2. Procesi nekontrolisanog
sagorevanja i gašenja u
termodinamičkom sistemu
• Požar je svaki proces nekontrolisanog
sagorevanja, koji se dešava mimo volje i želje
ljudi. Požari dovode do ogromnih materijalnih
šteta i čestih gubitaka ljudskih života. Pored toga
oni ugožavaju i životnu sredinu.
• Nastanak, razvoj i prekid procesa
nekontrolisanog sagorevanja u realnim uslovima
je izuzetno složen i praćen je čitavim nizom
fizičko-hemijskih procesa istovremeno ili
sukcesivno.
3. Samo mesto požara u termodinamičkom smislu može
se posmatrati kao termodinamički sistem.
• Termodinamički sistem je deo prostora koji je izdvojen
pri posmatranju tako da sve što nije njim obuhvaćeno
predstavlja okolinu. Posmatranjem interakcije između
termodinamičkog sistema i okoline u smislu razmene
energije i mase, termodinamički sistem može da bude:
– otvoren, pri čemu razmenjuje i energiju i masu sa
okolinom,
– zatvoren, razmenjuje samo energiju dok masa u
sistemu ostaje ista i
– izolovan kada nema razmene ni energije ni mase sa
okolinom.
4. Jasno je da se mesto požara
svrstava u otvoren
termodinamički sistem i
nikakvim pojednostavljenjima ne
može se svrstati u druga dva
sistema, što njegovo proučavanje
čini veoma složenim.
5. Kada je reč o razmeni energije, treba
se podsetiti na prostu definiciju
energije, koja kaže da je energija
sposobnost tela da vrši rad.
Pri tom se ne sme zaboraviti da je
energija svojstvo materije i da se
ispoljava u različitim i neprekidnim
makroskopskim i mikroskopskim
promenama stanja tela, odnosno
njegovih sićušnih čestica.
6. Neke promene su vidljive, neke se mogu
konstatovati samo preciznim merenjima i
komplikovanim teorijskim analizama, a
mnoge se mogu samo pretpostaviti, jer
ljudsko saznanje još nije stiglo do nivoa da
sve prirodne pojave praktično prikaže i
teorijski objasni. U svakodnevnom životu
najuočljivija je mehanička energija. Nju
vidimo posmatrajući: kamen kad pada,
automobile koji se kreću, vratilo koje se
obrće...
7. Pored kretanja spoljašnjih vidljivih tela,
prema molekularno – kinetičkoj teoriji
poznata su i kretanja unutar tela, koje vrše
molekuli i atomi, kao i sile koje deluju
između molekula. Spoljašnji odraz
kretanja molekula i atoma je prema
molekularno – kinetičkoj teoriji,
temperatura tela. Ukoliko je to unutrašnje
kretanje življe i temperatura je viša.
Zapravo to unutrašnje kretanje
ispoljava se u obliku toplotne energije.
8. Oba navedena oblika energije, mehanička
i toplotna, odraz su kretanja, prvi
spoljašnjeg, vidljivog kretanja i drugi
unutrašnjeg, nevidljivog kratanja. I drugi
oblici energije: električna, hemijska,
nuklearna... jesu odraz odgovarajuće vrste
kretanja. Sve oblike energije globalno
možemo da podelimo na potencijalnu i
kinetičku energiju. Potencijalna energija
ispoljava se u mogućnosti da se tela
kreću: voda sakupljena u jezeru na nekoj
visini, hemijska energija gorivih
materijala, vodena para pod pritiskom u
cilindru itd.
9. Kinetička energija ispoljava se u samom
kretanju: voda kad teče, molekuli kad se
kreću... Potencijalna energija je
mogućnost kretanja, a kinetička samo
kretanje (mogućnost kretanja pretvara se
u samo kretanje). Osobinu pretvaranja
jednog oblika energije u drugi imaju svi
oblici energije: električna energija može da
se u sijalici pretvori u svetlosnu ili npr. u
grejalici u toplotnu, hemijska energija
gorivih materijala može da se pretvori u
toplotnu i mehaničku energiju gasovitih
produkata sagorevanja...
10. Na osnovu ovog utvrđeno je da se energija
ne može ni proizvesti niti uništiti, već da
samo može da prelazi iz jednog oblika u
drugi. Svako radno telo, telo koje
posmatramo u termodinamičkom i fizičko –
hemijskom smislu ima svoju unutrašnju
energiju. Ta unutrašnja energija se kod
većine tela manifestuje kao toplotna
energija nastala usled kretanja molekula i
atoma unutar tela. Kod nekih radnih tela
kao što su goriva i gorivi materijali
unutrašnja energija može da se
manifestuje kao hemijska reakcija, a kod
radioaktivnih kao nuklearna reakcija.
11. Ukupna unutrašnja energija tela (radnog tela ili radnog sistema) može da se napiše kao:
J
u
u
u
u n
h
t
gde je:
- t
u [J] - unutrašnja toplotnaenergija,
- h
u [J] - unutrašnja hemijska energija i
- n
u [J] - unutrašnja nuklearna energija.
12. Od pojma unutrašnja energija treba razlikovati
pojam količina toplote. Unutrašnja energija je
veličina stanja tela, dok se količina toplote
odnosi na promenu kojoj se radno telo ili
sistem izlaže pri prelazu iz jednog
unutrašnjeg energetskog stanja u drugo .
Količina toplote kao termodinamička veličina
zavisi od mnogih činilaca kao što su pritisak,
temperatura i specifična zapremina, ali i od
načina odvijanja procesa, pa ona nije veličina
stanja.
13. U termodinamici, sva stanja radnih tela ili
sistema definisana su pomoću jednačina stanja
koje se odnose na ravnotežna stanja. Na primer,
ako je radno telo neki gas, ravnotežno stanje je
takvo stanje u kom gas po čitavoj zapremini ima
jednak pritisak i temperaturu. Neravnotežno
stanje je stanje u kom gas po čitavoj zapremini
nema jednak pritisak i temperaturu. Na
neravnotežna stanja, a takva su stanja pri
procesima nekontrolisanog sagorevanja i
gašenja, ne mogu se primeniti jednačine
klasične termodinamike.
14. • Pri nekontrolisanom sagorevanju, požaru,
toplota se prenosi sa višeg izvora toplote,
gorive materijena na niži izvor toplote,
okolinu, atmosferski vazduh, vodu...
• Požar je pravi nepovratni proces
otvorenog termodinamičkog sistma i
nikakvim aproksimacijama nemože se
povezati sa povratnim.
15. • Pri pretvaranju jednog oblika energije u
dugi oblik, deo energije koji pređe iz
jednog oblika u drugi nazivamo
eksergijom, a deo koji se nepovratno gubi
tj. predaje okolini naziva se anergijom.
Eksergija je korisan oblik energije, anergija
nekorisan oblik energije.
• energija eksergija + anergija
16. • U termodinamičkom smislu toplotna energija koja
se iskoristi naziva se eksergija, a deo koji se ne
iskoristi anergija.
• Pri požaru hemijski vezana energija u gorivoj
materiji prelazi u toplotnu, koja jednim delom vrši
nekorisan rad, a drugim delom se predaje okolini
pa se može smatrati da celokupna hemijski
vezana energija u gorivoj materiji prelazi u
anergiju.
• Požar je pravi nepovratni i nestacionarni
proces otvorenog termodinamičkog sistema
pri kom se sva dobijena energija pretvara u
anergiju.
17. 3.2. Vrste požara
• Izbor sredstava za gašenje požara, odnosno
mehanizma gašenja zavisi od vrste požara.
• U zavisnosti od niza uticajnih faktora požare
možemo podeliti prema:
– vrsti gorive materije,
– mestu nastanka,
– veličini i obimu i
– fazi razvoja.
18. Podela prema vrsti gorive
materije
• Prema vrsti gorive materije, kao što je
već rečeno u prethodnom poglavlju,
požare možemo razvrstati na požare klase
A, B, C, D i F (požare čvrstih, tečnih,
gasovitih materija, požare metala i ulja i
masti u kuhinjama).
• Sam proces sagorevanja: čvrstih, tečnih i
gasovitih materijala se razlikuje, pa će se
samim tim razlikovati i proces gašenja.
19. Sagorevanje čvrstih gorivih materijala
Proces sagorevanja čvrstih gorivih
materijala odvija se kroz sledeće faze:
– fazu zagrevanja,
– fazu sušenja (isparavanja vlage prisutne u
materijalu),
– fazu obrazovanja i sagorevanja volatila i
– sagorevanje koksnog ostatka.
20. Bez obzira da li se oni odvijaju sukcesivno ili
istovremeno, vreme trajanja ovih procesa je
kratko i u znatnoj meri zavisi od temperature.
Viša temperatura uslovljava kraće vreme
sušenja i devolatizacije. Tokom procesa
devolatizacije dolazi do isparavanja gorivih,
isparljivih jedinjenjka i do njihove termičke
destrukcije. Proces sagorevanja volatila odvija
se u fazi: gas (volatili) – gas (vazduh), pa ovaj
proces pripada homogenim reakcijama
sagorevanja. Sagorevanje koksnog ostatka
odvija se u dvofaznom sistemu: čvrsta faza
(koksni ostatak) – gas (vazduh), pa pripada
heterogenom sagorevanju (sagorevanje sa
žarom).
21. Sagorevanje tečnih gorivih materijala
Sagorevanje tečnih gorivih materijala,
najčešće se odvija kao homogena
hemijska reakcija sagorevanja jer gorivi
materijal najpre ispari i onda u smeši sa
vazduhom sagoreva. U retkim slučajevima
sagorevaju kapi tečnog goriva u smeči sa
vazduhom pa je onda upitanju heterogena
hemijska reakcija sagorevanja.
23. Bezobzira na vrstu sagorljive materije,
sagorevanje počinje u gasnoj fazi,
odvija se kroz niz međuprocesa
hemijskih reakcija i završava kada
nema više komponenata sposobnih za
dalju transformaciju.
Sagorevanjem se sva, ili veći deo
hemijski vezane energije gorive
materije transformiše u toplotnu
energiju.
24. Podela prema mestu nastanka
Prema mestu nastanka, požari mogu da budu na
otvorenom i zatvorenom prostoru. U požare na
otvorenom prostoru svrstavaju se požari šuma, poljski
požari, požari otvorenih skladišta itd. Pod požarima u
zatvorenom prostoru smatraju se najčešće požari u
zgradama, proizvodnim halama, u jednoj ili više
prostorija ili u šupljinama konstrukcije zgrada. Požari u
rudnicima, tunelima i drugim oknima su požari zatvorenih
prostora, ali pod određenim uslovima usled ekspolozije i
rušenja, mogu da postanu požari otvorenih prostora.
Razvoj požara otvorenih i zatvorenih prostora je potpuno
različit, pa će i mehanizmi gašenja biti različiti.
25. Podela prema veličini požara
• Prema veličini požari mogu da budu
mali, srednji, veliki, blokovski i požarne
oluje.
26. Mali požari
Malim požarima smatraju se požari u
slučajevima kada je vatrom zahvaćena
manja količina gorive materije, odnosno
pojedini predmeti ili manje površine.
Ukoliko se odmah pristupi gašenju ovakvih
požara ručnim aparatima za gašenje
požara, vodom, peskom, zemljom ili nekim
prekrivačem oni se mogu brzo lokalizovati
i eliminisati.
27. Srednj požari
Srednjim požarom smatraju se oni požari kod
kojih je vatrom zahvaćena jedna ili više
prostorija sa većim požarnim opterećenjem.
Ovde spadaju i požari na otvorenom koji su
ograničeni na manji prostorni obim.
Požarno opterećenje
Požarno opterećenje je definisano standardom.
Ovim standardom određuju se tri grupe
specifičnih požarnih opterećenja:
– nisko požarno opterećenje do 1 GJ/m2,
– srednje požarno opterećenje do 2 GJ/m2i
– visoko požarno opterećenje preko 2 GJ/m2.
28. Veliki požari
Velikim požarom smatraju se požari kod
kojih je vatrom zahvaćena goriva materija
na čitavom spratu, krovu zgrade, većem
delu podrumskog prostora ili čitavom
objektu. Na otvorenom to su požari koji
zahvataju veće površine i veće količine
gorivog materijala. Kod ove vrste požara
ugrožena je i bliža okolina.
29. Blokovski požari
Blokovskim požarima smatraju se požari
koji zahvataju čitave blokove zgrada,
delove naselja ili velike komplekse
otvorenih skladišta gorivih materijala.
Ovde se svrstavaju i veliki šumski požari,
poljski požari i požari u rafinerijama, ma da
nemaju karakteristike blokovskih požara.
30. Požarna oluja
Požarna oluja je fenomen koji može da se javi prilikom
prenošenja velikih blokovskih požara, odnosno kada je
požarom zahvaćeno više od 70% objekata u gusto
naseljenom naselju i kada su vremenski uslovi pogodni
za razvoj požara, bez vetra i kiše. U centru takvog
požara temperature dostižu preko 1000 0C, usled čega
dolazi do brzog strujanja produkata sagorevanja i
vazduha naviše. Usled strujanja i intezivnog trošenja
kiseonika u centru požara stvara se potpritisak. Usled
stvorenog podpritiska spoljašnji vazduh se usisava i
naglo prodire ka centru požara. Brzina strujanja ovog
vazduha može da bude i 200 km/h. U situacijama pojave
ovog fenomena intervencije gašenja se obustavljaju dok
se požar ne stiša.
31. Faze razvoja požara
Posmatrajući fazu razvoja požara,
požari mogu da se izdiferenciraju u tri
faze:
– fazu razvoja,
– razbuktavanja i
– dogorevanja.
32. Faza razvoja
Za prvu fazu, fazu razvoja, karakterističan
je mali intenzitet, relativno niska
temperatura i mali prostor zahvaćen
požarom. U ovoj početnoj fazi,
sagorevanje je nepotpuno sa većom
količinom dima, čađi i toksičnim,
nepotpunim gasovitim produktima
sagorevanja.
33. Faza razbuktavanja
Sledeću, razbuktalu fazu karakteriše
sagorevanje 80% i više gorivog materijala,
postizanje maksimalnih temperatura
sagorevanja i mogućnost širenja požara
na okolne objekte i površine.
34. Dogorevanje
Treća faza dogorevanja nastupa posle
sagorevanja većeg dela gorivog
materijala, karakteriše je opadanje
temperature i postepeno gašenje požara.
Za ovu fazu su opasna mesta sagorevanja
bez plamena, sa žarom, jer usled
akumulacije toplote na tim mestima postoji
mogućnost ponovnog rasplamsavanja
požara ako u okolini ima još gorivog
materijala.
35. Izbor procesa, odnosno mehanizma
gašenja požara i izbor sredstava za
gašenje zavise od:
– vrste gorive materije,
– mesta nastanka požara,
– veličine i njegovog obima, kao i
– faze razvoja.
36. 3.3. Procesi gašenja
Postupci gašenja, koje prate fizički, hemijski, termički i
strujni procesi, su u odnosu na proces sagorevanja još
složeniji. Zbog toga je preporučljivo da se proces
gašenja raščlani na pojedinačne efekte i podefekte
gašenja.
Raščlanjivanjem procesa gašenja postiže se
diferencijacija kompleksnog procesa gašenja, a sa druge
strane omogućuje se funkcionalna podela sredstava za
gašenje. Pri tome mora se imati u vidu da nijedno
sredstvo za gašenje nema samo jedan efekt gašenja,
pogotovu ne samo jedan podefekt.
37. Procesi gašenja
Ovde će mo procese gašenja podeliti na
proces gašenja:
–hlađenjem,
–ugušivanjem i
–inhibicijom (antikatalizom).
Svaki od ovih procesa ima svoje podefekte.
41. 3.3.1. Gašenje hlađenjem
Po osnovu načina prostiranja toplote pri
nekontrolisanim procesima sagorevanja,
toplota se prostire na okolinu i okolna tela:
– provođenjem ili kondukcijom,
– strujanjem ili konvekcijom i
– zračenjem ili radijacijom,
– dok jedan manji deo toplote ostaje u zgarištu
kao toplotni sadržaj zgarišta.
42. Najveći deo razvijene toplote se kod
požara sa plamenom prostire radijacijom,
manji konvekcijom dok je kondukcija skoro
zanemarljiva.
Znači toplota se od mesta požara
najvećim delom odvodi zračenjem i
konvekcijom, dok se jedan manji deo
toplote od 15 do 20 %, u zavisnosti od
vrste gorive materije, troši na njeno
zagrevanje odnosno na dalje odvijanje
procesa sagorevanja.
43. • Kolličina toplote koju treba oduzeti od požara,
da bi se proces sagorevanja zaustavio, je
maksimalno 1/5 od ukupno sagorevanjem
razvijene količine toplote.
• Razlika Q-Q1 predstavlja količinu toplote koja
se izrači tokom požara ili odvede gasovitim
produktima sagorevanja.
• Sredstvo za gašenje požara efektom hlađenja
treba da za svoje zagrevanje i isparavanje
utroši količinu toplote Q1, kako bi se požar
eliminisao.
44. Gašenje hlađenjem
Gašenje hlađenjem vrši se neposrednim
dejstvom sredstava za gašenje na samo žarište
požara. Hlađenjem, odnosno odvođenjem
toplote iz zone sagorevanja smanjuje se
temperatura, a time i brzina sagorevanja. Uticaj
temperature na brzinu sagorevanja je veliki.
Smanjenjem temperature za 10 0C brzina
sagorevanja se smanji od dva do tri puta.
Smanjenjm temperature za 100 0C brzina se
smanji 1000 puta. Smanjenjm temperature ispod
temperature paljenja sagorevanje se prekida.
45. Gašenje hlađenjem
Od svih sredstava za gašenje voda ima najveću
sposobnost hlađenja. Druga sredstva za
gašenje kao CO2 i prah imaju efekat hlađenja
kao sporedni evekat.
Proces hlađenja se sastoji od nekoliko
podprocesa (podefekata) gašenja:
– isparavanje,
– sublimacija,
– razlaganje i
– izjednašavanje.
46. Agregatna stanja
Agregatno stanje, ili faza, je stanje
materije opisano svojstvima koja zavise od
temperature i pritiska. Klasična fizika
poznaje tri agregatna stanja:
– čvrsto,
– tečno i
– gasovito agregatno stanje,
47. • Prelaz iz jednog u drugo agregatno stanje, iz
jedne u drugu fazu, naziva se fazni prelaz. Fazni
prelaz je isključivo fizički proces bez hemijskih
reakcija. Većina supstanci zagrevanjem prelazi
iz čvrstog u tečno agregatno stanje.
Temperatura prelaska iz čvrstog u tečno
agregatno stanje naziva se temperatura
topljenja. Daljim zagrevanjem tečnosti doći će
do prelaska u gasovito stanje, a odgovarajuću
temperaturu nazivamo temperaturom
isparavanja.
• Neke supstance direktno iz čvrste prelaze u
gasovitu fazu, tj. nepostoje u tečnom stanju,
procesom sublimacije.
48. Tela u čvrstom stanju mogu da budu kristalna i
amorfna. U kristalnim telima atomi su pravilno
raspoređeni u prostoru i osciluju oko svog
ravnotežnog položaja. U amorfnim telima čestice
isto osciluju oko ravnotežnog položaja ali je
njihov prostorni raspored neuređen. U tečnom
stanju je raspored čestica kao kod amorfnih, one
osciluju s tim što se i translatorno kreću. Pri tom
čestice tečnosti razmenjuju položaje, ali su
privlačne sile dovoljno velike u odnosu na
njihovu toplotnu energiju da ih drže na bliskom
rastojanju. Otuda tečnosti imaju konstantnu
zapreminu, ali ne i oblik.
49. Osim ovih agregatnih stanja koje
susrećemo u svekodnevnom životu i čija
svojstva su nam dobro poznata, danas
savremena fizika definiše još tri agregatna
stanja:
– plazma,
– tečni krustali i
– superfluid (supertečnost).
50. Na ekstremno visokim temperaturama sve materije
prelaze u jonozujuće stanje, plazma stanje.
Tečni kristali su oni kako im ime kaže: tečnosti sa
kristalnom rešetkom. Kod tečne faze molekuli se kreću u
prostoru i međusobno menjaju svoja usmerenja, jedan u
odnosu na drugi. Tečni kristali se u prostoru kreću kao
tečnosti, ali mećusobno molekuli zadržavaju svoja
usmerenja. Ovakve supstance lako reaguju na toplotu,
zagrevanjem postaju obične tečnosti. Tečni kristali na
specifičan način reaguju na električnu struju i svetlost,
propučtaju ih u pravcu u kom stepen zakrenutosti tečnog
kristala to dopušta. Danas, tečni kristali imaju široku
primenu u savremenoj hemijskoj industriji, zahvaljujući
njima postoje mobilni telefoni i LCD monitori.
51. • Superfluid je agregatno stanje koje se javlja kod
nekih hemijskih elemenata i jedinjenja kada se
oni rashlade ne temperaturu od 2 do 5 K. Za njih
je karakteristično da su u tom stanju sa
ekstremno niskim viskozitetom i velikim
koeficijentom provođenja toplote (λ ).
• Primer superfluida je izotop helijuma He-3.
Naime helijum ima dva izotopa He-3 i He-4. Kad
se rashlade na oko 4 K, kod He-3 gubi se
unutrašnji otpor između atoma i He-3 postaje
superprfluid sa magnetnim osobinama. Hemijski
elementi i jedinjenja sa ovom osobinom koriste
se u savremenoj medicini kod magnetne
rezonance, u nuklearnoj fizici u akceleratorima
čestica i specijalnim električnim generatorima
umesto bakarne žice.
52. Isparavanje
Proces isparavanja javlja se pri prelasku tečnosti u parno
stanje, tj. pri promeni agregatnog stanja. Sredstvo za
gašenje uzima potrebnu kolišinu toplote za isparavanje
od materijala koji gori. Najefikasnije sredstvo za gašenje
efektom hlđenja, podefektom isparavanja, je voda.
Oduzimanjem toplote smanjuje se temperatura, brzina
sagorevanja i dolazi do prekida procesa sagorevanja. Da
bi se 1 kg vode zagrejao za 1 0C potrbna je količina
toplote od 4,186 kJ, a da bi 1 kg vode prešao iz tečne u
parnu fazu potrebna je količina toplote od 2247,39 kJ. Pri
prelasku iz tečnog u parno stanje od 1 kg vode dobija se
1 700 dm3 vodene pare. Za promenu zapremine vode
utroši se 7,5%, a za promenu unutrašnje energije 92,5 %
od 2247,39 kJ latentne toplote isparavanja vode ili
entalpije isparavanja.
53. Sublimacija
Sublimacija je prelazak supstance iz čvrstog u
gasovito agregatno stanje bez tečnog
međustanja. Sublimacija je (u fizici) jedan od
faznih prelaza.
Pri normalnom pritisku, supstance se, na
različitim temperaturama, nalaze u jednom od tri
stanja. Pritom, prelazak iz čvrstog u gasovito
stanje zahteva tečno međustanje. Kod
sublimacije se ono ne javlja. Supstance koje
lako sublimuju po pravilu imaju visok napon pare
i pri normalnim uslovima.
54. Sublimacija
Neke supstance sublimuju pri normalnim
uslovima. Primeri za to su jod i ugljendioksid
(suvi led - CO2 u čvrstom stanju - prelazi u gas
bez topljenja). Voda sublimuje tj. iz čvrstog
agregatnog stanja, iz faze leda, prelazi u
gasovito agregatno stanje, u fazu vodene pare,
bez otapanja u vodu, samo u određenim
klimatskim zonama koje karakterišu niske
temperature, jaki vetrovi, intenzivna Sunčeva
svetlost i veoma nizak vazdušni pritisak (npr.
južna strana Mt. Everesta). Za sublimaciju, kao i
za isparavanje potrebna je toplotna energija,
koju meterija koja sublimuje uzima od okoline.
Najbolji način za vizualizaciju sublimacije je
zamrznuti CO2, kao što se može videti na slici:
55. Sublimacija
Pri gašenju požara upotrebom CO2, kao
sredstva za gašenje požara, prisutan je proces
sublimacije kao jedan od podefekata gašenja,
pri čemu CO2 u fazi leda (snega) za prelazak u
gasovitu fazu potrebnu količinu toplote uzima od
zapaljene materije.
56. Razlaganje
Neke hemijske reakcije odigravaju se sa
promenom hemijskog sastava i sa određenim
toplotnim efektom, pri čemu može da se energija
otpušta ili vezuje. Ukoliko se prilikom reakcije
troši ili oslobađa toplota onda se govori o
termohemijskim reakcijama. Količina toplote koja
se u toku hemijske reakcije oslobađa ili vezuje
naziva se toplota reakcije.
• Hemijske reakcije koje se odigravaju
oslobađanjem toplote nazivaju se egzotermne
reakcije.
• Hemijske reakcije koje se odigravaju sa
vezivanjem toplote nazivaju se endotermne
reakcije.
57. Proces razlaganja
Proces razlaganja javlja se na visokim
temperaturama kad sredstvo za gašenje
pretrpi neke endotemne hemijske reakcije,
pri čemu za odvijanje procesa koristi
toplotu koju oduzme od materije koja gori,
što za posledicu ima snižavanje
temperature u zoni sagorevanja.
59. Izjednačavanje
Proces izjednačavanja moguć je samo pri
gašenju požara tečnih zapaljivih materija.
Pri sagorevanju npr. ulja na površini su
visoke temperature. Od gornje površine ka
dnu temperatura naglo opada. Efekat
izjednašavanja postiže se procesom
intenzivnog mešanja tečnosti pri čemu se
temeratura gornjeg sloja smanjuje ispod
temperature paljenja. Ovaj efekat gašenja
moguće je postići samo kod tečnosti sa
visokom temperaturom paljenja.
60. 3.3.2. Gašenje zagušivanjem
Proces sagorevanja uslovljen je tačnim količinskim
odnosom zapaljive materije i kiseonika. Na pr:
0
2
2 2
2
2 H
O
H
2 : 1 zapreminski odnos, a pošto je
2
2
2
2
32
16
2
2
1
2
O
O
H
H
mol
kg
M
mol
kg
M
4 : 32 maseni odnos, odnosno /: 4
1 : 8 maseni odnos
61. Proces zagušivanja
Proces zagušivanja zasniva se na
smanjenju odnosa zapaljiva materija i
kiseonik, a sastoji se od sledećih
podefekata:
– odvajanja,
– razredenja i
– emulzije.
62. Gašenje zagušivanjem
Proces gašenja zagušivanjem povezan je sa
kontaktom gorivi materijal i oksidans, pri čemu je
oksidans najčešće kiseonik prisutan u vazduhu.
Razdvajanjem ova dva reaktanta, gorivog
materijala i vazduha, ili smanjenjem procenta
kiseonika u zoni sagorevanja ispod minimalne
količine potrebne za sagorevanje proces gorenja
se prekida. Koji od podefekata će biti primenjen
zavisi od vrste gorivog materijala, odnosno od
klase požara.
63. Podefekt odvajanja
Efekt ugušivanja, podefekt odvajanja ili
prekrivanja sastoji se od odvajanja parne od
tečne faze neke materije u procesu gorenja.
Primenjuje se uglavnom pri gašenju požara
zapaljivih tečnosti i čvrstih materija koje
sublimiraju, odnosno čijim zagrevanjem se
formiraju volatili. Izolacija tih dveju faza (tečne ili
čvrste od parne) sprovodi se pomoću sredstva
za gašenje kao što su vazdušna i hemijska
pena. U početnoj fazi nastanka požara kao
sredstva za gašenje često mogu da posluže i
razna ćebad, pesak, zemlja i slično.
64. Osim što deluje rashlađujuće na površinu
zapaljive tečnosti ili neke druge čvrste materije,
pena ima sposobnost rasprostiranja po površini i
pokrivanja tih površina, a na taj način gorivi
materijal odvaja od parne faze koja ustvari i gori.
Kada u požaru izgori parna faza, požar se
prekida (ugasi) jer izolujući sloj sredstava za
gašenje svojom kompaktnošću, čvrstoćom i
otporom sprečava nastajanje i ulazak novih
volatila u zonu požara. Ova metoda gašenja
požara ima široku primenu na požarima klase
ײBײ, a može se primeniti i na manjim požarima
klase ײAײ. Primenom ove metode gašenja troše
se znatne količine sredstava za gašenje, ali se
istovremeno veoma uspešno sprečava
“obnavljanje i povratak“ požara.
65. Podefekt razređivanja (inertizacije)
Efekat ugušivanja, podefekt razređivanja, sastoji
se u smanjenju koncentracije kiseonika u
vazduhu koji ulazi u zonu reakcije (žarište).
Posmatrajući sastav vazduha u kom dominira
azot (N2) sa 78%, te kiseonik (O2) sa 21% dok
1% pripada ostalim gasovima.
Uvođenjem u zonu reakcije na primer azota ili
ugnjendioksida (CO2) smanjuje se koncentracija
kiseonika na 15 %, što izaziva prekid gorenja za
većinu zapaljivih materija i zuzev materija koje u
svom sastavu imaju kiseonik za održavanje
gorenja.
66. Kada se u praksi gašenje sprovodi
azotom, ugljen-dioksidom, vodenom
parom ili nekim drugim inertnim gasom,
ovaj efekat se naziva i inertizacija. Treba
napomenuti da se ovaj postupak
prekidanja gorenja koristi uglavnom u
zatvorenim prostorima, ali i tada treba
voditi računa da se posle faze razvijenog
požara preostala goriva materija može
nalaziti u stanju visoke zagrijanosti i da se,
posle dosta dugog perioda, kada dođe do
priliva svežeg vazduha može obnoviti
plameno gorenje iz žara ili vrelih para
zapaljivih tečnosti.
67. Takođe ovaj postupak prekidanja gorenja
koristi se za gašenje početnih požara svih
klasa, veoma uspešno, posebno iz razloga
što goriva materija i okolina nije dovoljno
zagrejana i ne preti opasnost od
obnovljenog gorenja. Kako se ubacivanje
inertnih materija vrši obično u velikoj
količini postiže se brzo smanjenje
koncentracije kiseonika, ali i snižavanje
temperature žarišta jer je sredstvo za
gašenje na znatno nižem temperaturnom
nivou od zapaljenog gorivog materijala, pa
usled razmene toplote dolazi do
snižavanja temperature, što zajedno
dovodi do relativno brzog gašenja.
68. Efekat emulzije
Emulzija je smeša dve tečnosti koje se ne
rastvaraju jedna u drugoj, pri čemu je jedna od
ove dve tečnosti raspoređena u obliku kapi u
drugoj. Tečnost koja je prisutna u obliku kapi
naziva se disperzna faza, dok se tečnost u kojoj
su kapi raspoređene naziva kontinualna faza.
Emulzija se zato definiše kao dvokomponentni
sistem. Emulzije mogu da se podele u dve
grupe:
– emulzije tipa ulje u vodi i
– emulzije tipa voda u ulju.
69. Emulzija
Primeri emulzija u svakodnevnom životu su
mnogi prehrambeni proizvodi (majonez, maslac,
mleko, margarin, čokolada), razne vrste
kozmetičkih preparata, neke vakcine i medicinski
preparati, boje i lakovi, nafta, itd. Proces
dobijanja emulzija naziva se emulgovanje.
Sredstva za emulgovanje olakšavaju dobijanje
emulzija i povećavaju njihovu stabilnost.
Najčešće korišćena sredstva za emulgovanje su
emulgatori i stabilizatori.
70. Efekat emulzije
Efekat emulzije javlja se pri gašenju zapaljenih ulja
prahom. Na visokim temperaturama dolazi do razlaganja
praha pri čemu se dobija H2O, CO2 i NaCO3. H2O i
NaCO3 sa uljima stvaraju emulziju čije dejstvo se svodi
na proces odvajanja gasne od tečne faze.
Gašenje požara efektom emulzije javlja se kao sporedni
efekat nenamerno izazvan. Pokušaj gašenja požara
zapaljivih tečnost ovim efektom, ubacivanjem vode pod
pritiskom može da bude veoma opasan jer nekad se kap
emulzije stvori sa opnom od vode (tip A), kada se
postiže efekat gašenja, a nekad je opna zapaljiva
tečnost (tip B), čime se nepostiže odvajanja gorive
materije i kiseonika.
71. Emulzija: A - ulje u vodi i B voda u ulju
Nafta i njeni derivati mogu da formiraju emulzije
mešanjem sa vodom. Proces emulgovanja zavisi
pre svega od vrste prisutnih ugljovodonika i
organskih kiselina. Proces emulgovanja zapaljivih
tečnosti pri gašenju požara ne može da se
primeni zbog mogućnosti stvaranja emulzije voda
u ulju.
72. 3.2.3 Efekat inhibicije
(antikatalitički efekat)
Gašenje požara efektom homogene ili
heterogene inhibicije skopčano je sa
hemijskom kinetikom, odnosno sa
faktorima uticaja na brzinu odvijanja
hemijske reakcije sagorevanja i
uspostavljanja hemijske ravnoteže.
73. Brzina hemijske reakcije je promena
koncentracije reaktanata ili proizvoda
reakcije u jedinici vremena. Kod procesa
sagorevanja označimo reaktante, gorivu
materiju i kiseonik sa A i B, a proizvod
reakcije, produkte sagorevanja sa C i D,
onda sagorevanje kao hemijski proces
možemo da predstavimo jednačinom:
74. A + B → C + D
Matematička interpretacija brzina hemijskih reakcija je za:
- nestajanja reaktanta A sa vremenom t:
s
dm
mol
dt
A
d
vA 3
,
- nestajanja reaktanta B sa vremenom t:
s
dm
mol
dt
B
d
vB 3
,
- nastajanja produkta C sa vremenom t:
s
dm
mol
dt
C
d
vC 3
i
- nastajanja produkta D sa vremenom t:
s
dm
mol
dt
D
d
vD 3
,
dok se brzina hemijske reakcije sagorevanja, tj. promena koncentracije reaktanata i produkata
može prikazati dijagramom na slici.
75. Brzina hemijske reakcije odnosno promena
koncentracije reaktanata i produkata sa vremenom
pri sagorevanju
76. Brzina hemijske reakcije
sagorevanja
Na brzinu hemijske reakcije sagorevanja
utiču:
– priroda reaktanata i produkata,
– temperatura (sa porastom temperature brzina
hemijske reakcije se povećava),
– koncentracija reaktanata,
– dodirna površina između reaktanata i
– prisustvo katalizatora.
77. • Brzina hemijske reakcije sagorevanja
često se iskazuje preko konstante brzine
hemijske reakcije k, koja zavisi od
temperature, pritiska i fizičko – hemijskih
svojstava reaktanata.
• Konstanta brzine hemijske reakcije
• predstavlja učestalost sudara molekula
reaktanata.
78. Molekuli, koji su u gasnoj fazi nalaze se
međusobno na bliskom rastojanju, usled
njihovog neprekidnog kretanja dolazi do
međusobnog sudara molekula. Vreme
između dva sudara je kratko i iznosi oko
10-9 s. Da bi došlo do hemijske reakcije
sagorevanja potrebno je da dođe do
sudara molekula reaktanata i da energija
sudara bude dovoljno velika kako bi se
raskidale postojeće veze i nagradile nove.
Ta energija naziva se energijom aktivacije.
79. Znači da bi došlo do hemijske reakcije
sagorevanja, tj. do nastanka produkata
sagorevanja potrebno je da:
– se čestice reaktanata sudaraju sa pogodnom
orjentacijom i
– da prilikom sudara imaju dovoljnu energiju
aktivacije.
Energija aktivacije, Ea, je minimalna
energija koja je potrebna za početak bilo
koje hemijske reakcije, pa i reakcije
sagorevanja.
81. Sa porastom temperature znatno raste udeo
molekula sa energijom većom od Ea, pa
time raste i brzina hemijske reakcije
82. • Uticaj površine na procese sagorevanja i
gašenja ima značaja samo kod
heterogenih procesa, dok je kod
homogenih ona zanemarljiva. Veća
površina, znači intezivniji prenos mase i
toplote, efikasnije sagorevanje, kada je
upitanju površina reaktanata i efikasnije
gašenje, kada je upitanju dodirna površina
između zapaljivog materijala i sredstva za
gašenje požara.
83. Povećanjem koncentracije reaktanata povećava
se broj efikasnih sudara, pa je i brzina hemijske
reakcije veća. Brzina hemijske reakcije
povećava se srazmerno povećanju
koncentracije reaktanata, za razliku od uticaja
temperature gde je ova zavisnost
eksponencijalna. U suprotnom usled smanjenja
koncentracije reaktanata u toku odvijanja
hemijskog proces, zbog nastajanja produkata,
brzina hemijske reakcije opada sa vremenom.
Hemijska reakcija koja se zaustavi u trenutku
postizanja hemijske ravnoteže zove se povratna
hemijska reakcija i u stanju ravnoteže prisutni su
i reaktanti i produkti hemijske reakcije. Hemijske
reakcije koje idu do kraja zovu se nepovratne
hemijske reakcije, kakav je proces
sagorevanja i kod njih na kraju imamo samo
produkte.
84. Katalizatori
Katalizatori su supstance čije prisustvo u
reakcijama povećava brzinu reakcije, a
antikatalizatori usporavaju brzinu reakcije. I jedni
i drugi deluju u maloj količini, ne učestvuju u
hemijskoj reakciji. Proces u kome katalizatori
deluju na brzinu hemijske reakcije naziva se
kataliza. Postoji homogena kataliza kada su
reaktanti i katalizatori u istoj fazi, istom
agregatnom stanju i heterogena kataliza kada su
u različitim fazama.
85. Retardanti
Brzina rekcije sagorevanja, odnosno gašenja
zavisi i od prisutnosti supstanci koje usporavaju
rekciju, a označavaju se kao inhibitori ili
retardanti ili negativni katalizatori
(antikatalizatori). Dovođenjem supstanci sa
antikatalitičkim dejstvom u zonu sagorevanja
doći će do smanjenja brzine reakcije
sagorevanja, a samim tim i do gašenja. Kod
datog načina prekida procesa sagorevanja treba
razlikovati efekat homogene antikatalize i efekat
heterogene antikatalize.
86. Efekat homogene antikatalize
Homogena antikataliza je reakcija pri kojoj
supstance koje reaguju i sam
antikatalizator imaju isto agregatno stanje i
obrazuju jednorodan gasovit sistem. Sam
antikatalizator ne učestvuje u procesu
sagorevanja, ali njegovo prisustvo
usporava hemijsku reakciju do njenog
zaustavljanja.
87. • Tokom procesa sagorevanja u stupnjevitoj, lančanoj
reakciji obrazuju se slobodni radikali, nosioci hemijske
reakcije sagorevanja, njihovim eliminisanjem ili
usporavanjem brzine i smanjenjem broja njihovih sudara
usporava se proces sagorevanja.
• Slobodni radikali su atomske strukture koje sadrže jedan
elektron bez svog komplementarnog elektrona, naime
tokom lančane reakcije sagorevanja nastaju slobodni
radikali: H, OH, CH3, C2H5... , koji lakše i brže reaguju sa
kiseonikom. S druge strane uvođenjem sredstava za
gašenje požara kao što su haloni, nova hemijska
sredstva za gašenje požara i aerosolnih generatora
dolazi do njihove toplotne destrukcije i stvaranja njihovih
slobodnih radikala kao što su: CH2Cl, CF3, CCl2, CHCl...,
koji ustvari imaju antikatalitičko, tj. inhibitorsko,
usporavajuće dejstvo.. Na ovom se efektu uglavnom
zasniva delovanje halogenih ugljovodonika koji, s
obzirom na svoju građu, u požaru stvaraju radikale koji
dovode do prekida lanca procesa gorenja.
88. Efekat heterogene antikatalize
Heterogena antikataliza se objašnjava time što se
slobodnim radikalima, koji održavaju lančani razvoj
reakcije sagorevanja, u kontaktu sa česticom, na primer
praha, tj. pri sudaru sa njom, oduzima energija aktivacije,
odnosno ona se predaje antikatalizatoru. Ukoliko je neka
materija više usitnjena, utoliko je veća njena ukupna
površina u odnosu na masu. Tako, na primer, 1 kilogram
praha za gašenje požara, srednje veličine čestice od
0,02 do 0,03 mm ima korisnu površinu od nekoliko
stotina kvadratnih metara. Ova neubičajeno velika
kontaktna površina objašnjava veliki broj sudara sa
nosiocima lančane reakcije sagorevanja i veliki efekat
gašenja prahom.
89. Suština antikatalitičkog efekta sredstava za
gašenje leži u njegovoj spospbnosti da svojim
molekulima „koče“ slobodne radikale – nosioce
lanaca do prekida lanaca reakcije.
Osim ove dve pretpostavke, o homogenoj
antikatalizi i heterogenoj, postoji i pretpostavka
da treća komponenta vrši dezaktiviranje
slobodnih radikala tako što se sa njima
rekombinuje i „lepi“ ih za sebe, čime stupaju u
reakciju, pa onda više nije reč o katalizatoru,
odnosno antikatalizatoru, već o inhibitoru. Sam
antikatalitički mehanizam delovanja sredstva za
gašenje još uvek je u domenu pretpostavki i
dovoljno naučno nepotvrđenih hipoteza, pa je iz
tih razloga sigurnije koristiti izraz inhibicija, nego
antikataliza.
