfel generata, este cedata mediului exterior, temperatura de schimb, este aproximativ constanta (de exemplu, oxidarea fierului); se pun in discutie, oxidarea biochimica, oxidarea chimica, oxidarea electrolitica.
Rezulta ca, in cazul autoaprinderii, fenomenul fiind caracteristic materialelor solide, se materializeaza de cele mai multe ori prin cresterea de temperatura in masa de materialului combustibil, fara emisie de lumina, uneori si fara emisie de fum.
Din acest motiv, incalzirea/cresterea temperaturii in functie de timp a unei mase de material combustibil se datoreaza/este dependenta de anumiti parametrii cum sunt: puterea calorifica, umiditate, grad de tasare (cazul carbunilor depozitati in stive) etc.
Din acest punct de vedere, singura modalitate de prevenire a incalzirii, este masurarea temperaturii din masa de material combustibil sub o forma sau alta.
Raportat la ecuatia (1), controlul temperaturii, implica controlul variabilei 
.
Controlul unui parametru din ecuatia (1) presupune controlul initierii unui incendiu. Rezulta astfel ca prin controlul temperaturii, se realizeaza controlul initierii unui incendiu.
Carbura de calciu se utilizeaza in special, in industria metalurgica si chimica.
Aceasta, are aspectul unei mase cenusie-inchisa, cristalina si dura (pietroasa), fiind insolubila in orice dizolvant.
Cu apa, fie in contact direct, fie prin aborbtia vaporilor din atmosfera, carbura de calciu se descompune, generand acetilena (C2H2).
Dintr-un kg de carbura de calciu, se poate obtine (250300) l de acetilena.
Carbura de calciu este foarte higroscopica, adica absoarbe cu aviditate apa.
Aceasta reactie se face cu degajarea unei mari cantitati de caldura si acetilena, care are un miros neplacut din cauza existentei unei serii de impuritati (NP3, PH3, H2S etc.).
In stare pura, acetilena, se prezinta sub forma unui gaz incolor cu miros slab, caracteristic.
In tehnica, acetilena se intrebuinteaza ca materie prima pentru sinteza unor compusi organici. Intrebuintarea practica foarte importanta a acetilenei se bazeaza pe cantitati mari de caldura care se dezvolta la reactia arderii in stare gazoasa.
Temperatura extrem de ridicata, de aproximativ 3000 oC, care se genereaza prin arderea acetilenei in amestec cu oxigenul curat, isi gaseste intrebuintarea in sudura autogena/oxiacetilenica la taierea metalelor.
Acetilena este o substanta puternic endoterma, care tinde sa se descompuna foarte usor.
In amestec cu oxigenul din aer, descompunerea acetilenei se face cu explozie.
Intre limitele 382)%, carbura de calciu, este o substanta capabila de explozie si de autoaprindere, datorita reactiei putenice cu apa; reactia puternica cu apa formeaza acetilena, care degaja o mare cantitate de caldura.
Autoaprinderea butoaielor cu carbura de calciu intr-o atmosfera umeda, poate da nastere la explozii. Acetilena rezultata din reactie, explodeaza daca este comprimata la presiuni peste 1 atm (0,1MPa ).
Cele aratate, conduc la concluzia ca, depozitarile de carbid prezinta pericol de explozie si ca se impun deci, conditii speciale de securitate impotriva exploziilor si autoaprinderilor.
Carbura de calciu se pastreaza in recipiente din tabla de otel, inchise ermetic, avand o capacitate de 50 kg fiecare; etansarea butoaielor se realizeaza in scopul de a nu patrunde in acestea apa si aerul.
Masurile de prevenire, impun ca, pentru a feri carbura de umezeala care ar putea patrunde prin fisuri sau prin orificiile butoaielor, acestea sa fie asezate pe suporti de lemn, astfel incat intre sol si recipientele de tip butoaie metalice, sa existr un spatiu de minimum 20 cm.
Constructiile in care se depoziteaza aceste butoaie, trebuie sa fie definite la proiectare, sa fie in constructie, cu rezistenta la foc corespunzatoare destinatiei, cu incaperi bine ventilate si ferite de umezeala.
Aceste depozite, se amenajeaza, fara incalzire artificiala, cu ventilatie artificiala sau dupa caz naturala.
Se recomanda ca iluminatul sa se realizeze in mod natural sau electric din exterior, corpurile de iluminat si comutatoarele sa fie in constructie antiex si pe cat posibil, sa fie instalate in afara incaperilor de depozitare.
Desfacearea butoaielor, trebuie sa fie realizata astfel incat sa nu se genereze scantei mecanice de: soc, abraziune, frecare.
Pentru desfacere, se utilizeaza doar scule (ciocane etc.) in constructie din lemn sau cupru.
La identificarea defectarii eventualelor butoaie sau a oricarui alt ambalaj care contine carbura de calciu, urmata de o umezire a acestuia, pericolul este foarte mare, mai ales daca acest ambalaj se repara cu incarcatura in el.
In acest caz, se poate genera acetilena in butoiul inchis ermetic, dupa repararea sa si in momentul in care, presiunea depaseste valoarea de 1,5 atm (0,15Pa) exista in mod real, pericolul ca acesta sa explodeze.
In astfel de cazuri, pentru inlaturarea pericolului, este necesar ca ambalajele in cauza sa fie desfacute si uscat continutul ambalajului deteriorat, reampachetat ermetic, in conditii de umiditate redusa.
Stingerea incendiilor generate de carbura de calciu, se realizeaza utilizand gaze inerte sau substante de stins (praf/pulbere, nisip, pamant, cenusa etc.).
Acestea sunt : litiul (Li) ; natriul-sodiul (Na) ; potasiul (K) ; rubidiul (Rb) ; cesiul (Cs).
Cele mai intrebuintate si raspandite metale alcaline, in natura, sunt sodiul si potasiul.
Sodiul este un metal usor, moale, de culoare argintie; este foarte activ chimic si are greutatea specifica 0,97; in contact cu aerul, acesta se oxideaza foarte repede, pierzand din luciul caracteristic si acoperindu-se cu un strat protector de oxid; acesta, reactioneaza puternic cu apa, pe care pluteste, degajand caldura.
Reactia cu apa creste ca importanta a fenomenului, pe scara data, de la litiu pana la cesiu.
Spre exemplu, litiul nu reactioneaza la fel de puternic ca sodiul care se aprinde pe apa, ca potasiul care degaja o mare cantitate de caldura si lumina, sau ca rubidiul respectiv cesiul, care in contact cu apa se aprind cu explozie, cantitatea de caldura degajata fiind, foarte mare.
De aceea metalele alcaline sunt socotite ca substante ce in contact cu apa se autoaprind.
Autoaprinderea lor se datoreaza cantitatii mari de caldura, rezultata in urma reactiei si a formarii gazului inflamabil- hidrogenul, care se aprinde in urma reactiei cu apa.
Pentru a preintampina autoaprinderea atat in procesul lor de fabricatie cat si in conservarea depozitelor, metalele alcaline se pastreaza in petrol inundate, pentru a nu veni in contact cu aerul si mai ales cu apa.
Pentru stingere se poate utiliza nisip, boxid de carbon, stingerea cu apa fiind interzisa.
Spre deosebire de celelalte stari alotropice ale fosforului (rosu, violet, negru), care nu se autoaprind in contact cu aerul, fosforul alb sau galben prezinta un foarte mare pericol de autoaprindere.
In aer, el se oxideaza extrem de usor si repede si se autoaprinde la (3440) oC .
Autoaprinderea, se datoreaza marIi afinitati dupa oxigen a fosforului.
Reactia de combinare cu oxigenul este puternic exotermica iar caldura generata, determina autoaprinderea si arderea lui cu degajare de oxid de fosfor.
Daca se mareste procentul de oxigen, adica peste 20,8% in aerul atmosferic, autoaprinderea este mai evidenta/rapida, iar daca procentul de oxigen scade, autoaprinderea devine mai putin probabila.
Pentru evitarea fenomenului de autoaprindere a fosforului, acesta se depoziteaza permanent, imersat in apa, in care este acesta este insolubil.
Odata aprins, fosforul arde pana se consuma complet si se stinge cu foarte mare greutate.
Pentru stingerea incendiilor din aceasta categorie, se recomanda pamant umed.
Prin ardere, acesta dezvolta temperaturi de 800 oC .
Dintre combinatiile fosforului, cele care prezinta pericol de autoaprindere, insa mai limitat decat al fosforului alb, este fosfura de calciu (P2Ca3).
Autoaprinderea fosfurii de calciu, se datoreaza actiunii sale asupra umezelii din aer.
Cu aceleasi proprietati ca ale fosfurii de calciu se pot enumera si fosfurile de sodiu si potasiu (PNa3, PK3).
Incendiile de fosfor si cele ale compusilor sai, se sting cu nisip, cu praf/pulbere uscata sau cu apa refulata in cantitati mari.
Este un corp solid, de culoare care variaza de la galben-deschis la brun-inchis.
In general se intrebuinteaza in industrii ca cele ale lacurilor, sapunului, unsorilor, hartiei, etc.
Colofoniul se oxideaza in aer si se poate aprinde usor.
Sub forma de praf/pulbere, se autoaprinde.
Praful/pulberea de colofoniu, in anumite concentratii in aer, formeaza amestecuri explozive.
Pastrarea/depozitarea, se face in butoaie metalice sau in cutii in constructie din lemn, depozitate in soproane acoperite sau in magazii inchise, ferit de razele solare sau alte surse de incalzire.
Este interzisa depozitarea sub forma de praf/pulbere in cantitati mari, fiind necesar sa se dispuna masuri pentru a se feri de contactul cu aerul.
Desfacerea ambalajelor si manipularea colofoniul trebuie facuta numai in afara depozitului, de preferinta in aer liber, pentru a se evita raspandirea prafului/pulberii in incaperile respective.
Incendiile de colofoniu, se sting cu apa refulata in cantitati mari, cu nisip sau cu spuma.
Ca metale, aluminiul si zincul nu prezinta pericol de autoaprindere.
Sub forma de pulbere, au insa o mare tendinta de a se combina cu oxigenul.
Reactia este exoterma, dagajandu-se 7200 kcal/kg in cazul aluminiului.
Caldura, se acumuleaza si in momentul cand s-a atins o anumita temperatura se poate produce autoaprinderea.
Temperatura de ardere dezvoltata, este foarte mare (peste 1500 oC), astfel incat, stingerea nu se poate realiza cu apa, deoarece aceasta se descompune la aceasta temperatura.
Pericolul de autoaprindere il prezinta praful/pulberea de zinc/aluminiu, in prezenta unor oxidanti ca acizii sau: azotatul de sodiu NaNO3, azotatul de potasiu KNO3, azotatul de bariu Ba(NO3)2, cloratul de potasiu KclO3, percloratul de potasiu KClO4.
Cauzele autoaprinderii, se datoreaza afinitatii mari pentru oxigen a prafului/pulberilor metalice respectiv, oxigenului pe care pot sa-l cedeze acesti oxidanti.
Datorita proprietatii sale de a ceda oxigen, peroxidul de sodiu este cunoscut si intrebuintat mai ales sub forma de "oxylit".
Peroxidul de sodiu serveste la regenerarea aerului pentru submarine dar si ca materie activa pentru aparatele de oxigen cu circuit inchis in asa-numitele aparate izolante utilizate de pompieri si de scafandri.
Astfel, in contact cu substante organice usor oxidabile, cum sunt de exemplu: lemnul, bumbacul, carbunele, etc. sau cu substante anorganice ca: sulf, praf/pulbere de aluminiu/zinc etc., are loc aprinderea acestor substante la simpla atingere, printr-o explozie puternica, care se genereaza si mai usor decat peroxidul de sodiu si substanta respectiva sunt stropite cu cateva picaturi de apa, in urma unei actiuni voite sau intamplatoare.
Generarea fenomenului de explozie/aprindere, este determinata de faptul ca, prin combinarea peroxidului de sodiu cu apa, rezulta in ultima faza oxigen care, impreuna cu caldura rezultata din reactie, actioneaza asupra substantelor usor oxidabile, aprinzandu-le.
Este un lichid fara culoare, usor volatil si cu miros puternic, avand temperatura de fierbere 36 oC .
Usor volatil, la cea mai mica incalzire, vaporii sai se descompun, putand genera puternice explozii.
Asemenea explozii, cu mari degajari de caldura se produc nu numai prin incalzire, ci uneori chiar si la cea mai usoara miscare a vasului in care acest produs este depozitat.
Intrucat, in solutie apoasa reactia de descompunere are loc deosebit de incet, pentru prevenirea incendiilor si a accidentelor pe care le poate provoca cat si in scopul evitarii exploziilor, acidul azothidric se pastreaza in solutii apoase.
In afara de functia acida, are si o functie oxidanta.
Sarurile de NH3 sunt de obicei incolore.
Unele dintre acestea, cum sunt cele de argint si cele de plumb, prin incalzire sau prin simpla lovire explodeaza puternic, motiv pentru care azida de plumb Pb(N2)2 se utilizeaza ca detonator, intrucat chiar in cantitate mica, produce prin explozie, descompunerea brusca a altor substante explozibile.
Dintre sarurile acidului cloric, cloratul de potasiu (KClO3) se utilizeaza in pirotehnie, in industria chibriturilor si a colorantilor.
Cloratul de potasiu, se prezinta sub forma de cristale sau praf alb.
Incalzit, elimina oxigenul, topit, intretine arderea, iar in amestec cu unele substante usor oxidabile (sulf, fosfor, zahar) explodeaza prin lovire.
Bioxidul de clor este foarte endotermic, explozia realizandu-se usor.
Se impune pastrarea cloratului de potasiu in vase ermetice ferite de surse de caldura si de contactul cu substante oxidabile, sau mai ales cu oxidul oxalic.
Stingerea incendiilor se face utilizand ca substante de stingere spuma, apa, nisipul.
Oxidul de calciu format (varul nestins), ca si produsul reactiei lui cu apa Ca(OH)2 (varul stins), se intrebuinteaza pe scara foarte larga la constructii.
Din punct de vedere chimic, operatia de "stingere" a varului, consta in combinarea apei cu CaO, reactie care este destul de exotermica.
In acesrt sens, bulgarii de var, se pastreaza in gropi speciale, protejate impotriva umiditatii.
La "stingerea" varului, lazile de stins nu trebuie sa se umple cu bulgari de var, mai mult de 1/3 din inaltimea lor.
In cazurile, in care "stingerea" se face in gropi, acestea vor fi ingradite cu bariere avand inaltimea de cel putin 1m.
Pentru protectia personalului/lucratorilor impotriva arsurilor, pe timpul "stingerii" varului, este necesara respectarea normelor de securitate si sanatate in munca, prin utilizarea de ochelari, salopete, cizme si manusi de cauciuc.
Incendiile se pot stinge cu ajutorul nisipului.
Nu se foloseste apa,deoarece, in contact cu aceasta se degaja mari cantitati de caldura care pot aprinde sau intensifica arderea corpurilor combustibile cu care vine in contact sau care sunt incendiate deja.
Autoaprinderea carbunelui se datoreaza capacitatii sale de a absorbi, oxigenul din aer.
Riscul/pericolul de autoaprindere a carbunilor, este functie de tipul depozitului, conditiile de pastrare, metodele de depozitare a carbunilor in stive, tipul si calitatea acestora,
starea lor, varsta (cu cat carbunele este mai tanar, cu atat este mai mare capacitatea lui de autoaprindere .
La temperaturi mai reduse ale mediului inconjurator, are loc fenomenul de absorbtie a oxigenului de catre carbune, iar la temperaturi mai ridicate, se genereaza oxidarea sa.
Umiditatea carbunelui, contribuie la randul ei, la procesul de autoaprindere.
Carbunii din depozitele descoperite se uda periodic de la precipitatii, apoi se usuca; procesul este repatativ, cu perioade de timp diferite
Din acest motiv, in bucatile de carbune apar fisuri care, in timp, determina faramitarea lor, formandu-se bucati din ce in ce mai reduse; acest fapt, nu numai ca diminueaza calitatea carbunelui dar mareste suprafata de oxidare, fenomen, care determina autoaprinderea lor.
Circulatia convectiv-conductiva a aerului, in straturile superioare ale stivei, este mai intensa decat in straturile situate in interior/la adancime.
De aceea incalzirea cea mai intensa incepe totdeauna de jos la o inaltime egala cu circa 1/3 din inaltimea stivei si se propaga in intreaga masa a sa.
Riscul/pericolul de autoaprindere a carbunilor, creste atunci cand acestia au in compunere, continut bogat de sulf.
In momentul in care radierea caldurii din stiva spre mediul inconjurator devine insuficienta, inauntrul stivei incepe procesul chimic de oxidare a carbunelui si temperatura sa creste repede.
Cu cat inaltimea stivei este mai mare, cu atat se face mai repede incalzirea straturilor inferioare si in consecinta se mareste riscul/pericolul de autoaprindere.
Ca rezultat al cercetarilor in laborator, s-au stabilit temperaturile critice temperatura de autoaprindere) la care are loc fenomenul de autoaprindere a carbunilor.
Aceste temperaturi sunt: lignit, 200 oC; carbune cocsificabil 250 oC ; antracit 300 oC .
Pentru declansarea fenomenului de autoaprindere a carbunilor, temperatura initiala a carbunelui depozitat este foarte importanta.
De exemplu, pentru autoaprinderea unei cantitati de carbune avand temperatura initiala de 50 oC, este nevoie de o perioada de timp de circa trei ori mai mare decat timpul necesar autoaprinderii aceleiasi cantitati de carbune, avand temperatura initiala de 70 oC.
La temperaturi de 6585) oC, carbunele degaja in cantitati destul de mari, umiditate si bioxid de carbon.
Dimensiunile bulgarilor de carbuni, influenteaza fenomenul de autoaprindere; astfel ca, carbunele marunt se oxideaza mai repede decat bulgarii de dimensiuni mari, dar in acelasi timp, bulgarii cu dimensiuni mari, favorizeaza prin spatiile/interstitiile mari, circulatia aerului si deci procesul de oxidare este mai intens.
Cu toate acestea, cantitatea de aer, care se gaseste intre bulgarii de carbune asezati in stive, nu este suficienta pentru a mentine procesul de oxidare.
In timpul depozitarii lor, se creeaza un proces de circulatie naturala continua a aerului in masa stivei si datorita acestui fapt, procesul de oxidare inceput, continua sa fie mentinut si se dezvolta.
Evaluand periodic si exact, temperatura stivelor de carbune depozitat, se poate evita generarea/propagarea focarelor de ardere, care se creeaza in urma autoaprinderii.
Aprinderea intregii mase de carbune, depozitat este un fenomen foarte rar si este posibil numai in cazul lipsei totale de supraveghere prin masurare a temperaturii in interiorul stivelor.
Autoaprinderea se limiteaza la inceput la cateva focare si poate fi observata datorita degajarii norilor care, in general au culoare alba.
Generarea unor temperaturi de aproximativ 40 oC, in interiorul stivelor de carbune, reprezinta intrarea intr-o stare de pericol, punand in evidenta, prezenta unor oxidari intense si inceputul incalzirii stivelor de carbuni.
Ridicarea temperaturii carbunelui peste valori de 60 oC, determina marirea riscului de autoaprindere in stivele de carbuni.
Problema influentei exercitata asupra carbunelui de catre izvoarele exterioare de caldura", care pot ridica temperatura carbunelui pana la limite periculoase, la care incepe autoaprinderea, are importanta exceptionala.
Astfel de situatii, care influenteaza viteza de incalzire a carbunelui, pot fi de exemplu, conductele de abur, care traverseaza intr-un mod sau altul, stivele de carbune depozitat.
Cea mai simpla, masura de prevenire, pentru procesul de autoaprindere, a unei stive de carbune, il reprezinta, controlul sistematic al temperaturii in interiorul ei.
In cazurile in care, din motive obiective, nu exista la indemana instrumentele necesare, determinarea gradului de incalzire se poate realiza cu ajutorul unor sonde/vergele de otel, cu varf ascutit, care se infig in stivele de carbune.
Controlul incalzirii stivei se realizeaza in acest caz, prin incercarea directa cu mana sondei scoase; precizia unui astfel de control este foarte redusa.
Pentru controlul exact al temperaturilor, in interiorul stivelor de carbune, se pot instala tevi verticale din tabla de otel, cu diametre de cel putin 40 mm.
Capetele zonelor superioare ale acestora, trebuie sa depaseasca partea superioara a stivei cu cel putin 300 mm, iar cele de jos trebuie sa se gaseasca la o inaltime de 700 mm de baza.
In interiorul tevilor se coboara cu o sfoara, termometre in constructie simpla; tevile se dispun in randuri de-a lungul gramezii intr-o astfel de ordine, incat disantele dintre tevi si randurile dintre tevi sa nu depaseasca 3 m.
Dupa asezarea carbunelui in stive, se masoara temperatura, cel putin o data pe saptamana.
Temperatura se masoara la diferite niveluri; daca intr-una din tevi temperatura se ridica mai mult decat in tevile vecine, aceasta teava trebuie sa fie supusa observatiilor zilnice.
Daca se constata ca de-a lungul a 24 de ore, temperatura se ridica cu cel putin (23) oC , masurarea acesteia trebuie sa se realizeze din 12 in 12 ore.
Rezultatele determinarilor prin masurare, se inscriu intr-un registru special in care se indica numarul gramezii, tipul carbunelui, cantitatea de carbune depozitata, data depozitarii lotului de carbune, temperatura, ora, data etc.
Prin cresterea temperaturii la 65 oC, trebuie dispuse in mod operativ, masuri pentru utilizarea carbunelui, reconstituirea haldei de carbune sau imprastierea carbunelui, pentru ai reduce temperatura.
In cazul cand carbunele este depozitat in cantitati mari si pentru un timp indelungat se instaleaza aparate automate cu scopul determinarii focarului de autoaprindere.
Aceste aparate, au rol de detectare/masurare/semnalizare a cresterii temperaturii in raport cu temperatura critica de 65 oC.
In afara de prevenirea fenomenului de autoaprindere, prin controlul temperaturilor in interiorul gramezilor de carbune, se intrebuinteaza si mijloace speciale pentru evitarea acestui fenomen.
La depozitarea carbunilor in stive sau in asteptarea distribuirii lor, pentru consum sau pentru crearea de rezerve pe perioade indelungate, sunt necesare respectarea unor reguli si masuri prin intermediul carora se reduce descompunerea si se evia pericolul de autoaprindere:
- rezervele mari se vor realiza numai din carbuni, huila sau antracit in bulgari (peste 80 mm);
- pentru depozitare, carbunii de granulatie mare se vor separa intotdeauna de praful de carbune;
- se evita introducerea in stiva a materialelor combustibile straine (elemente in constructie din material lemnos, materiale textile din bumbac etc.);
orice sursa exterioara de caldura (conducte de abur, apa calda etc.), trebuie indepartata de vecinatatile stivelor; se va evita contactul direct intre carbuni si stalpi sau grinzi metalice, care ar putea transmite caldura din exterior;
- carbunii bruni, cu exceptia carbunilor din Valea Jiului si lignitii bruni se depoziteaza astfel incat sa fie feriti de precipitatii, caderi de zapada, de razele solare/ultraviolete etc., evitandu-se astfel umezirea si uscarea acestora in mod repetat, pentru a controla fenomenul de deteriorare/faramitare
Pentru marirea duratei de depozitare a carbunilor se recomanda aplicarea urmatoarelor metode:
- acoperirea stivei la suprafata cu un strat de bitum sau cu un strat de carbune fin, bine batatorit, in scopul izolarii carbunilor de aerul atmosferic;
- asezarea si presarea carbunilor in straturi succesive, inalte de 50 cm, cu ajutorul unor valturi a caror presiune sa fie de (2,53) kg/cm2 (metoda aplicabila la carbunii bruni cu dimensiunea pana la 40 mm).
Operatorii economici trebuie sa aiba destinat un teren pe care sa se poata depozita, in conditii de siguranta la incendiu, cantitati de carbuni reprezentand consumul pentru o perioada de (1590) zile.
Acest teren trebuie sa se afle in apropierea locului de consum cu respectarea urmatoarelor distante:
- 2 m fata de liniile de cale ferata;
- 2 m intre marginile a doua gramezi de carbuni;
- 3 m pana la ziduri sau garduri;
- 10 m pana la peretele unei cladiri construite din materiale rezistente la foc;
- 25 m pana la peretii cladirilor avand in constructie materiale combustibile;
- 30 m pana la marginea unui depozit de materiale lemnoase;
- 50 m pana la marginea unui depozit cu lichide combustibile/inflamabile.
Accesul la depozitul de carbuni trebuie asigurat fie printr-o linie de cale ferata, pe care se introduc si se scot vagoanele cu carbuni, sau prin intermediul drumurilor pavate.
Intre randurile de stive se vor lasa spatii de circa 5 m pentru asezarea pe liniile de cale ferata ingusta sau alte mijloace necesare pentru transportarea carbunilor la locul de consum.
Terenul pentru depozitarea carbunilor trebuie sa nu aiba infiltratii de apa, sa fie ferit de caderile de precipitatii, zapada si sa fie dispus astfel incat, sa permita scurgerea apelor.
Depozitarea carbunilor nu trebuie facuta direct in contact cu pamantul, ci pe suprafete netede, pavate cu anumite materiale, in scopul :
- de a impiedica amestecarea carbunilor cu pamantul in momentul incarcarii lor;
- de a usura munca lucratorilor la incarcarea cu lopata ;
- de a asigura scurgerea apelor printr-o panta de scurgere spre exterior .
Materialele utilizate la aceste pavaje trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii :
- sa aiba rezistenta mare la uzura (la frecarea lopetilor) pentru ca pavajul sa aiba o durata cat mai mare de utilizare;
- sa fie conducatoare de caldura pentru a nu fi un factor generator al fenomenului de descompunere a carbunilor.
Materialele care indeplinesc aceste conditii sunt: piatra naturala (granitul), betonul sclivisit si betonul de zgura sclivisit.
Carbunii se depoziteza in stive regulate cu latimea de (612)m (aceasta fiind latura perpendiculara pe linia de circulatie a vehiculelor din care se descarca carbunii) si de (3040) m lungime.
Depozitarea in stive se face numai pe sorturi de carbuni; este interzisa depozitarea mai multor sorturi de carbune in stive comune.
Cantitatea maxima care se poate depozita intr-o stiva este de 500 t.
Marimea si numarul stivelor sunt in functie de mijloacele de incarcare/descarcare a depozitului, de frecventa intrarilor, de cantitatile si sorturile de carbuni primite, precum si de debitul de consum al operatorului econiomic ( C.E.T., C.T.E. etc.).
Este interzisa descarcarea carbunilor proaspeti sau mutarea din alta parte a depozitului, peste carbunii depozitati/cu vechime mai mare..
Inaltimea maxima de depozitare este stabilita de normele in vigoare, fiind obligatorie.
Valorile inaltimilor, au fost determinate pentru a permite controlul caldurii interioare, datorita reactiei dintre carbune si aer, micsorand astfel, descompunerea si impiedicand autoaprinderea carbunilor.
Datorita inaltimilor reduse ale stivelor, stratul de baza nu se faramiteaza niciodata prea mult, usurand in acelasi timp, supravegherea temperaturilor interioare si implicit, stingerea eventualelor incendii provenite din autoaprinderi.
Stivele de carbuni pot avea marginile in taluz natural.
Pentru marirea capacitatii de depozitare, pentru usurarea modului de masurare si pentru reducerea posibilitatilor de risipire/deteriorare a carbunilor, stivele se vor imprejmui cu peretii verticali avand inaltimea de (0,81) m construiti din beton.
Peretii vor fi asezati astfel incat, sa se lase sub marginea lor inferioara pana la suprafata pavajului, un spatiu de 23) cm pentru scurgerea apelor reziduale de la suprafata, din stive, la rigolele de pe marginea stivei, de unde acestea sunt colectate prin santuri sau conducte in canalizarea generala.
Stivele de carbuni, se prevad cu tablite metalice pe care se vor trece datele necesare identificarii acestora: provenienta carbunilor, sortul, numarul de standard, cantitatea depozitata, ziua, luna depozitarii etc.
In concluzie, masurile care trebuie aplicate impotriva incendiilor, la depozitele de carbuni, se reduc in principiu la respectarea asezarii stivelor, respectarea inaltimiilor prescrise
in norme, asezarea stivelor in functie de tipul, cantitatea carbunilor, asezarea corecta a carbunilor in straturi si la supravegherea permanenta a temperaturii in interiorul stivelor.
Este necesar sa se evalueze dimensiunile terenului de depozitare pentru stocurile maxime, avand in vedere si suprafata de rezerva pentru cazul autoaprinderii carbunilor si necesitatea imprastierii lor pentru stingere si racire.
Carbunele depozitat prezinta tendinta spre autoaprindere in principal datorita proprietatilor sale de a se oxida, cedand CO2 ,CO, H2O.
In faza initiala, procesul se desfasoara incet si poate dura saptamani sau luni.
Pe masura ce caldura se acumuleaza in masa de carbune, se produce autoincalzirea sa si pericolul de autoaprindere creste.
Dupa atingerea temperaturii critice de (5060 C se produce o crestere rapida a acesteia, focarele de autoaprindere, putand sa fie generate dupa caz, chiar dupa cateva ore.
Unul dintre factorii importanti, care determina marirea vitezei de oxidare a carbunilor o reprezinta marimea granulelor.
In tabelul nr. 2.1 se prezinta corelatia dintre dimensiunea granulelor si viteza relativa de oxidare a carbunilor
Tabelul nr. 2.1 - Corelatia intre dimensiunea granulelor de carbune si viteza relativa de oxidare
|
Nr.crt |
Marimea granulelor mm] |
Viteza relativa de oxidare |
Temperatura care se poate dezvolta in focarele interioare, poate depasi valoarea de 4500C.
Carbunii din tara noastra care manifesta tendinta accentuata de autoaprindere sunt carbunii bruni de Tebea, Filipestii de Padure si lignitul de Rovinari.
Experienta a dovedit faptul ca focarele de autoaprindere se gasesc la 0,51) m de suprafata bazei stivelor si la 0,5 m adancime fata de fata superioara a acesteia.
Praful de carbune brun, prezinta tendinte accentuate de autoaprindere pe timpul depozitarii lui putand sa se aprinda. la temperaturi de 160250)0C.
Pericolul de autoaprindere este determinat de mai multi factori cum sunt prezenta de substante volatile, sulfura de fier, umiditate, circulatia convectiva a aerului atmosferic, caldura solara, grad de faramamitare etc.
Atingerea temperaturilor ridicate in buncare, depinde de cantitatea de aer proaspat care patrunde prin neetanseitati, prin gurile de golire care poate genera efectul de cos) si de prezenta umiditatii.
Autoaprinderea se poate produce chiar si in buncarele complet inchise.
Semicocsul prezinta o usoara tendinta spre autoaprindere, spre deosebire de cocsul obisnuit, la care autoaprinderea este mai pronuntata.
Huila sub forma de bulgari ca dealtfel si cea sub forma de praf/pulbere se autoaprinde, comparativ cu brichetele de huila, care nu prezinta aceasta proprietate.
Fenomenul de aprindere a carbunelui are loc la temperatura de aproximativ 200 oC.
Dupa s-a expus, in cazul autoaprinderii carbunelui, focarele mici pot fi observate dupa degajarea aburului de culoare alba.
Focarele mari se gasesc in adancimea depozitului, fiind greu de stins cu ajutorul apei sau prin acoperirea cu pamant umed.
Apa nu poate fi intrebuintata pentru stingerea focarelor interioare/adanci ale depozitelor de carbune.
Intr-un siloz, modalitatea/procedeul cel mai singur pentru stingerea carbunelui aprins, este intreruperea completa a accesului de aer spre focarul de ardere, iar in cazurile unde aceasta este posibila, racirea concomitenta a carbunelui din siloz.
Rezultate bune in acest sens, se obtin prin injectarea bioxidului de carbon sau a azotului in siloz, care se introduc prin tuburi, pe la partea de jos, si se absorb pe sus cu ajutorul ventilatoarelor.
La un depozit neacoperit, aceste masuri nu pot fi luate, ramanand posibila numai scoaterea cu greiferul /cupa ghiara, a carbunelui aprins, scufundarea lui pentru 12) minute in apa si apoi imprastierea sa pe un teren liber.
Fiecare depozit de carbuni trebuie sa fie dotat cu stingatoare, lopeti, rangi de otel, nisip, etc., in raport cu marimea acestora si in functie de precizarile normelor de prevenire si stingere a incendiilor specificate de PE-009/1993, cu modificarile si completarile ulterioare.
Dupa modul de extragere, turba poate fi impartita in trei categorii: formata cu masini, hidroturba si turba taiata cu freza.
Depozitarea turbei prezinta un pericol mai mare de incendiu decat depozitarea carbunelui, turba fiind supusa mai usor autoaprinderii, procesul de combustie fiind mai intens decat la carbune; pe de alta parte, incendiul odata inceput se propaga cu viteza mai mare.
Din acest motiv, depozitele de turba se supun unor conditii mai severe din punct de vedere al masurilor de prevenire si stingere a incendiilor decat cele de carbuni.
In raport cu destinatia lor, depozitele de turba se impart in: depozite de camp, de baza, operative de incarcare, operative de descarcare, precum si depozite de consum imediat.
Turba este depozitata in gramezi.
Inaltimea de depozitare a turbei, poate sa varieze intre 46)m, dupa modul de formare a gramezii, dupa perioada pentru care se face depozitarea si dupa starea turbei si inaltimea de maximum 8 m; latimea gramezii, in partea de jos, se admite sa fie de cel mult 15 m, iar lungimea de 100 m.
Gramezile de turba se aseaza doua cate doua, paralel cu axa longitudinala a depozitului.
Intre fiecare din gramezile perechi, trebuie sa se creeze o distanta de cel putin 4 m.
Distantele transversale intre partile frontale ale stivelor se admit de 20 m pentru turba in bucati si de 30 m pentru cea frezata.
Distantele longitudinale intre gramezile perechi vecine trebuie sa fie de cel putin 30 m pentru turba in bucati si de cel putin 50 m pentru turba taiata cu freza.
Turba taiata cu freza ca si carbunele mai vechi, are proprietatea de autoincalzire, temperatura critica a turbei este egala cu 65 oC.
Temperatura de autoaprindere a turbei este mai joasa decat cea a carbunelui vechi (135160 oC.
Dupa parerea unor specialisti, autoaprinderea turbei taiate cu freza incepe de obicei sub influenta proceselor biologice generate de microorganismele care se gasesc in cantitati mari in turba.
Procesele de fermentare, care incep sub influenta acestora, ridica temperatura turbei pana la (7090) oC, peste temperatura critica.
Aceasta situatie, determina executarea unor controale pentru evaluarea gradientului de temperatura a gramezilor de turba.
Metodele pentru controlul temperaturii, sunt identice cu cele descrise pentru carbunele mai vechi; pentru masurarea temperaturii se intrebuinteaza aceleasi aparate.
Pentru a preveni autoincalzirea suprafetei gramezilor de turba, acestea se acopera uneori cu un strat gros de circa 40 cm, format din carbuni marunti umezi de turba.
Aceasta metoda, se intrebuinteaza mai ales pentru gramezile de turba taiata cu freza care prezinta cea mai mare tendinta de autoincalzire si deci si de autoaprindere.
La incalzirea turbei pana la temperatura critica, gramada de turba este separata in doua, cantitati paralel cu axa sa longitudinala, prin canale de ventilatie.
Focarul de incalzire se izoleaza de masa turbei cu un strat de turba marunta si umeda.
Daca o astfel de izolare, se dovedeste insuficienta pentru scaderea temperaturii in interiorul gramezii, partile incalzite din gramada se vor imprastia in straturi subtiri.
Pentru localizarea focarelor de autoaprindere a turbei frezate in stive, este nevoie de o turba taiata cu freza umeda, pastrate in gropi speciale.
Rezerva, trebuie sa reprezinte 0,2 % din toata cantitatea de turba depozitata.
Gramezile la care s-a observat incalzirea trebuie sa fie consumate imediat.
Carbunele de lemn este o substanta poroasa de culoare neagra, cu o mare afinitate fata de umiditate, gaze si vapori, pe care ii poate absoarbe.
Se utilizeaza in diferite activitati din industrie, ca absorbanti sau combustibili; acestia se pot autoaprinde, prin retinerea oxigenului, indiferent de modul in care sunt depozitati (praf/pulbere sau bucati).
Pentru inlaturarea autoaprinderii lor este necesar ca, dupa fabricare, sa fie expusi mai mult timp la aer pentru saturare .
Spre deosebire de carbunii de pamant, nu au fost stabilite inca, norme specifice de prevenire a incendiilor, pentru depozitarea carbunilor de lemn.
Experimental, pentru o cantitate de carbuni din lemn, inalta de 2 m, avand sectiunea patrata, cu latura de 1,80 m, valorile temperaturilor masurate de-a lungul mai multor zile consecutiv, a evoluat dupa cum urmeaza
- ziua 1, temperatura masurata a fost de 16 oC;
- ziua a 2-a, temperatura masurata a fost de 31 oC;
- ziua a 6-a, temperatura masurata a fost de 60 oC;
- ziua a 10-a, cantitatea de carbuni s-a autoaprins.
In acest sens, este necesar ca la depozitarea lor, carbunii din aceasta categorie, sa se fereasca de umiditate si mai ales sa se evite depozitarea carbunilor de lemn in cantitati prea mari, pentru a putea fi astfel usor supravegheati si controlati cu regularitate asupra temperaturii din interiorul gramezii.
Stingerea incendiilor pentru carbunii din lemn, se realizeaza utilizand nisipul sau pamantul din orice categorie.
Acest tip de carbune este denumit si negru animal se prezinta sub forma de pulbere neagra, mata.
Este insolubil in apa, fara gust si fara miros si se obtine prin pulverizarea carbunelui rezultat din carbonizarea oaselor.
Acesta contine cantitati de materii organice azotate si elemente minerale cum sunt fosfatii si carbonatul de calciu, care se combina chimic cu pamantul, contribuind la fertilizarea lui.
In cantitati mari se poate autoaprinde daca este expus umiditatii. Este astfel necesar, ca dupa preparare, sa fie expus mai multe zile la soare si numai dupa aceea, in stare uscata, sa fie depozitat.
Negrul de fum, sau funinginea, se prezinta sub forma unui corp solid sau ca un praf/pulbere inodor.
In amestec cu laptele de var, este un puternic insecticid al parazitilor arborilor.
In industrie, se utilizeaza la fabricarea cauciucului, vopselelor, hartiei carton, substantelor explozive si a cernelelor tipografice.
Negrul de fum in contact cu uleiul se poate usor autoaprinde; sub forma de pulbere/praf genereaza explozii.
Depozitarea negrului de fum trebuie realizata in cladiri izolate, rezistente la foc, avand astereala acoperisurilor usoare.
Sacii de hartie cu negru de fum se vor instala in interior la distanea de 50 cm de pamant pentru a nu absorbi umiditate.
Se recomanda, ca in incaperile in care se fac depozitari, sa se dispuna de o instalatie fixa de stingere cu abur.
In general, stingerea incendiilor, se realizeaza utilizand apa pulverizata, aburul sau gazele inerte.
Semintele oleaginoase sunt: floarea-soarelui, rapita, inul, canepa, soia, ricinul, bumbacul, tutunul, susanul, arahidele etc.
Ele sunt culese si stranse dupa maturitate. Prin diferite procedee fizice sunt separate de planta care le-a produs.
Semintele se compun din miez si coaja.
Coaja se compune in majoritatea cazurilor din celuloza si hidrati de carbon cu un procent foarte redus de ulei.
Miezul are forma ovala sau rotunda dupa caz, este acoperit cu un element protector sub forma unui invelis usor detasabil.
Acesta prezinta materia prima propriu-zisa pentru obtinerea uleiului.
Compozitia sa, variaza dupa sorturi, iar sorturile dupa regiuni. Structural este alcatuit din celule mici despartite una de alta printr-o membrana. Acestea au o suprafata hidrofila, pot absorbi usor apa care, la o anumita temperatura, inlocuieste uleiul aflat sub forma de mici picaturi in protoplasma celulelor.
Datorita acestui fenomen, se genereaza incoltirea germenului, adica prima faza de viata.
Luand din aer oxigenul de care are nevoie, produce o incalzire relativ mica, insa suficienta pentru a accelera oxidarea care, la randul sau face sa creasca concomitent si cvantitatea de caldura, determinand astfel completa oxidare a miezului si chiar a coajei.
Fenomenele chimice care se produc, sunt aceleasi ca si la uleiurile vegetale, cu deosebirea ca in acest caz, oxidarea este influentata si de impuritatile combustibile aflate printre seminte, cat si de cojile si semintele sparte.
Avand in vedere faptul ca umiditatea conditioneza autoaprinderea semintelor oleaginoase, pentru controlul pericolului autoaprinderii se impune ca o necesitate absoluta, uscarea prealabila a semintelor care urmeaza sa fie depozitate.
In acest sens, silozurile/magaziile este necesar, sa fie dotate cu instalatii pentru uscarea prealabila a semintelor.
Pentru evitarea autoaprinderii semintelor, este necesar sa se asigurare o cat mai buna ventilare, cu conditia ca aerul din exterior sa fie mai rece decat cel din interior; in caz contrar, aerul din exterior, in contact cu samanta cu temperatura mai redusa, condenseaza, generand
umiditate pe suprafata semintelor, situatie care ar genera o viteza mai mare a procesului de germinare si deci de supraincalzire.
Intrucat constructiile din beton, piatra si caramida rosie, genereaza umiditate, se impune izolarea peretilor si asigurarea unei ventilatii corespunzatoare.
Uleiurile vegetale cele mai susceptibile de autoaprindere sunt de: in, canepa, mac etc.
Dupa comportarea lor fata de oxigenul din aer uleiurile vegetale pot fi impartite in trei categorii :
- uleiuri sicative (de: in, canepa, lemn chinezesc etc.), care in contact cu aerul se usuca si formeaza o pelicula stabila si elastica, rezistenta la intemperii si tratamente chimice ;
- uleiurile nesicative (de: masline, arahide, susan etc.), care in contact cu aerul nu se usuca si nu formeaza nici un fel de pelicula;
- uleiurile semisicative (de floarea - soarelui, soia, bumbac etc.), care reprezinta cazuri intermediare intre primele doua categorii.
Avand in vedere ca, atat consistenta uleiurilor si grasimilor cat si comportarea lor fata de oxigenul din aer, adica de prezenta unor anumiti acizi grasi precum si de procentajul in care acestia se gasesc in grasime, sunt necesare unele detalii.
Uleiurile ca si grasimile au in compozitia lor gliceride (esteri ai glicerinei cu radicali ai acizilor grasi), acizi grasi diferiti, alcooli superiori etc.
Autooxidarea grasimilor este un proces pur chimic care are loc in perioada denumita "rancezirea grasimilor".
De-a lungul acestei perioade de timp, grasimile sunt expuse unui proces de descompunere manifestat prin cresterea aciditatii (hidroliza urmata de formarea acizilor liberi) si prin formarea unor aldehide si cetone care dau acestor grasimi un gust neplacut si un miros specific.
O concluzie care trebuie trasa referitor la autoaprinderea grasimilor si a uleiurilor este ca ea decurge dupa mecanismul autooxidarii.
Fenomenul de autooxidare este insotit de degajare de caldura, care provene din decurgerea energica a reactiei; ea este cu atat mai puternica cu cat suprafata de contact cu oxigenul este mai mare.
Autooxidarea se poate finaliza autoaprindere, in cazul in care exista conditiile necesare acumularii caldurii degajate in fiecare stadiu al reactiei.
Materiile fibroase in contact cu grasimile animale sau vegetale se pot autoaprinde.
Aceasta se explica prin marea afinitate a grasimilor pentru oxigenul din atmosfera.
Oxidarea este insotita de degajare de caldura, care poate genera incalziri apreciabile a materiei de la vecinatati.
Uleiurile sicative sunt mai active fata de oxigen, intrucat contin gliceride ale acizilor nesaturati.
Uleiurile minerale, au capacitatea de a se oxida intr-o masura mai mica.
Redusa este si capacitatea de oxidare atunci cand uleiul se afla intr-un vas deschis, deoarece oxidarea se rezuma la suprafata uleiului, oxigenul neavand acces la moleculele din interiorul vasului de ulei.
Atunci cand uleiul este intins in straturi subtiri pe suprafete mari, el se oxideaza foarte bine, iar caldura degajata nu se simte, deoarece suprafata mare a permis degajarea acestuia.
Cand aceste fibre sunt impregnate in diferite fibre, carpe, tesaturi, deseuri fibroase, depozitate la un loc, exista toate conditiile unei oxidari reale.
Uleiul sau gasimea se raspandeste pe suprafata mare a fibrei, oxidarea facandu-se cu ajutorul aerului care circula pe o suprafata mare intre aceste fibre.
Caldura rezultata, se poate acumula datorita faptului ca aceste fibre nu sunt buine conducatoare de caldura.
Materia inflamabila, care se aprinde in momentul atingerii temperaturilor de aprindere, o constituie insasi fibra.
Raportul dintre cantitatea de ulei si de material fibros, nu are importanta prea mare in ceea ce priveste viteza de incalzire, deoarece cantitatile mari si mici din acest amestec, se incalzesc identic: cu toate acestea, in cazul autoaprinderii, reactia este favorabila atunci cand proportia acestor doua substante, grasime sau ulei si material fibros, este de 1:1.
Viteza de autoprindere difera in functie de perioada de timp, de la 4 ore pana la cateva zile fiind functie de material, gradul de imbibare cu ulei, calitatea acestuia din urma, cantitatea de aer si presiunea la care se efectueaza procesul.
In general, este necesar sa se evite depozitarea la intamplare a materiilor fibroase impregnate cu ulei sau grasimi, in lazi de lemn sau in apropiere de materiale combustibile pe care le-ar putea incendia prin autoaprinderea lor.
Depozitarea lor, trebuie realizata numai in vase incombustibile, ermetic inchise etc.
Se recomanda ca acestea, in general, sau fie spalate sau arse dupa intrebuintare, deoarece, autoaprinderea lor, se face usor si repede, putandu-se periclita locurile in care se afla, unde sunt aruncate sau depozitate fara a respecta indicatiile date anterior.
Atentie mare trebuie acordata modului in care sunt spalate deoarece, daca mai pastreaza resturi de grasimi, pericolul autoaprinderii este si mai mare.
Astfel, in cazul filtrelor utilizate la producerea uleiului, uscarea acestora, dupa spalare, trebuie supravegheata intrucat adeseori, datorita unei spalari insuficiente, ele mai pastreaza importante cantitati de grasimi care prezinta pericol de autoaprindere si dupa depozitarea lor.
La depozitele de echipament ale operatorilor economici, acolo unde se depoziteaza costume de protectie, haine, cojoace etc. cat si la depozitarea deseurilor fibroase, deseuri sau tesaturi uzate exista pericol de autoaprindere.
Stingerea in caz de incendiu se realizeaza utilizand spuma chimica, nisipul sau apa in cantitate mare.
Dintre cerealele mai mult predispuse la autoaprindere sunt : graul, porumbul, ovazul, secara, meiul, orzul etc.; autoaprinderea acestora se genereaza greu.
Ca in cazul furajelor, cauza autoincalzirii este generata de umiditate.
Depozitand cereale cu un procent ridicat de umiditate, datorita acelorasi fenomene ca si la semintele oleaginoase, despre care s-a vorbit la capitolul respectiv, creste temperatura din mijlocul masei depozitata.
Deoarece cerealele sunt rau conducatoare de caldura, temperatura in masa lor, creste prin atingerea limitei la care se produce carbonizarea lor.
Procesul este grabit prin influenta prafului depozitat pe cereale, care absoarbe umezeala din aer impiedicand astfel aerisirea boabelor, cat si prin actiunea biologica a microorganismelor. Acestea fac ca procesul autoaprinderii sa treaca prin cele patru faze despre care s-a tratat la capitolul autoaprinderea.
Dintre cereale, orzul este cel mai susceptibil la autoincalzire si aprindere, date fiind si capacitatea sa mai dezvoltata de acumulare a umiditatii.
Depozitarea se face in general in locuri cu totul ferite de umezeala, deoarece principala cauza a autoincalzirii cerealelor este determinata de modul in care ele sunt colectate.
Ca o prima masura si cea mai importanta este aceea a realizarii unui control al cerealelor, inainte de depozitarea lor in silozuri.
Cerelele cu umiditate mai mare decat cea procentual stabilita teoretic, nu va fi admisa spre depozitare.
Pe timpul depozitarii, controlul temperaturii se realizeaza in acelasi modca si cel stabilit pentru semintele oleaginoase.
Dintre furajele care se pot autoaprinde in urma autooxidarii, sunt paioasele: fanul, lucerna, frunzele de arbori, adunate pentru a fi folosite ca asternut sau ca hrana animalelor etc.
In general paioasele se depoziteaza in aer liber, fara sa fie protejate sub acoperisuri, astfel ele sunt usor expuse la: precipitatii, lumina solara, bacterii, praf atmosferic etc.
Atunci cand cad cantitati mari de apa/precipitatii, peste gramezi de paiose, fara a fi luate ulterior masuri de uscare a acestora, acestea putrezesc.
In timp, urmare oxidarilor lente, se genereaza autoincalziri, iar in momentul atingerii temperaturii de 6070) oC, paioasele se pot autoaprinde si deci, pot genera incendii.
Furajele verzi, desi se incalzesc in gramezi, nu genereaza autoaprinderi, acestea avand in compozitia lor, un mare procent de apa.
Pentru depozitarea lor in silozuri, este necesar sa se aduge sare, situatie care, impiedica dezvoltarea fenomenului de fermentare.
Este evident, ca cea mai eficienta masura pentru preintampinarea aprinderii furajelor de natura paiaosa, o reprezinta depozitarea si conservarea acestora in absenta umiditatii.
Aceasta masura se realizeaza, fie prin depozitarea lor in spatii amenajate special in acest scop, fie sub forma de clai construite astfel incat, scurgerea apelor meteorice sa se faca la suprafata claii, fara a patrunde in interior.
Paiele au tendinta ridicata de autoaprindere daca in masa lor sunt resturi de boabe datorita continutului marit de enzime active (catalaza).
Pe masura ce procesul de autoincalzire al paielor se intensifica, acestea se inchid la culoare, incep sa fumege lent si sa se simta mirosul specific fermentarii, de creozot si furfurol.
Temperatura in punctele in care se genereaza fum/fumegare, variaza intre 120210)0C.
Peste aceasta temperatura, incepe faza de carbonizare, iar la valori de (340350)0C, focarele de autoincalzire, se transforma in zone de autoaprindere, generandu-se in final incendiul.
Fanul si celelalte furaje precum si o parte din plantele tehnice, prezinta tendinte/pericol de autoaprindere, atunci cand contin peste 16% umiditate in continutul lor.
In urma procesului de carbonizare a furajelor, in focarele de autoincalzire, se produc degajari de substante volatile inflamabile, care in amestec cu aerul se autoaprind datorita caldurii degajate in urma proceselor biologice de fermentare.
Sorgul - hibrid, iarba de Sudan si loliumul au capacitate de autoaprindere mai ridicata decat trifoiul si lucerna si mult mai mare decat cea a paielor, datorita continutului important de substante in stare lichida, inclusiv uleioase care raman dupa uscare.
Stadiile de autoincalzire pana la autoaprinderea fanului, se pot delimita in raport cu gradientul de temperaturatura, astfel
- la temperatura de (20 . 35)0C, creste activitatea respiratorie ca urmare a strivirii fanului prin calcare, incepe actiunea catalitica a oxidantilor, apare acidul carbonic, vaporii de apa si se degaja cantitati mari de caldura ;
- la temperatura de 3545)0C, se produce uscarea rapida, mirosul de fan este aromatic, se degaja amoniac, acid formatic, alcool, vapori de apa si multa caldura
- la temperatura de (60 . 70)0C, se accelereaza reactia exoterma
- la temperatura de (7090)0C, fanul devine brun la culoare si incepand cu temperaturi de 900C, procesul de incalzire creste brusc
- la temperatura de (90100)0C, incepe descompunerea albuminei si se degaja furfurol
- la temperatura de (100170)0C, se continua evaporarea apei si se genereaza unde mecanice materializate prin pocnituri
- la temperatura de 170250)0C, apare degajarea accentuata de caldura
- la temperatura de (250 . 280)0C, incepe descompunerea hidratilor de carbon ;
- la temperatura de (280 . 300)0C, apare starea piroforica a fanului
- la temperatura de (300340)0C, se considera incheiat procesul de autoaprindere, dupa o perioada de depozitare de (1030) de zile.
Paiosele si fibrele textile cum sunt spre exemplu: canepa, inul, iuta, bumbacul etc. sunt susceptibile de autoaprindere in cazul depozitarii lor in cantitati mari, in spatii cu umiditate mare, mai ales cand contin seminte sparte sau din diferite motive, au venit in contact cu grasimi.
In general, la transportul si depozitarea lor in: gari, porturi, trenuri, vase maritime/fluviale, se vor separa cu grija de recipientii etc., care contin grasimi.
Bumbacul in baloturi, prezinta pericol de autoaprindere numai in cazul in care, este umed sau are in continut grasimi.
Din acest motiv, este necesara egrenarea bumbacului (separarea semintelor de fibra) cu grija, utilizand instalatii, utilaje etc., in stare de functionare, pentru a nu scapa, strivi etc., semintele.
Elementele materiale care intra in contact cu resturile in continut din in /canepa, pot sa contina materii grase avand in componenta rasini si gudron, astfel incat, depozitate in cantitati mari, sunt susceptibile de autoaprindere.
Se poate produce sub temperaturi de aprindere de (110140)0C, iar in unele situatii chiar si la temperaturi mai reduse.
Au loc doua fenomene distincte, acumularea de caldura si autoaprinderea.
Sub actiunea radiatiilor calorice, lemnul se usuca din ce in ce mai intens, evapora apa, se genereaza distilarea si apoi se degaja gaze si vapori (oxid de carbon, alcool metilic, etc).
Lemnul se carbonizeaza, capata un aspect poros/lemn piroforic.
Pe suprafata sa, se concentreaza oxigen atat din aer cat si din substantele celulozice generand oxidari si implicit degajari de caldura care se acumuleaza cu timpul, ajungand ca temperatura din masa lemnului sa atinga valori de (270300)0C.
Rumegusul din lemn, se autoaprinde cand este depozitat in vrac, creand focare cu aspectul caverne.
Aparitia fenomenului se datoreaza prezentei in masa rumegusului a umiditatii, bacteriilor termofile, stratului gros de depozitare, influentei temperaturii exterioare.
Factorii care influenteaza procesul de autoaprindere sunt
- continutul de umiditate
- existenta unor surse de producere a caldurii
- depozitare prea compacta, din care cauza nu este posibila evacuarea caldurii din zonele de autoincalzire initiale
- gradul ridicat de uscaciune al terenului pe care se depoziteaza statistic s-a constatat ca, in 90% din cazurile de autoaprindere, terenul a fost uscat
- prezenta boabelor de grau, sau a altor impuritati organice care contin enzime, stimuleaza reactiile chimice exoterme
- natura si concentratia ingrasamantului utilizat la furaje; utilizarea azotului, favorizeaza autoaprinderea fanului sau a paielor.
Se poate genera numai daca se depaseste temperatura critica, care este in stransa lagatura cu masa critica.
Procesul de descompunere se produce cu viteza mare la temperaturi de peste 3000C, urmat de cele mai multe ori de explozii virulente.
Se pot genera autoaprinderi chiar la temperaturi de 150160)0C.
In unele cazuri, autoaprinderea azotatului de amoniu este favorizata de prezenta in masa azotatului de amoniu a unor corpuri straine (metalice, nemetalice etc.) care accelereaza descompunerea acestuia.
Sub forma de fibre sau tesaturi impregnate cu uleiuri sicative, este favorizata de depozitarea materialelor in straturi groase cu circulatie redusa de aer, care nu asigura o racire suficienta.
Cel mai mare pericol de autoaprindere exista atunci cand raportul dintre cantitatea de ulei si materialele care se imbina/se amesteca este de 50% .
Timpul necesar fenomenului de autoaprindere, variaza cu temperatura mediului ambiant, cu capacitatea de ventilatie, cu cantitatea de material etc.
In cabinele de pulverizare, uleiurile de in si de terebentina, deseurile de cauciuc macinate fin, adica sub forma de praf/pulbere, prezinta tendinta de autoaprindere.
In raport cu starea de agregare la care se initieaza fenomenul, se deosebesc doua grupe
- substante in stare lichida care manifesta tendinta spre autoaprindere in contact cu aerul (uleiuri si grasimi).
Procesul de autoaprindere are loc mai incet sau mai repede in functie de calitatea produsilor, natura materialului, gradul de impregnare cu ulei, prezenta umiditatii, cantitatea de aer, temperatura mediului inconjurator, prezenta si proprietatile catalizatorului, cantitatea de caldura cedata etc.
Se considera susceptibile la autoaprindere uleiurile si grasimile cu cifra de iod peste 80.
Fenomene de autoincalzire si autoaprindere se genereaza si la semintele de floarea soarelui depozitate in conditii necorespunzatoare.
Semintele absoarb oxigenul din aer care se combina cu unele substante din continutul lor.
Din aceasta oxidare rezulta caldura, vapori de apa si bioxid de carbon.
Bioxidul de carbon umple spatiul dintre seminte si impiedica accesul aerului din admosfera, intrerupand astfel, respiratia normala a semintelor.
In acest mod, se consuma oxigenul din insasi continutul semintelor, fapt care genereaza cresterea si mai mare a caldurii degajate care nu poate fi evacuata, cu creearea unor centre de autoincalzire.
La aparitia si dezvoltarea centrelor de autoincalzire, un rol insemnat il are respiratia microorganismelor determinate de bacterii si mucegaiuri, la care se mai adauga prezenta impuritatilor si actiunea unor specii de daunatori insecte, rozatoare etc.
Prezenta cantitatilor de apa in masa semintelor, constituie unul dintre factorii esentiali ai aparitiei fenomenelor de autoincalzire si autoaprindere.
- lichide care se autoaprind la contactul cu substante oxidate (peroxid de sodiu, pergament de potasiu etc).
Pentru materialele si substantele care prezinta pericol de autoaprindere este necesar sa se se aplice urmatoarele masuri de prevenire
- depozitarea separata a substantelor care prin contact produc reactii exoterme (sodiu si potasiu fata de solutiile apoase, acizi fata de substantele combustibile solide etc);
- limitarea procentului de umiditate din materialele si substantele depozitate prin preuscare, adapostire fata de intemperii etc
-aerisirea produselor depozitate in vrac, prin hote introduse, in masa acestuia, recircularea produsului (la silozuri suflarea de aer in interior);
- consumarea cu prioritate a stocurilor cu durata mare de depozitare in care exista posibilitatea sa se fi acumulat in timp, cantitati mai mari de caldura
- evitarea contactului prafului combustibil, negrului de fum, firelor textile etc, cu uleiuri minerale, uleiuri comestibile, unsori si lubrifianti
- controlul permanent a temperaturilor din interiorul produselor depozitate in vrac (carbune, cereale etc.) cu ajutorul aparatelor de masura si control
- inlaturarea impuritatilor din masa azotatului de amoniu si din alte produse susceptibile autoaprinderii de natura fizico-chimica si curatirea terenului pe care urmeaza sa se realizeze depozitare ;
- interzicerea pozarii de conducte cu abur, cabluri electrice sau a altor posibile surse de incalzire in masa de produse (sfecla, borhot, rumegus, carbune etc)
- racirea produselor inainte de depozitare
- protejarea depozitelor impotriva razelor solare;
-depozitarea/pastrarea deseurilor textile/lavetelor utilizate in procesele tehnologice, in lazi metalice ;
- controlul scurgerilor de lubrifianti de la utilajele de productie
- neutralizarea si evacuarea depunerilor piroforice din rezervoare si instalatiile tehnologice prin purjare cu abur, oxidare cu gaze de ardere avand 68)% oxigen sau cu aer sau umplerea prealabila a instalatiilor cu abur si gaze inerte dupa/inainte de golire;
- la depozitarea carbunilor se are in vedere respectarea urmatoarelor masuri :
- amenajarea terenului de depozitare prin indepartarea vegetatiei si asigurarea pantelor de scurgere a apei
- controlul periodic al temperaturii stivelor pentru a nu depasi valori de(5060)0C
- carbunii supraincalziti (peste 650C) vor fi prefirati, depozitati in straturi de cel mult 0,50m sau se vor da pentru consum, prioritate avand cei cu vechime mai mare de depozitare
- curatirea permanenta a prafului/pulberilor de carbune de pe instalatiile si utilajele tehnologice, cu precadere de pe cele care emana caldura
- controlul fenomenelor de turbulenta la depozitarea carbunilor in stive, prin tasarea optimizata a acestora, realizarea de parapete etc.
- pentru prevenirea declansarii si evolutiei proceselor microbiologice caracteristice la autoaprinderea de natura biologica, este necesara respectarea urmatoarelor masuri specifice
- umiditatea furajelor la depozitare sa fie mai mica de 3545)% iar a cerealelor care se depoziteaza in silozuri (1618)%
- uscarea finurilor in camp sa se faca in straturi subtiri ti sa fie afinate astfel incat sa se previna declansarea procesului fermentativ
- balotarea fanului cu masini de balotat, se realizeaza cand acesta are maxim (25 . 30)% umiditate, asigurandu-se continuarea uscarii pe sol timp de (3 . 4) zile, in cazul in care uscarea nu s-a realizat pana la o umiditate de cel mult (15 . 17)%;
- pentru uscarea fanurilor in capite, se va avea in vedere ca umiditatea sa nu fie mai mare de (2030)%
- in cazul patrunderii apei in continutul furajelor, acestea se vor desface si imprastia pe sol pe o durata de (23) zile cand timpul este favorabil
- in zonele cu precipitatii bogate, furajele se usuca pe suporti in straturi de 5080) cm la umiditati sub valori de 50%, mentinandu-se astfel pana cand umiditatea scade la
3.1 Elemente generale referitoare la temperatura
Temperatura este marimea fizica ce caracterizeaza starea de incalzire a unui corp.
Starea de agitatie termica a moleculelor unui corp si energia interna a acestui corp pot fi caracterizate printr-un parametru de stare ce poarta numele de temperatura.
Temperatura reprezinta una dintre marimile cele mai frecvent masurate in numeroase domenii datorita faptului ca in majoritatea proceselor fizice, chimice, biologice, naturale sau artificiale, intervin fenomene de natura termica. Se apreciaza ca in aplicatiile industriale, in medie 50% din totalul punctelor de masurare si peste 20% din cel al buclelor de reglare au ca obiect temperatura sau alte marimi termice.
Supravegherea si/sau reglarea temperaturii pot fi intalnite practic in toate ramurile industriale, principalele scopuri fiind optimizarea fluxurilor termice in procesele tehnologice, intocmirea bilanturilor de energie termica, evaluarea si reducerea pierderilor prin transfer de caldura, asigurarea si mentinerea anumitor conditii climatice in fazele de productie, depozitare sau transport etc.
Valorile temperaturilor care trebuiesc masurate variaza in limite largi de la ( -200 ) C pana la (3000 3500 ) C. Totodata este demn de subliniat faptul ca, date fiind implicatiile tehnico-economice deosebite, masurarile trebuiesc efectuate cu precizie ridicata si mijloacele de masurare utilizate sa nu exercite influente nedorite asupra proceselor respective. Mediile ale caror temperaturi se masoara se pot afla in oricare dintre cele trei stari de agregare posibile. Pot astfel sa apara situatii foarte variate, de exemplu masurarea temperaturii unor fluide sau chiar solide in miscare, masurari de temperaturi locale sau pe suprafete mari, in zone si la distante usor accesibile sau dimpotriva.
In acest context si tinand seama ca practica masurarii si reglarii temperaturii are o istorie indelungata (cu mult inainte de definirea stiintifica a notiunilor de temperatura si caldura), au fost dezvoltate numeroase tipuri de aparate de masurat si de traductoare de temperatura.
Principiile care stau la baza functionarii acestora deriva, in esenta, din dependenta de temperatura a anumitor proprietati fizice si chimice ale corpurilor in stare solida, lichida sau gazoasa. Dezvoltarile stiintifice si tehnologice din ultimul sfert de secol au largit considerabil gama fenomenelor susceptibile de a furniza semnale reprezentand valorile temperaturii, cu precizie ridicata si in conditii tehnico-economice adecvate aplicatiilor industriale.
Perfectionarea dispozitivelor electronice, introducerea accelerata a mijloacelor de calcul in toate domeniile, determina tendinta inlocuirii termometrelor indicatoare cu traductoare de temperatura care ofera posibilitati multiple de transmisie si stocare a informatiei.
Daca un gradient de temperatura se produce intr-un conductor electric, fluxul de caldura va crea o miscare de electroni generandu-se in acea regiune o forta electromotoare.
Marimea si directia fortei electromotoare vor depinde de marimea si directia gradientului de temperatura si de materialul din care este realizat conductorul. Tensiunea existenta la capetele conductorului va reprezenta suma algebrica a fortelor electromotoare generate de-a lungul conductorului. Astfel, pentru o diferenta de temperatura data T1-T2, distributiile de gradient vor produce aceasi tensiune totala E, presupunand ca pe toata lungimea conductorului caracteristicile sale termo-electrice sunt uniforme. Tensiunea de iesire a unui singur conductor nu este in mod normal masurabila intrucat suma fortelor electromotoare intr-un circuit inchis al unui conductor uniform va fi, in orice situatie a temperaturii, egala cu zero.
Intr-un termocuplu, sunt combinate practic doua materiale avand caracteristici forta electromotoare/temperatura diferite, pentru a produce o tensiune de iesire utilizabila. Astfel, un termocuplu format din doi conductori A si B, diferiti ca material, intr-o situatie a gradientului de temperatura, va genera semnal de iesire datorita interactiunii gradientului de temperatura in ambii conductori A si B. Se va produce aceeasi iesire Et pentru orice distributie a gradientului in interiorul unei diferente de temperatura date T1 - T2, presupunand caracteristicile termoelectrice ale conductorilor uniforme pe toata lungimea conductorului .
Intrucat jonctiunile M, R1 si R2 reprezinta limitele portiunilor generatoare de forta electromotoare ale conductorilor A si B, daca restul conductorilor legand dispozitivul de masurare sunt din sarma (uniforma) de cupru, iesirea termocuplului va deveni in mod efectiv o functie de temperatura a jonctiunilor.
Deci, un termocuplu produce o iesire care este in relatie cu temperaturile celor doua jonctiuni ale sale. Se obisnuieste sa se denumeasca conexiunea intre cele doua fire din materiale diferite ca jonctiune de masura iar jonctiunea legand firele din materiale diferite cu conexiunile
de iesire din cupru ca jonctiune de referinta. Daca jonctiunea de referinta este mentinuta la o temperatura fixa cunoscuta, temperatura jonctiunii de masura poate fi dedusa din tensiunea de
iesire a termocuplului. Exista tabele de calibrare pentru fiecare combinatie de termocuplu prin care se stabileste legatura intre tensiunea de iesire si temperatura jonctiunii de masura, daca jonctiunea de referinta este mentinuta la temperatura de 0°C.
Ajunsi la capatul acestor consideratii teoretice si practice asupra celor doua metode importante de masurare a temperaturilor se poate pune intrebarea daca exista criterii pentru selectarea metodei de masurare in functie de aplicatie. Comparatia prezentata in tabelul de mai jos poate sa dea un minimum de indicatii celor care se afla in situatia de a opta pentru una sau alta din metode.
Multe procese tehnologice care au loc in reactoarele chimice, coloane de fractionare, difuzie si altele, sunt puternic influentate de temperatura din utilaj. De aceea masurarea cu precizie a temperaturii in utilajele tehnologice are o importanta deosebita.
In 1715 Gabriel D. Fahrenheit a introdus scara carem ii poarta numele (Fahrenheit) si care contine 180 de diviziuni intre punctul de topire a ghetii (32 οF) si punctul de fierbere a apei (212 οF).
Acelasi interval - intre punctul de topire a ghetii si punctul de fierbere a apei, in 1742 a fost divizat de Anders Celsius in 100 de diviziuni (0 100 )οC. Aceasta scara, cunoscuta ca scara cu 100 de diviziuni, din 1948 se numeste scara Celsius - in cinstea autorului.
Celelalte doua scari de temperatura (Kelvin si Rankine) sunt scarile utilizate pentru descrierea temperaturii absolute, a caror valoare minima este egala cu minimul termodinamic. Aceste doua scari se definesc prin intermediul relatiilor:
(3.1)
unde: θK si θR sunt temperaturile absolute pe scara Kelvin si Rankine;TC si TF - temperaturile pe scara Celsius si Fahrenheit.
Pentru exprimarea temperaturii pe diverse scari, se folosesc relatiile dintre grade (3.1) si se tine seama de valorile corespunzatoare punctului de topire a ghetii.
Aparatele pentru masurarea temperaturii se bazeaza pe modificarea cu temperatura a unor marimi fizice, si anume:
- variatia dimensiunilor prin dilatare (termometre bimetalice);
- variatia volumului prin dilatare (termometre de sticla cu lichid);
-variatia presiunii lichidelor si gazelor inchise in incinte de volum constant (termometre manometrice);
- variatia rezistentei electrice (termorezistente);
- variatia tensiunii generate prin efect termoelectric (termocupluri);
- variatia intensitatilor radiatiilor corpurilor incalzite (termometre de radiatie).
La diverse materiale, dilatarea functie de temperatura este diferita. Dilatarea liniara cu temperatura este caracterizata prin coeficientul de dilatare termica α. Daca, spre exemplu, o bara are la temperatura 0 °C, lungimea l0 atunci la temperatura θ °C, lungimea barei va fi:
Coeficientul α se determina masurandu-se lungimea l1 a barei la temperatura θ1 si l2 la temperatura θ2. Se scrie sistemul de ecuatii:
Prin rezolvarea sistemului de ecuatii, de mai sus se obtine:
in care 
l=l2-l1 si θ=θ2-θ1
Se observa ca α exprima cu cat se alungeste o bara de 1 m la cresterea temperaturii cu 1°C. Diversele materiale au coeficientul de dilatare α diferit. Termometrele bimetalice se bazeaza pe dilatarea diferita a diverselor materiale.
In figura 3.1, este reprezentat un termometru bimetalic tubular compus din tubul 1, cu coeficient de dilatare α1, mult mai mic decat coeficientul de dilatare α2 al tijei 2.
Astfel, introducand tubul cu tija in mediul de temperatura θ0, tija se va dilata si valoarea temperaturii se va putea citi pe scala aparatului. Efectul de dilatare mentionat se obtine daca de exemplu tubul este din portelan (α 1=0,5∙10+5 oC-1), iar tija din aluminiu (2,2∙10-5 oC-1).
In figura 3.2 este reprezentata o lama bimetalica care este constituita din doua lamele sudate 1 si 2, realizate din metale cu coeficienti de dilatare diferiti α2>α1.
Lama este incastrata la unul din capete si este orizontala, la o temperatura θ0 (pozitia punctata). Daca lama este incalzita la o temperatura θ > θ0, lama se indoaie, deoarece lama 2 se alungeste mai mult decat lama 1. Pe acest principiu se bazeaza termometrul cu lamela bimetalica: daca termometrul este incalzit, lama va tinde sa se indrepte, capatul liber se va ridica. Deplasarea capatului liber este proportionala cu temperatura, de aceea de acest capat se fixeaza acul indicator.
Fig. 3.1. Termometru bimetalic tubular
Fig. 3.2. Lamela bimetalica, utilizata in constructia termometrelor bimetalice lamelare.
Principiul de functionare al termometrelor manometrice se bazeaza pe variatia cu temperatura a presiunii lichidelor si gazelor inchise in incinte de volum constant.
In functie de fluidul de lucru pot fi:
- termometre manometrice lichide;
- termometre manometrice cu gaz.
Acestea au constructii identice si difera numai fluidul de umplere (gaz sau lichid).
Fig. 3.3. Masurarea temperaturii utilizand tubul Bourbon.
Fig.3.4. Termometru manometric.
3.3.1. Termometrul manometric (fig. 3.5) este compus dintr-un cartus termic 1 ce reprezinta un balon (de aproximativ 10-15 cm2) care comunica printr-un tub capilar 2, cu traductorul manometric 3. Traductorul de presiune poate fi un traductor de tub Bourbon (fig. 4.4) sau un traductor cu membrana. Cartusul termic, tubular capilar si traductorul sunt umplute cu un fluid sub presiune 4 (gaz sau lichid).
3.3.2. Termometrul manometric cu gaz este umplut, de obicei, cu azot sub presiune, iar cartusul termic se introduce in mediul a carui temperatura trebuie masurata. In cazul gazelor ideale, daca volumul V al incintei este constant si masa gazului din incinta este M, atunci conform legii gazelor perfecte, presiunea este proportionala cu temperatura θ:
sau (3.6)
in care R=8,31434 J/(K∙mol) este constanta universala a gazelor.
Astfel, in cazul termometrului din figura (3.5), daca fluidul 4 este un gaz, presiunea acestuia va creste cu cresterea temperaturii θ. Aceasta presiune va actiona asupra membranei 5, a traductorului de presiune. Membrana va strange resortul 6 si va deplasa acul indicator 7. Pe scala aparatului se citeste in dreptul acului indicator valoarea temperaturii θ. Aceste termometre manometrice se utilizeaza pentru masurarea temperaturilor intre -200 °C i +500 °C.
3.3.3. Termometrul manometric cu lichid este umplut de obicei cu mercur. Fluidul de umplere 4 (vezi fig. 3.5) fiind lichid sub presiune, prin incalzirea cartusului termic la temperatura θ, lichidul se dilata si presiunea fluidului creste. Aceasta crestere a presiunii, care este functie de temperatura, duce la deplasarea acului indicator 7, ca si in cazul termometrului manometric cu gaz. Termometrele manometrice cu lichid se utilizeaza pentru masurarea temperaturilor intre -80 °C si +300 °C, gama de masurare a temperaturii depinzand de lichidul de umplere.
Principiul de functionare al termorezistentelor se bazeaza pe proprietatea unor conductoare de a-si modifica rezistivitatea electrica la modificarea temperaturii mediului in care se gasesc. Materialele din care se confectioneaza termorezistentele trebuie sa-si pastreze in timp proprietatile fizico-chimice, iar coeficientul de variatie a rezistivitatii electrice functie de temperatura sa fie cat mai mare, la randul ei - variatia rezistivitatii functie de temperatura sa fie cat mai liniara .
Cele mai des, la confectionarea termorezistentelor, sunt utilizate materialele: platina, cuprul, nichelul si fierul; dintre care cele mai performante termorezistente fiind executate din platina sau cupru .
3.4.1. Termorezistentele din platina se folosesc de obicei pentru masurari de precizie, pe cand, pentru masurarile obisnuite, se folosesc termorezistente din cupru. De exemplu, variatia rezistentei electrice a cuprului functie de temperatura se poate exprima de relatia:
(3.7)
in care: α este coeficientul de variatie a rezistentei electrice functie de temperatura;
R - rezistenta la temperatura 0 °C;
R - rezistenta la temperatura θ;
θ - temperatura mediului.
3.4.2. Termorezistentele din cupru se utilizeaza pentru domenii mici de variatie a temperaturii (-200 °C si +150 °C). Pentru domenii de variatie a temperaturii mai mari (-200 °C si +550 °C) se utilizeaza termorezistente confectionate din platina.
In figura (3.6) este reprezentata
variatia indicelui Rθ/R0, pentru
diverse materiale, in functie de
temperatura, iar in
figura (3.7) o sectiune dintr-o termorezistenta.
Constructiv, termorezistentele sunt alcatuite dintr-o infasurare de fire sau benzi 1, executate pe un suport izolator din punct de vedere electric 2 (ceramica, mica).
Aceasta
infasurare se acopera cu un strat izolant 3 si se introduce
intr-un tub de protectie 4, confectionat din cupru sau otel.
In cazul in care termorezistentele sunt destinate masurarii unor temperaturi joase, tubul de protectie este etans si uneori umplut cu gaz sub presiune - un bun conducator de temperatura sau cu parafina.
Gazul sau parafina servesc la reducerea inertiei termice care ar exista la transmiterea temperaturii dintre mediu si infasurarea 1. La capetele termorezistentei se sudeaza fire din acelasi material ca si spirele infasurarii, care se aduc la o cutie de borne.
In masurarile industriale se folosesc termorezistente cu valori ridicate ale rezistentei electrice, deoarece necesita aparate de precizie mai mica:
Termorezistentele se pot grada functie de rezistenta la 0 °C (notata cu R0) astfel:
- pentru termorezistentele din platina: platina Pt100 (R0 =100Ω); Pt50 (R0 = 50 Ω); Pt10 (R0 =10 Ω);
- pentru termorezistentele din cupru: Cu 100 (R0 = 100 Ω); Cu 50 (R0 = 50 Ω).
3.4.3. Termistoarele sunt termorezistente care folosesc materiale semiconductoare in locul spirelor din cupru sau platina etc. ce constituiau infasurarea termosensibila a termorezistentelor. Spre deosebire de termorezistente, termistoarele sunt rezistente cu coeficienti negativi de variatie a rezistivitatii cu temperatura. Rezistenta termistorului scade cu cresterea temperaturii si se exprima cu ajutorul relatiei:
Fig. 3.6. Sectiune dintr-o termorezistenta.
in care T este temperatura absoluta exprimata in Kelvin, iar K este o constanta care depinde de materialul semiconductor.
In figura (3.8) este reprezentata variatia cu temperatura a rezistentei unui termistor, iar in figura (3.9) - forma sa constructiva.
Fig. 3.7. Variatia rezistentei unui termistor functie de temperatura.
Termistoarele au coeficienti mari de variatie a rezistentei cu temperatura. Modificarea cu un grad a temperaturii produce o variatie a rezistentei de 3 % din rezistenta termistorului. Aceasta sensibilitate mare face ca ele sa fie utilizate pentru masurari de precizie. Rezistivitatea mare a semiconductoarelor face posibila utilizarea termistoarelor pentru masurari la distante mari, deoarece rezistenta conductoarelor de legatura este neglijabila.
Termistoarele au rezistente cuprinse in domeniile: (200 ÷ 2.000) Ω, (5 ÷ 10.000) Ω, 300 Ω ÷50 MΩ etc. Ele sunt utilizate pentru masurarea temperaturii intre -80 °C si +600 °C. Un
dezavantaj al termistoarelor il reprezinta caracterul neliniar al caracteristicii sale care limiteaza utilizarea lor in domenii largi de masurare a temperaturilor, servind in special pentru compensarea influentei temperaturii unor elemente de circuit in montajele electronice de masurat.
Termocuplurile se bazeaza pe proprietatea pe care o au doua metale diferite sudate intre ele la capete, de a produce o tensiune electrica, cand capetele sudate se gasesc la temperaturi diferite. Tensiunea electrica rezultata poarta denumirea de tensiune electromotoare si ea depinde de diferenta de temperatura intre cele doua capete si de un coeficient specific metalelor care alcatuiesc termocuplul. Conductoarele din materiale diferite care alcatuiesc termocuplul se numesc termoelectrozi.
Termoelectrozii se confectioneaza din metale si aliaje ale acestora, tipul metalelor definind tipurile de termocupluri.
Caracteristicile unor termocupluri
se prezinta in figura (3.10), cu o scurta descriere ce urmeaza:
- termocuplul fier-constantan (aliaj cu 57% Cu si 43% Ni utilizat pentru masurarea temperaturii intre -200 °C si +450 °C, tensiunea termoelectromotoare produsa la 450 °C fiind de aproximativ 30 mV;
-termocuplul
cromel-alumel (cromelul este aliaj cu 90% Ni si 10% Cr, iar alumelul
contine
Fig. 3.9. Caracteristicile statice ale unor termocupluri.
94% Ni,
3% Mn, 2% Al si 1 % Si), utilizat in domeniul -50 °C ÷ +900 °C, tensiunea obtinuta
la 900 °C fiind de 37,36 mV;
-termocuplul platinrhodiu-platin (90'% Pt, 10% Rh), destinat masurarii temperaturii pana la 1.300 °C, iar la o functionare intermitenta, pana la 1.600 °C.
Tensiunea termoelectromotoare dintre electrozii termocuplului se poate masura cu ajutorul unui milivoltmetru (fig. 3.11).
Acest termocuplu este compus din urmatoarele parti componente (fig.3.12): termoelectrozii 1, teaca de protectie 2, dispozitivul de montare 3, si cutia de borne cu capac 4.
Dispozitivul de montare 3 serveste pentru fixarea termocuplului in zona de masurare a temperaturii. Teaca de protectie se confectioneaza din cupru, otel aliat sau tuburi ceramice, materialul utilizat depinzand de domeniul de temperatura care se masoara.
Pentru masurarea continua a temperaturilor se utilizeaza un ansamblu de masurare (fig. 3.11) care este constituit dintr-un termocuplu si un aparat indicator de tip magnetoelectric (de regula un milivoltmetru). Acesta se conecteaza la bornele termocuplurilor prin intermediul unor conductoare de legatura.
Conductoarele de legatura se confectioneaza din aceleasi materiale ca si termocuplurile. In unele situatii, conductoarele de legatura (cablurile de prelungire) se fac din alte materiale, cum ar fi aliajele cupru-nichel.
In cazul masurarii temperaturii cu termocuplul, care se conecteaza la milivoltmetru, rezistenta liniei si rezistenta aparatului de masurare sunt niste factori importanti. Deviatia acului indicator depinde de curentul I care circula prin bobina mobila, iar acesta, de rezistenta totala a circuitului electric si de tensiunea termoelectromotoare obtinuta la bornele termocuplului:
(3.9)
unde: E este tensiunea interna a milivoltmetrului;
Rt rezistenta interna a milivoltmetrului;
Ri rezistenta termocuplului;
Rl rezistenta cablurilor de legatura.
Deoarece rezistenta termocuplului Rt creste odata cu temperatura, se produce o eroare de masurare, care este cu atat mai mare, cu cat rezistenta exterioara a aparatului este mai mare in raport cu rezistenta interna.
Pentru reducerea erorilor de masurare, in practica se utilizeaza milivoltmetre cu rezistenta interna mare, iar rezistenta exterioara (R + Rt) se stabileste la o anumita valoare. Aceasta rezistenta, denumita si rezistenta de egalizare, sau rezistenta de linie, se intercaleaza pe conductorul pozitiv langa milivoltmetru. Valoarea acesteia este aproximativ de 20 Ω si se confectioneaza din manganina.
Termenul de pirometrie deriva de la cuvantul grecesc piro, care inseamna foc; notiunea referindu-se la metodele de masurare a temperaturii prin metode fara contact, pe baza legilor radiatiei termice.
Astfel, functionarea pirometrelor de radiatie se bazeaza pe masurarea energiei radiante emisa de corpurile incalzite. Avantajele masurarii temperaturii cu ajutorul pirometrelor de radiatie sunt urmatoarele:
- masurarea temperaturii se face fara contact, deci fara perturbarea mediului masurat;
- limita superioara de masurare a temperaturii este teoretic nelimitata;
- pot fi utilizate pentru masurari de temperatura in medii in care conditiile fizice fac imposibila aplicarea altor metode.
Unul dintre pirometrele utilizate este pirometrul optic monocromatic cu disparitia filamentului. La acest tip de instrument se face compararea, respectiv egalarea stralucirii monocromatice a doua surse luminoase, folosindu-se sensibilitatea ochiului operatorului.
In figura 3.13 este reprezentata simplificat schema optica de principiu a pirometrului monocromatic cu disparitia filamentului.
Pirometrul cu disparitia filamentului contine o lampa etalon cu filament din wolfram 4, filtre monocromatice de rosu 5, filtre de atenuare 3, precum si alte dispozitive prezentate in figura (3.13).
Fig. 3.12. Pirometru optic cu disparitia filamentului.
1 - corp incandescent; 2, 6 - obiectiv (lentila);
3 - filtru de absorbtie (atenuare) cand T>1300 οC; 4 - lampa; 5 - filtru monocromatic;
7 - ocular; 8 - ochiul operatorului; 9 - sursa de alimentare reglabila
Metoda de masurare este o metoda de comparatie pe imaginea suprafetei radiante 1 ce emite o radiatie in spectrul vizibil, se suprapune lampa etalon. Prin reglarea curentului din filament se modifica temperatura acestuia si implicit culoarea filamentului; in momentul in care imaginea filamentului dispare (figura 3.14), se obtine egalarea intre temperatura masurata Tm si temperatura filamentului Tf. Valoarea curentului prin filament constituie o masura a temperaturii masurate.
Curentul electric, din circuitul filamentului, se regleaza (mareste - scade) pana la disparitia filamentului (cazul b) pe fondul corpului. Deoarece dependenta stralucirii filamentului fata de temperatura corpului este cunoscuta, la egalizarea stralucirii filament-suprafata corpului, se determina temperatura.
Domeniul de masurare este compus intre 700 οC (culoarea rosu inchis) si 1500 οC - temperatura maxima a filamentului, insa poate fi extinsa pana la 3000 οC daca se folosesc
atenuatoare optice. Daca sesizarea disparitiei filamentului se face cu ajutorul fotodetectoarelor, limita inferioara a domeniului de masurare poate cobori la circa 500 οC, iar erorile de masurare pot fi mai mici de ± 0,5%.
Fig. 3.13. Imaginea filamentului (pirometrului) pe
fondul imaginii corpului incandescent.
a) filamentul la temperatura minima;
b) temperatura egalata;
c) filamentul la temperatura maxima.
Temperatura este marimea neelectrica cea mai des masurata. Senzorii de temparatura folositi in automatizare au o mare varietate, datorita gamei largi de temperatura care se masoara, precum si a preciziei cu care se masoara intr-un anumit domeniu. Eroarea de masura se datoreaza in primul rand efectelor de schimb de caldura dintre senzori si mediu. Evaluarea erorii de masurare se face prin calculul raspunsului senzorului, aceasta eroare fiind cu atat mai mica cu cat conductanta termica senzor - corp este mai mare. O alta sursa de eroare poate fi incalzirea senzorului datorita curentului propiu care trece prin senzor (mai ales in cazul conductoarelor parametrice).
Efectele produse de temperatura asupra diferitelor corpuri cu carfe vin in contact direct sau indirect sunt dilatarea, modificarea dimensiunilor solidelor sau modificarea volumului
lichidelor, variatia conductivitatii electrice la materialele conductoare sau semiconductoare, modificarea proprietatilor magnetice in cazul unor materiale magnetizabile, aparitia si variatia
unei tensiuni electromotoare (pentru senzori activi) variatia intensitatii si a spectrului radiatiei emise de corp, precum si modificarea fregventei de rezonanta proprie a materialului.
Prevenirea fenomenului de autoaprindere nu se va putea realiza fara a tine materialul in anumite intervaluri de temperatura, deaceea suntem nevoiti sa masuram temperatura in orice moment conform unei proceduri stabilite de conducerea societatii comerciale participand si colectivul de specialisti. Acesta se realizeaza prin emiterea unei dispozitii scrise conform Art.19 din Legea 307 prin care se nominalizeaza persoanele de pe locurile de munca care efectueaza acesta operatie.
Bibliografie
[1] Balulescu, P., Craciun,
[2] *** SR ISO 8421(1 . 8)/1999, (2000), Protectia impotriva incendiilor. Vocabular. Termeni generali si fenomene ale incendiilor, Asociatia Romana de Standardizare, Bucuresti.
[3] Popescu, G., Balanescu, L. - Prevenirea incendiilor la autovehicule, Editura Ministerului de Interne, 2005.
[4] Legea nr.307/2006 - Legea apararii impotriva incendiilor, publicata in Monitorul Oficial al Romaniei
[5] *** PE 009/93 - Norme de prevenire, stingere si dotare impotriva incendiilor pentru producerea, transportul si distributia energiei electrice si termice.Editura ICEMENERG Bucuresti 1994
Palita Valentin : Termotehnica si masini termice: Teorie si aplicatii, Editura Scrisul Romanesc, Craiova, 2000
Anca Constantin: Termotehnica, Oxford University Press, Constanta, 2002
[8] Agoston K.: Senzori in automatizari industriale.Editura Universitatii "Pertu Maior" Tg. Mures 2004
[9] A. Ignea : Masurarea electrica a marimilor neelecrtice.Editura de Vest, Timisoara 1996
[10] ***National Semiconductor.Precision Temperature Senzor 2000
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
