Il Triangolo del Fuoco e i principi della Combustione

Combustibile, comburente ed energia di attivazione sono i tre elementi che compongono il triangolo del fuoco. In questo articolo analizziamo questi tre elementi e scopriamo i principi che conducono alla combustione.

Cos’è il fuoco: il triangolo del fuoco

Il triangolo del fuoco è la rappresentazione simbolica delle condizioni che si devono realizzare affinché possa verificarsi una combustione.

La presenza di un combustibile e di un comburente non è sufficiente, da sola, a determinarne lo sviluppo. Serve un innesco che fornisca la cosiddetta energia di attivazione: quest’energia, sotto forma di calore, costituisce il terzo lato del triangolo della combustione e può avere origine varia.

Essendo una reazione esotermica, una volta innescata, la combustione genera calore; questo può esser sufficiente a sostenere la reazione anche in assenza di apporto di energia dall’esterno.

Triangolo del fuoco: sicurezza

Dalla rappresentazione mediante triangolo del fuoco si possono trarre i principi generali della prevenzione e dell’estinzione degli incendi: la necessità di rompere il triangolo eliminando almeno uno dei tre lati ovvero uno dei tre elementi necessari affinché la reazione abbia luogo.

Quali sono gli elementi che compongono il triangolo del fuoco?

I tre elementi che compongono il triangolo del fuoco e che sono essenziali per la combustione sono:

• Il combustibile
• Il comburente
• L’energia

In realtà anche la presenza dei tre componenti principali è condizione necessaria ma non sufficiente perché si sviluppi la combustione.

Servono altre condizioni favorevoli allo sviluppo del processo: la corretta proporzione tra combustibile e comburente, il livello appropriato di energia dato dall’innesco, l’iterazione della catena di reazioni chimiche intermedie che sviluppano i catalizzatori o radicali liberi.

Combustione significato

La combustione è una reazione chimica di ossido-riduzione tra le due sostanze denominate combustibile e comburente, con sviluppo di calore e, generalmente, di luce, accompagnata dall’emissione di fumo e gas, come prodotti residui.

La combustione si sviluppa attraverso una catena di reazioni chimiche intermedie che originano altre sostanze, instabili, chiamate catalizzatori o radicali liberi.

Il passaggio attraverso tali composti, nelle loro successive combinazioni e trasformazioni, conduce, dalle sostanze iniziali ai prodotti finali della combustione stessa.

Cos’è il combustibile

Il combustibile è la sostanza dalla quale, nella reazione, si sviluppano calore e in genere luce.  Nella reazione, il combustibile si “ossida” cedendo gli elettroni alla sostanza ossidante e fornendo energia sotto forma di luce e calore.

I combustibili possono trovarsi nello stato fisico:

• Solido
• Liquido
• Gassoso

Tuttavia, la combustione con fiamma avviene solo per combinazione di sostanze allo stato gassoso.

La fiamma che si sprigiona da un combustibile solido o liquido deriva dai gas o dai vapori emessi dai solidi e dai liquidi per effetto del loro riscaldamento.

I combustibili gassosi

I combustibili gassosi (sono quelli che si trovano allo stato fisico di gas a temperatura e pressione ambiente) si miscelano immediatamente con l’ossigeno presente nell’aria e, pertanto, sono particolarmente pericolosi.

Infatti, per avviare la combustione della miscela è sufficiente una quantità minima di energia (prodotta ad esempio da una scintilla).

I combustibili liquidi

I combustibili liquidi emettono, a temperatura ambiente, vapori che, combinandosi con il comburente, producono la miscela infiammabile.

Tale emissione aumenta con la temperatura e varia in funzione della natura della sostanza.

I combustibili liquidi comprendono carburanti (benzina, gasolio)‏, olii lubrificanti, alcoli vernici e solventi.

I combustibili solidi

I combustibili solidi emettono gas a seguito di un processo chiamato PIROLISI, che avviene sottoponendo a riscaldamento il materiale.

Il gas emesso combinandosi con il comburente brucia con fiamma; il restante materiale brucia senza fiamma, formando le braci; al temine della combustione rimangono le ceneri, incombustibili.

i combustibili solidi comuni comprendono legno, carta, carbone; tessuti, fibre tessili in generale; materie plastiche; gomma.

Combustibili solidi in polvere, dal punto di vista dell’incendio si comportano come gas e portano facilmente all’esplosione.

Comburente significato

Il comburente è la sostanza dalle caratteristiche chimico-fisiche idonee per la combinazione con i combustibili ai fini dello sviluppo della reazione combustibile.

Il comburente è la sostanza che si “riduce”, acquistando gli elettroni dal combustibile, il quale viene “ossidato”.

Generalmente si prende in considerazione, quale comburente, solamente l’ossigeno dell’aria (alla percentuale del 21% nell’ambito dei costituenti l’aria stessa), ma esistono altri comburenti (ad es. il cloro), che possono reagire con le sostanze combustibili per dar luogo a reazioni esotermiche.

Una miscela più ricca di ossigeno modifica le condizioni di infiammabilità:

• sostanze considerate incombustibili bruciano con fiamma (ad esempio il ferro);
• l’energia di attivazione si abbassa notevolmente;
• le temperature massime raggiungibili aumentano. 

Cos’è l’energia di attivazione nel triangolo del fuoco

Il terzo lato del triangolo del fuoco è quello relativo all’energia di attivazione.

L’energia di attivazione può essere fornita alla miscela infiammabile:

• direttamente, ponendola in contatto con sorgenti d’ignizione (fiamme libere, faville, archi elettrici);
• indirettamente, grazie al calore generato altrove che si trasmette per conduzione, convezione od irraggiamento.

Triangolo del fuoco: perché prende avvio la combustione?

La combustione prende avvio o perché la miscela di aria e combustibile entra direttamente a contatto con la sorgente di ignizione o perché una fonte di calore, non a contatto diretto con la miscela infiammabile, è in grado di far aumentare la temperatura del materiale combustibile fino a fargli raggiungere quella di autoaccensione.

Esempi di sorgenti di innesco

Esempi di sorgenti reali di innesco diretto sono:

• fiamme libere quali quelle di fornelli, forni, caldaie, saldatrici a gas, accendisigari, fiammiferi, candele, sigarette, ecc.;
• scariche elettrostatiche, scariche atmosferiche, scintille e archi elettrici, faville da sfregamento e/o urto, scarichi di motori a scoppio, ecc.;
• superfici calde (forni, caldaie, tubazioni, marmitte, ecc.), cuscinetti surriscaldati, metalli incandescenti, filamenti elettrici roventi, braci, reazioni chimiche, ecc..

Fiamme e scintille, anche di breve durata, sono caratterizzate da una temperatura molto alta e un contenuto energetico generalmente sufficiente ad accendere fuochi di gas, polveri e vapori combustibili.

Esempi di trasmissione del calore a distanza

Esempi di trasmissione del calore a distanza dal posto in cui viene prodotto sono rappresentati dalla sua propagazione attraverso elementi metallici strutturali degli edifici, o dalla diffusione, attraverso scale o altri collegamenti verticali, di fumi e correnti di aria o gas caldi, generati da un incendio. Tali esempi evidenziano come un incendio possa, in certe condizioni, propagarsi e creare situazioni di pericolo anche in aree ritenute sicure.

Per saperne di più consulta l’articolo Come spegnere un incendio: metodi e tempi

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