Infiammabilità di gas e vapori

L'infammabilità di gas o vapori è legata al valore della loro composizione in miscela con il comburente, che deve essere compresa all'interno di due limiti che ne individuano il campo di infammabilità ( o di esplosività).

Si defnisce Limite inferiore d'infammabilità ( LFL o LEL) la più bassa concentrazione in volume di vapore in miscela, al di sotto della quale pur in presenza di innesco non si ha accensione in quanto il combustibile è presente in quantità insufciente. Il Limite superiore d'infammabilità ( UFL o UEL) è quindi la concentrazione in volume massima accettabile di combustibile in miscela che può essere innescata, oltre la quale scarseggia il comburente. Questi due limiti subiscono l'efetto della temperatura, il cui aumento produce un ingrandimento del campo di infammabilità e della pressione, il cui efetto non è sempre esercitato nello stesso senso in quanto è specifco di ogni miscela.

Tabella 2.6. Limiti di infammabilità di alcuni gas e vapori,tratti da Crowl, Louvar- Chemical process safety : fundamentals with applications, 2nd ed, Prentice Hall PTR, 2002

SOSTANZA

CAMPO DI INFIAMMABILITA'

Limite inferiore (% in

Vol) ^{Limite superiore (% in} Vol)

Idrogeno 4 75

Metano 5 15

2.2 I principi della combustione n-Esano 1,1 7,5 Benzina 1,7 7,6 Toluene 1,2 7,1 Metanolo 6,7 36 Etanolo 3,3 19

Quando il combustibile è una miscela a più componenti, i limiti di infammabilità si calcolano, attraverso criteri di additività, a partire da quelli dei singoli composti, attraverso, ad esempio, la relazione empirica di Le Chatelier, nota come una “legge della miscela”. Tale relazione si basa sull'assunzione che una miscela omogenea di “miscele limite” sia essa stessa una miscela limite. I risultati basati sul criterio di addittività vanno considerati con estrema prudenza, in particolar modo se in presenza di composti con diverse strutture chimiche, che tendono a reagire diferentemente e ad infuenzarsi a vicenda. Esistono altre relazioni empiriche, cui sono sempre da preferire dati sperimentali, se presenti, per calcolare gli efetti di temperatura e pressione sui limiti e la loro stima a partire dalla concentrazione stechiometrica in aria. La temperatura, agendo su tensione di vapore, velocità di reazione, sui limiti di infammabilità, sulla velocità di propagazione della famma, infuenza notevolmente le caratteristiche di infammabilità di gas e vapori. In generale, un aumento della temperatura produce un allargamento della zona di infammabilità, con particolare efetto sul limite superiore. Questo ampliamento si traduce nella necessità di introdurre una maggior quantità di inerte per riuscire a rendere la miscela non infammabile. Non solo la temperatura, anche la pressione è in grado di provocare delle variazioni al campo di infammabilità, ma meno marcate e con un efetto non semplice da identifcare, in quanto non esercitato sempre nello

2.2 I principi della combustione

stesso senso e specifco di ciascuna miscela. In generale comunque una diminuzione della pressione si traduce in una riduzione del campo di infammabilità, solo nel caso di variazioni apprezzabili di pressione.

Un altro parametro importante è la concentrazione minima di ossigeno (in %) che permette la propagazione della famma, di questo esistono dati tabulati, come da tabella a seguito.

Tabella 2.7. Valori di concentrazione minima di ossigeno, tratti da Crowl, Louvar- Chemical process safety : fundamentals with applications, 2nd ed, Prentice Hall PTR, 2002

2.2 I principi della combustione

Le relazioni tra i limiti di infammabilità e le proprietà di gas e vapori sono riassunte nella Figura 2.8.

Figura 2.8. Relazioni tra le proprietà infammabili di gas e vapori, tratte da Crowl, Louvar- Chemical process safety : fundamentals with applications, 2nd ed, Prentice Hall PTR, 2002

Tra le proprietà di infammabilità di gas e vapori è indicato, in Figura 2.8, un ulteriore parametro, la Temperatura di Autoignizione.

Questa, in generale, viene defnita come la minima temperatura alla quale una sostanza ( solido, liquido, gas che sia) inizia a bruciare spontaneamente in presenza di ossigeno, senza sorgente esterna di innesco: la temperatura stessa costituisce innesco efcace per la combustione. Si parla comunque di spontaneità ma non di istantaneità, esiste infatti un periodo di tempo più o meno breve defnito “periodo di

2.2 I principi della combustione

induzione” o “ritardo all'accensione” , che varia a seconda della miscela e della temperatura, solitamente aumenta mano a mano che la temperatura si avvicina a quella di autoaccensione. E' possibile per esempio esporre una miscela metano-aria, caratterizzata da una temperatura di ignizione di 580°C ad un getto di gas a temperatura superiore, purchè per brevissimo tempo.

Va sottolineato che tale temperatura non può essere considerata un valore fondamentale perchè è legata al sistema nel quale viene misurata e risente degli stessi fattori che infuenzano la velocità di reazione in fase gassosa:

◦ Volume del reattore e sua geometria, in particolare il rapporto superfcie/ volume;

◦

Presenza di inerti ( N₂, CO₂, vapore d'acqua...);

◦ Pressione;

◦ Presenza di additivi ( inibitori o promotori); ◦ Stato fsico del combustibile ( nebbia, vapore); ◦ Fiamme fredde;

◦ Ritardo all’accensione;

2.2 I principi della combustione

Giusto a titolo informativo, la seguente Tabella, che riporta tra i diferenti valori presenti in letteratura, quelli più conservativi.

Tabella 2.7. Valori indicativi di Temperatura di autoignizione per sostanze signifcative

SOSTANZA TEMP. AUTOIGNIZIONE (°C)

( valore indicativo) Metano 537 Benzina 246 Idrogeno 570 Esano 220 Carta 230 Legno 220-250 Gomma sintetica 300 Lana 205

Classifcazione dei gas infammabili

E' possibile classifcare i gas infammabili a seconda della modalità di stoccaggio.

Gas compressi: sono conservati allo stato gassoso ad una pressione superiore a

quella atmosferica, in bombole, vedi per esempio idrogeno, metano,

monossido di carbonio.

2.2 I principi della combustione

Tabella 2.8. Pressione di stoccaggio di alcuni gas compressi, tratta da presentazione di Paduano, “Il rischio incendio”

GAS PRESSIONE DI STOCCAGGIO

( bar) valori indicativi idrogeno 250 ossigeno 250 aria 250 metano 300 CO₂ 20

Gas liquefatti: sono gas che a temperatura ambiente, con piccole pressioni

vengono liquefatti, solitamente sono idocarburi e loro miscele, con il

vantaggio di un grande risparmio di spazio, si parla di un rapporto

quasi 1/800, cioè da 1 litro di gas allo stato liquido, se ne ottengono 800 allo

stato gassoso. Esempi di questi gas sono sicuramente il propano, l'ammoniaca,

il cloro, il GPL;

Gas disciolti: sono conservati allo stato gassoso, sciolti dentro un liquido, ad

una determinata pressione, vedi per esempio l'acetilene;

Gas refrigerati: sono gas liquefatti a basse temperature, questo permette di

conservarli a pressioni parecchio inferiori rispetto ai gas compressi, vedi per esempio l'azoto liquido, la cui pressione è assimilabile a quella atmosferica.

2.2 I principi della combustione