Μετάδοση της φωτιάς

Γενικότητες

Στις πυρκαγιές επικρατεί μία δυναμική κατάσταση, όπου μπορούμε να παρατηρήσουμε διάφορα γεγονότα (υποβόσκουσα φωτιά, εκτίναξη των σωμάτων που καίγονται, π.χ. κουκουνάρια πευκοδάσους, κ.λπ.).

Όταν υπάρχει επάρκεια καύσιμης ύλης (αναγωγικού μέσου) και οξυγόνου (οξειδωτικού μέσου, γενικότερα), η εξέλιξη της πυρκαγιάς έχει τις προϋποθέσεις να συνεχισθεί ανεμπόδιστα, εάν δεν επέμβουμε.

Η μετάδοση της πυρκαγιάς γίνεται με διακίνηση μάζας, ορμής και ενέργειας δηλαδή με φαινόμενα μεταφοράς.

 Βασικά Φαινόμενα Μεταφοράς στη Μετάδοση Πυρκαγιάς

Α) Μεταφορά μάζας

Με τον όρο αυτό νοούμε τη διεργασία στην οποία έχουμε «διακίνηση» μάζας· η διακίνηση αυτή οφείλεται στη διαφορά συγκέντρωσης των συστατικών του καιόμενου συστήματος που προκαλείται από πυρκαγιά.

Β) Μεταφορά ορμής

Με τον όρο αυτό νοούμε τη διεργασία στην οποία έχουμε «διακίνηση» ορμής η διακίνηση αυτή δικαιολογείται με τη βοήθεια της μοριακής συμπεριφοράς των αερίων (καύσης ,αέρα). Η ορμή που κατέχει ένα μόριο ανταλλάσσεται (μεταβάλλεται) τη στιγμή των συγκρούσεων παρατηρείται τότε, μεταφορά της ορμής από μόριο σε μόριο κατά τις διαμοριακες συγκρούσεις.

Γ) Μεταφορά ενέργειας

Με τον όρο αυτό νοούμε (εδώ) ό,τι εκφράζουμε λέγοντας «μετάδοση θερμότητας».

Μετάδοση θερμότητας σημαίνει «διακίνηση» (διάδοση) θερμότητας από ένα σώμα σε άλλο ή από μία θέση σώματος σε γειτονική της θέση.

Η διακίνηση αυτή οφείλεται στη χαρακτηριστική (θερμοδυναμική) ιδιότητα της ύλης: τη θερμοκρασία καθώς και στο δεύτερο θερμοδυναμικό  αξίωμα, σύμφωνα με το οποίο απλή διάδοση θερμικής ενέργειας (θερμότητας) γίνεται πάντοτε από υψηλότερες θερμοκρασιακές καταστάσεις προς χαμηλότερες.

Η θερμότητα, ως γνωστό, μπορεί να μεταδοθεί με:

α) Μετάδοση θερμότητας με αγωγή

Η μετάδοση της θερμότητας με τον τρόπο αυτό γίνεται από μόριο σε μόριο που είναι σε επαφή (δεν προκαλείται από μεταφορά ύλης· στηρίζεται στη ροή θερμικής ενέργειας μέσω των συστατικών του θεωρούμενου συστήματος —μορίων υλικού σώματος). Με άλλες λέξεις, η θερμότητα περνά από το ένα σημείο του συστήματος (ύλης) στο άλλο, διαδοχικά. Ο χρόνος (t) διάδοσης της θερμότητας με αγωγή ενδιαφέρει την πυροπροστασία χώρων κ.λπ. και μπορεί να εκτιμηθεί με τις φυσικές ιδιότητες των υλικών: πυκνότητα ρ, ειδική θερμότητα C , την θερμική αγωγιμότητα, μέτρο της οποίας αποτελεί ο συντελεστής της Κ, που εκφράζει το ποσό της θερμότητας (π.χ. Κcal) που διέρχεται στη μονάδα χρόνου (π.χ. 1 sec, 1h κ.λπ.), από μία τομή (π.χ. Ι cm2) κάθετα προς τη ροή, όταν η θερμοκρασιακή διαφορά ανά μονάδα μήκους (π.χ. Ι cm) είναι ένας θερμοκρασιακός βαθμός π.χ. 1grad (1°C). Έτσι, εάν επιφάνεια υλικού υποστεί ξαφνικά αυξανόμενη θερμική επίδραση, η θερμοκρασία σε βάθος χ μέσα στο υλικό θα αρχίσει να μεταβάλλεται σημαντικά σε χρόνο (t):

t=x²*p*C/K

Ο τρόπος αυτός μετάδοσης της θερμότητας απαιτεί την ύπαρξη ενός υλικού φορέα (συνήθως στερεής κατάστασης) και ευνοείται ιδίως στην περίπτωση των μετάλλων. Μπορεί, επίσης, η μετάδοση θερμότητας με αγωγή να εμφανίζεται και σε υγρά ή αέρια. Στα σώματα, όμως, αυτά εμφανίζεται —σχεδόν πάντοτε— και άλλος τρόπος μετάδοσης θερμότητας: η συναγωγή.

β) Μετάδοση θερμότητας με συναγωγή

Η μετάδοση θερμότητας με τον τρόπο αυτό γίνεται κατά κύριο λόγο με  τη μεταφορά μάζας· υπάρχει, όμως, πιθανότητα όπως στην περίπτωση της —με επαφή— μεταφοράς θερμότητας, η μετάδοση αυτή να οφείλεται σε συνδυασμό μεταφοράς μάζας και αγωγής θερμότητας. Σε καιόμενο τοίχο π.χ. ο αέρας του χώρου εφάπτεται με τη θερμή επιφάνεια του και η θερμότητα μεταβαίνει από αυτόν προς τον αέρα. Με τη πρόσδοση θερμότητας ο αέρας γίνεται ελαφρότερος και κινείται προς τα πάνω (του κτιρίου). Λόγω αυτής της κατάστασης, νέα μάζα αέρα έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια (του τοίχου) και δημιουργείται πάλι κίνηση του αέρα από τη θέρμανση του. Η θερμότητα μεταβαίνει από  το στερεό σώμα (τοίχος) προς το ρευστό (αέρα) που μεταφέρει την κίνηση του. Λεπτομερέστερα, το ρευστό μεταφέρει τη θερμότητα και την οδηγεί μακριά από το αρχικό μέρος, από ό,που προέρχεται.

Την ονομασία συναγωγή συνθέτουν οι λέξεις συν και άγω· έτσι, ο όρος σημαίνει ότι η θερμότητα άγεται (μεταφέρεται) μαζί με το ρευστό.

Από την ανάλυση του όρου, γίνεται σαφές ότι για τη μετάδοση θερμότητας με συναγωγή απαιτείται η ύπαρξη ενός ρευστού (υγρού ή αερίου) ως φορέα.

γ) Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία

Η μετάδοση της θερμότητας με τον τρόπο αυτό γίνεται με ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν μέσα στα σώματα καθώς επίσης και μέσα στο κενό. Το χαρακτηριστικό, λοιπόν, του τρόπου αυτού διάδοσης της θερμότητας είναι ότι η θερμότητα «διακινείται» χωρίς απαραίτητα να μεσολαβεί υλικό σώμα. Στη μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία εμφανίζονται οι εξής παράγοντες που επιδρούν στο φαινόμενο :

—   Θερμοκρασία

—   Είδος επιφάνειας

—   Γεωμετρική διάταξη των σωμάτων μεταξύ τους

—   Μέγεθος επιφάνειας

Οι παράγοντες αυτοί πρέπει να εξετάζονται προσεκτικά σε κάθε περίπτωση· μόνο μία σε βάθος ανάλυση θα ωθήσει σε λήψη αποτελεσματικών μέσων π.χ. πυροπροστασίας κτιρίων.

Η ακτινοβολία από κάποια πηγή μεταβάλλεται με την τετάρτη δύναμη της απόλυτης θερμοκρασίας της πηγής. Κατ' ακολουθία η ποσότητα της θερμότητας από (σημειακή) πηγή εξαρτάται από τη διαφορά της τετάρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας της θερμικής πηγής και της τετάρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του (προσβαλλόμενου από τη θερμότητα) αντικειμένου.

Πολλά προβλήματα (πυρασφάλειας) μπορούν να λυθούν με δεδομένο ότι η ακτινοβολία μεταβάλλεται αντίστροφα ανάλογα του τετραγώνου της απόστάσης πηγής —προσβαλλόμενου αντικειμένου. Εάν, όμως, η πηγή είναι εκτεταμένη και μεγάλη συγκριτικά με την απόσταση από το προσβαλλόμενο σώμα, μικρές μεταβολές στην απόσταση δεν επιφέρουν κάποιο αποτέλεσμα στη σημαντικότητα της διαδιδόμενης με ακτινοβολία θερμότητας, υπό την έννοια ότι σημαντικότητα  είναι ένας γενικός όρος που αναφέρεται στη σοβαρότητα (θερμικών συνθηκών και επιπτώσεων) της ακτινοβόλου θερμότητας.

 ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΩΝ

 Γενικότητες

Η γνώση πώς και γιατί αναπτύσσεται η πυρκαγιά δίνει τη δυνατότητα αναζήτησης τρόπων έλεγχου και κατάσβεσης της.

Εξετάζοντας τις προϋποθέσεις που είναι απαραίτητες για το φαινόμενο της φωτιάς, είδαμε ότι στην περίπτωση των φλογών εμπλέκεται ένας παράγοντας περισσότερο (αλυσωτή/αλυσιδωτή αντίδραση) από ότι στην επιφανειακή καύση (συνεργεία: θερμοκρασίας —καύσιμης ύλης/αναγωγικού παράγοντα— οξυγόνου/οξειδωτικού παράγοντα).

Η εξουδετέρωση των παραγόντων αυτών καταστείλει οποιαδήποτε πυρκαγιά. Έτσι, με ψύξη του καιόμενου συστήματος, έχουμε, λόγω απαγωγής θερμότητας, πτώση θερμοκρασίας· με αποκλεισμό του αέρα ή οξειδωτικών δράσεων παύει η αναγκαία στις καύσεις συμμετοχή του οξυγόνου ή του οξειδωτικού, γενικά, παράγοντα (αντίστοιχα)· με απομάκρυνση της καύσιμης ύλης σε περιοχή όπου η θερμότητα είναι ανεπαρκής για έναυση απομονώνεται το αναγωγικό υλικό που συνεισφέρει στη φωτιά· με διακοπή της αλυσωτής/αλυσιδωτής αντίδρασης (που ενδιαφέρει πάντα την περίπτωση των φλογών), επιτυγχανόμενη με παρεμπόδιση (ανακοπή) της ταχείας οξείδωσης του καύσιμου υλικού και της συνακόλουθης παραγωγής ελευθέρων ριζών, οι οποίες καθορίζουν , τελικά, την πορεία της αντίδρασης, πετυχαίνετε σβέση, φλογών.

 Έλεγχος Πυρκαγιάς

Κατά την προσπάθεια κατάσβεσης πυρκαγιάς πρέπει να έχουμε υπόψη ότι ενδέχεται η χρήση ενός πυροσβεστικού μέσου να προξενήσει κακό αντί καλό. Γι' αυτό, η μεθόδευση πυρόσβεσης που ακολουθείται κάθε φορά, εξαρτάται από τις ειδικές και τοπικές συνθήκες, το είδος και την ποσότητα των καιόμενων υλών, τα διατιθέμενα πυροσβεστικά μέσα κ.λπ.

Όμως, η σοβαρότητα που έχει το πρόβλημα του έλεγχου των πυρκαγιών επιτρέπει  να τονισθεί επιγραμματικά ότι ο έλεγχος αυτός μπορεί να εξασφαλισθεί με:

—   ψύξη των καιόμενων σωμάτων,

—   απομόνωση,

—   απομάκρυνση της καύσιμης ύλης,

—   αρνητική κατάλυση.

Οι παραπάνω μέθοδοι είναι αποτελεσματικές υπό την αίρεση ότι υπάρχουν γνώσεις και γενικά κατάλληλες προϋποθέσεις· στους εργασιακούς χώρους π.χ. απαιτείται συνεργασία μεταξύ (τεχνικών) μέσων (εξοπλισμού σε καλή κατάσταση —ετοιμότητα) και ανθρώπων που να έχουν υποστεί εκπαίδευση προκειμένου να αναπτύσσουν την πρέπουσα στρατηγική, ακολουθούν την επιβαλλόμενη τακτική και διακρίνονται για δημιουργική σκέψη (λήψη αποφάσεων) δράσης ανάλογα με την πυρκαγιά.

Τρόποι Κατάσβεσης Πυρκαγιών

Αναντίρρητα, η διάσταση που παίρνει το θέμα «έλεγχος πυρκαγιών» επιβάλλει την πιο κάτω ανάλυση αναφορικά με τις μεθόδους που υπόσχονται την επίτευξη του ελέγχου αυτού.

α) ψύξη των καιόμενων σωμάτων. Με ψύξη μπορεί να κατασβησθεί μία πυρκαγιά μόνο όταν η ταχύτητα με την οποία απάγεται η θερμότητα είναι μεγαλύτερη εκείνης με την οποία παράγεται. Για να επιτευχθεί αυτό, πρέπει το ψυκτικό μέσο να προσβάλει απευθείας το καιόμενο υλικό. Η διεργασία ψύξης μπορεί, επίσης, να σταματήσει την έκλυση καυσίμων αερίων και ατμών. Πάρα πολλές φορές, αποτελεσματικό μέσο (ψύξης) είναι το νερό (εφαρμοζόμενο με σταθερή βολή, ή ως ομίχλη, ή συμμετέχοντας σε αφρό). Σε αρκετές, πάλι, περιπτώσεις η ψύξη κατορθώνεται με χρήση αδρανών αερίων, π.χ. αζώτου, διοξειδίου του άνθρακα.

Ψύξη μπορεί να γίνει και με διαχωρισμό-διασπορά των καιόμενων σωμάτων π.χ. δεμάτων βάμβακα (για να μη «εγκλωβίζεται» θερμότητα μέσα σε αυτά αλλά να διευκολύνεται η απαγωγή της, την οποία το «ντάνιασμα» δεν ευνοεί).

β) Απομόνωση. Η απομόνωση μπορεί να ονομασθεί και απόπνιξη της εστίας της πυρκαγιάς. Επιδιώκεται με αποκλεισμό της πυρκαγιάς από τον ατμοσφαιρικό αέρα (ή το οξειδωτικό περιβάλλον, εάν επικρατεί τέτοιο στο χώρο της πυρκαγιάς). Έτσι, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απόπνιξη (ανάλογα των διαφόρων παραμέτρων του προβλήματος, π.χ. διευθετήσεων χώρων, κλειστά διαμερίσματα κ.λπ.): διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμός, χημικός ή μηχανικός αφρός, άμμος, γραφίτης κ.λπ. κατάλληλα (αδρανή) μέσα.

γ) Απομάκρυνση της καύσιμης ύλης. Με τον τρόπο αυτό, που σε παλαιότερα κείμενα αναφέρεται ως αποστέρηση του πυρός, μειώνεται ή αφαιρείται το καύσιμο υλικό, με επακόλουθο η καύση να επιβραδύνεται ή διακόπτεται —δηλαδή η διεργασία της πυρκαγιάς να μη μπορεί να συνεχισθεί. Στην πράξη, η όλη μεθόδευση συνίσταται στο σκόρπισμα των καιόμενων σωμάτων π.χ. α) μετακίνηση καιόμενου πλοίου από παρακείμενο (σε επισκευαστικό χώρο/βάση), β) διευθέτηση δεξαμενών εύφλεκτου υγρού κατά τρόπο που να αντλείται το περιεχόμενο από οποιαδήποτε δεξαμενή και να διοχετεύεται το υγρό σε άδεια μονωμένη δεξαμενή, σε περίπτωση πυρκαγιάς γ) διακοπή παροχής εύφλεκτου αέριου, καιόμενου κατά τη ροή του μέσω σωληνώσεων, δ) προσθήκη περίσσειας αέρα σε μίγμα καυσίμων αερίων ή ατμών σε αέρα για να πέσει η συγκέντρωση του καύσιμου κάτω του ελάχιστου ορίου της ευανάφλεκτης περιοχής.

δ) Αρνητική κατάλυση. Η μέθοδος στοχεύει να σταματήσει η αλυσωτή/ αλυσιδωτή αντίδραση, για να σταματήσει ο σχηματισμός —στα στάδια διεξαγωγής διακλαδωμένων αλυσωτών αντιδράσεων— ασταθών ενδιαμέσων προϊόντων (ελευθέρων ριζών) που ευθύνονται για την εξέλιξη η οποία δίνει φλόγες. Με αυτή την έννοια πιο σωστό είναι η μέθοδος να λέγεται «διακοπή της αλυσωτής/αλυσιδωτής αντίδρασης», όπως, άλλωστε, υιοθετείται τελευταία.

Μείωση ή μηδενισμός, λοιπόν, της συγκέντρωσης των ελευθέρων ριζών, που είναι και ο καθοριστικός παράγοντας της ταχύτητας των φλογών αναμένεται να έχει ανάλογη επίπτωση στην απειλή: πυρκαγιά.

Για την απομάκρυνση των ελευθέρων ριζών στις διακλαδωμένες αλυσωτές αντιδράσεις από τη λειτουργική τους διαδικασία, προκειμένου να παύσουν να είναι οι φορείς της αλυσίδας τέτοιων δράσεων, χρησιμοποιούνται ως κατασβεστικά υλικά ξερές χημικές σκόνες και αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες.

Το αποτέλεσμα, που διάφορες ξερές χημικές σκόνες (π.χ. βάσης δισανθρακικού καλίου, κ.λπ.) έχουν αναφορικά με τη σύλληψη ελευθέρων ριζών, εξαρτάται από την ιδιαίτερη τους μοριακή δομή. Το ξερό δισανθρακικό κάλι είναι το περισσότερο δραστικό μέσο λόγω του μεγάλου μεγέθους που έχει το ιόν του καλίου (βλ. και «Μέτρα και Μέσα Πυρασφάλειας»).

Οι αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες, πιστεύεται ότι, αποσυνθέτονται όταν προσβάλλουν τη φωτιά και σχηματίζουν ελεύθερες ρίζες αλογόνων (χλωρίου, βρώμιου ή φθορίου) που ενωμένες με τις ελεύθερες ρίζες (φλογών) εμπλέκονται στη διακλαδωμένη αλυσωτή αντίδραση. Στο μεγάλο μόριο —και πάλι— του αλογόνου (σε αυτή την περίπτωση) οφείλεται η επιζητούμενη παγίδευση (αποτελεσματική δέσμευση ελευθέρων ριζών των φλογών).