Fumo
La composizione del fumo dipende dalla natura del combustibile in fiamme e dalle condizioni di combustione. Gli incendi con elevata disponibilità di ossigeno bruciano ad alta temperatura e con una piccola quantità di fumo prodotto; le particelle sono per lo più composte da cenere, o con grandi differenze di temperatura, di aerosol condensato di acqua. L’alta temperatura porta anche alla produzione di ossidi di azoto. Il contenuto di zolfo produce anidride solforosa o, in caso di combustione incompleta, idrogeno solforato. Il carbonio e l’idrogeno sono quasi completamente ossidati in anidride carbonica e acqua. Gli incendi che bruciano con la mancanza di ossigeno producono una gamma significativamente più ampia di composti, molti dei quali tossici. L’ossidazione parziale del carbonio produce monossido di carbonio, mentre i materiali contenenti azoto possono produrre acido cianidrico, ammoniaca e ossidi di azoto. L’idrogeno può essere prodotto al posto dell’acqua. Il contenuto di alogeni come il cloro (ad esempio nel cloruro di polivinile o nei ritardanti di fiamma bromurati) può portare alla produzione di acido cloridrico, fosgene, diossina e clorometano, bromometano e altri alocarburi. Fluoruro di idrogeno può essere formato da fluorocarburi, se fluoropolimeri sottoposti a fuoco o agenti di soppressione del fuoco alocarbonio. Gli ossidi di fosforo e antimonio e i loro prodotti di reazione possono essere formati da alcuni additivi ignifughi, aumentando la tossicità e la corrosività del fumo. La pirolisi dei policlorobifenili (PCB), ad esempio dalla combustione di olio di trasformatore più vecchio, e in misura inferiore anche di altri materiali contenenti cloro, può produrre 2,3,7,8-tetraclorodibenzodiossina, un potente cancerogeno e altre policlorodibenzodiossine. Pirolisi di fluoropolimeri, ad esempio il teflon, in presenza di ossigeno, produce fluoruro di carbonile (che idrolizza facilmente in HF e CO2); si possono formare anche altri composti, ad esempio tetrafluoruro di carbonio, esafluoropropilene e perfluoroisobutene altamente tossico (PFIB).
Pirolisi di materiale in combustione, soprattutto combustione incompleta o fumanti, senza un adeguato apporto di ossigeno, comporta anche la produzione di una grande quantità di idrocarburi, sia alifatici (metano, etano, etilene, acetilene) e aromatici (benzene e derivati, idrocarburi policiclici aromatici; ad esempio, benzopirene, studiato come un agente cancerogeno o retene), terpeni. Si traduce anche nell’emissione di una gamma di composti organici volatili ossigenati più piccoli (metanolo, acido acetico, idrossi acetone, acetato di metile e formiato di etile) che si formano come sottoprodotti della combustione e specie organiche ossigenate meno volatili come fenolici, furani e furanoni. Possono essere presenti anche composti eterociclici. Gli idrocarburi più pesanti possono condensarsi come catrame; il fumo con un contenuto significativo di catrame è da giallo a marrone. La combustione di combustibili solidi può comportare l’emissione di molte centinaia o migliaia di composti organici a bassa volatilità nella fase aerosol. La presenza di tale fumo, fuliggine e/o depositi oleosi marroni durante un incendio indica una possibile situazione pericolosa, in quanto l’atmosfera può essere satura di prodotti di pirolisi combustibili con concentrazione superiore al limite superiore di infiammabilità e l’afflusso improvviso di aria può causare flashover o backdraft.
La presenza di zolfo può portare alla formazione di idrogeno solforato, solfuro di carbonile, anidride solforosa, disolfuro di carbonio e tioli; in particolare i tioli tendono ad essere adsorbiti sulle superfici e producono un odore persistente anche molto tempo dopo l’incendio. L’ossidazione parziale degli idrocarburi rilasciati produce in un’ampia gamma di altri composti: aldeidi (ad esempio formaldeide, acroleina e furfurale), chetoni, alcoli (spesso aromatici, ad esempio fenolo, guaiacolo, siringolo, catecolo e cresoli), acidi carbossilici (acido formico, acido acetico, ecc.).
Il particolato visibile in tali fumi è più comunemente composto da carbonio (fuliggine). Altre particelle possono essere composte da gocce di catrame condensato o particelle solide di cenere. La presenza di metalli nel combustibile produce particelle di ossidi metallici. Si possono formare anche particelle di sali inorganici, ad es. solfato di ammonio, nitrato di ammonio o cloruro di sodio. Sali inorganici presenti sulla superficie delle particelle di fuliggine possono renderli idrofili. Molti composti organici, tipicamente gli idrocarburi aromatici, possono anche essere adsorbiti sulla superficie delle particelle solide. Gli ossidi metallici possono essere presenti quando vengono bruciati combustibili contenenti metalli, ad esempio combustibili solidi per razzi contenenti alluminio. I proiettili di uranio impoverito dopo aver colpito il bersaglio si accendono, producendo particelle di ossidi di uranio. Particelle magnetiche, sferule di ossido ferrico ferroso simile alla magnetite, sono presenti nel fumo di carbone; il loro aumento dei depositi dopo il 1860 segna l’inizio della rivoluzione industriale. (Nanoparticelle di ossido di ferro magnetico possono essere prodotte anche nel fumo da meteoriti che bruciano nell’atmosfera.) La remanenza magnetica, registrata nelle particelle di ossido di ferro, indica la forza del campo magnetico terrestre quando sono state raffreddate oltre la loro temperatura di Curie; questo può essere usato per distinguere le particelle magnetiche di origine terrestre e meteorica. Le ceneri volanti sono composte principalmente da silice e ossido di calcio. Le cenosfere sono presenti nel fumo dei combustibili idrocarburici liquidi. Minuscole particelle metalliche prodotte dall’abrasione possono essere presenti nei fumi del motore. Particelle di silice amorfa sono presenti nei fumi da siliconi brucianti; piccola percentuale di particelle di nitruro di silicio può essere formata in incendi con ossigeno insufficiente. Le particelle di silice hanno una dimensione di circa 10 nm, raggruppate in aggregati 70-100 nm e ulteriormente agglomerate in catene. Particelle radioattive possono essere presenti a causa di tracce di uranio, torio o altri radionuclidi nel combustibile; particelle calde possono essere presenti in caso di incendi durante incidenti nucleari (ad esempio disastro di Chernobyl) o guerra nucleare.
Le particelle di fumo, come altri aerosol, sono classificate in tre modalità basate sulla dimensione delle particelle:
- modalità nuclei, con raggio medio geometrico compreso tra 2,5 e 20 nm, probabilmente formandosi per condensazione di parti di carbonio.
- modalità di accumulo, che vanno tra 75-250 nm e formata da coagulazione di nuclei modalità particelle
- modalità grossolana, con particelle in micrometro gamma
La maggior parte del fumo materiale è principalmente in particelle grossolane. Quelli subiscono una rapida precipitazione secca, e il danno da fumo in aree più distanti al di fuori della stanza in cui si verifica l’incendio è quindi principalmente mediato dalle particelle più piccole.
L’aerosol di particelle oltre le dimensioni visibili è un indicatore precoce dei materiali in una fase di preaccensione di un incendio.
La combustione di combustibile ricco di idrogeno produce acqua; questo si traduce in fumo contenente goccioline di vapore acqueo. In assenza di altre fonti di colore (ossidi di azoto, particolato…), tale fumo è bianco e simile a una nuvola.
Le emissioni di fumo possono contenere oligoelementi caratteristici. Il vanadio è presente nelle emissioni provenienti da centrali elettriche a petrolio e raffinerie; le centrali petrolifere emettono anche un po ‘ di nichel. La combustione del carbone produce emissioni contenenti alluminio, arsenico, cromo, cobalto, rame, ferro, mercurio, selenio e uranio.
Tracce di vanadio nei prodotti di combustione ad alta temperatura formano goccioline di vanadati fusi. Questi attaccano gli strati di passivazione sui metalli e causano corrosione ad alta temperatura, che è una preoccupazione soprattutto per i motori a combustione interna. Anche il solfato fuso e le particelle di piombo hanno tale effetto.
Alcuni componenti del fumo sono caratteristici della fonte di combustione. Il guaiacolo e i suoi derivati sono prodotti della pirolisi della lignina e sono caratteristici del fumo di legno; altri marcatori sono siringolo e derivati e altri metossi fenoli. Retene, un prodotto della pirolisi delle conifere, è un indicatore degli incendi boschivi. Levoglucosan è un prodotto di pirolisi della cellulosa. I fumi di legno duro vs legno tenero differiscono nel rapporto tra guaiacoli/siringoli. I marcatori per lo scarico dei veicoli includono idrocarburi policiclici aromatici, hopani, sterani e nitroareni specifici (ad esempio 1-nitropirene). Il rapporto tra hopani e sterani e carbonio elementare può essere utilizzato per distinguere tra emissioni di motori a benzina e diesel.
Molti composti possono essere associati al particolato; sia per essere adsorbiti sulle loro superfici, sia per essere disciolti in goccioline liquide. L’acido cloridrico è ben assorbito nelle particelle di fuliggine.
Il particolato inerte può essere disturbato e trascinato nel fumo. Di particolare preoccupazione sono le particelle di amianto.
Particelle calde depositate di fallout radioattivo e radioisotopi bioaccumulati possono essere reintrodotte nell’atmosfera da incendi boschivi e incendi boschivi; questo è un problema, ad esempio, nella zona di alienazione contenente contaminanti dal disastro di Chernobyl.
I polimeri sono una fonte significativa di fumo. I gruppi laterali aromatici, ad esempio in polistirene, aumentano la generazione di fumo. I gruppi aromatici integrati nella spina dorsale del polimero producono meno fumo, probabilmente a causa di carbonizzazione significativa. I polimeri alifatici tendono a generare il minimo fumo e non sono autoestinguenti. Comunque la presenza di additivi può considerevolmente aumentare la formazione di fumo. I ritardanti di fiamma a base di fosforo e alogeni riducono la produzione di fumo. Anche il grado più elevato di reticolazione tra le catene polimeriche ha un tale effetto.
Visibili e invisibili particelle di combustionEdit
L’occhio nudo rileva particelle di dimensioni superiori a 7 µm (micrometri). Le particelle visibili emesse da un incendio sono indicate come fumo. Le particelle invisibili sono generalmente indicate come gas o fumi. Questo è meglio illustrato quando si tosta il pane in un tostapane. Mentre il pane si riscalda, i prodotti della combustione aumentano di dimensioni. I fumi inizialmente prodotti sono invisibili ma diventano visibili se il pane tostato viene bruciato.
Un rilevatore di fumo a camera di ionizzazione è tecnicamente un prodotto del rilevatore di combustione, non un rilevatore di fumo. I rilevatori di fumo a camera di ionizzazione rilevano particelle di combustione invisibili ad occhio nudo. Questo spiega perché essi possono spesso falso allarme dai fumi emessi dagli elementi riscaldanti roventi di un tostapane, prima della presenza di fumo visibile, ma possono non riuscire ad attivare nella fase iniziale, a fuoco basso fumante di un incendio.
Il fumo di un tipico incendio domestico contiene centinaia di diversi prodotti chimici e fumi. Di conseguenza, il danno causato dal fumo può spesso superare quello causato dal calore effettivo del fuoco. Oltre al danno fisico causato dal fumo di un incendio-che si manifesta sotto forma di macchie – è il problema spesso ancora più difficile da eliminare di un odore di fumo. Proprio come ci sono appaltatori specializzati nella ricostruzione/riparazione di case che sono state danneggiate da fuoco e fumo, aziende di restauro tessuto specializzati nel ripristino di tessuti che sono stati danneggiati in un incendio.
Leave a Reply