Descrizione e Applicazioni

Descrizione e Applicazioni
I sistemi di spegnimento a Schiuma a Bassa, Media e Alta Espansione operano con la logica degli impianti a diluvio con la differenza che essi erogano la miscela schiumogena attraverso appositi dispositivi di formazione di schiuma atti a produrre una coltre di schiuma compatta ed estesa per coprire la superficie dell’eventuale area in fiamme. Gli impianti sono costituiti da un sistema di controllo, realizzato tramite una valvola diluvio, un dispositivo di comando automatico, basato su rivelatori d’incendio od anche di tipo manuale, ed un sistema di miscelazione, atto a creare la miscela acqua – liquido schiumogeno necessaria.

Le applicazioni principali riguardano l’industria di processo con uso di prodotti infiammabili come la protezione dei bacini di contenimento dei parchi di serbatoi. Il sistema a schiuma infatti puó essere impiegato per coprire la superficie del bacino in pochi minuti e realizzare sia l’azione di estinzione, sia una notevole azione di inertizzazione in caso di spandimento di liquidi infiammabili a rischi incendio.
Nei dispositivi di miscelazione “miscelatori” avviene la preparazione della miscela schiumogena; La preparazione della miscela avviene in genere in tre modi:

  • per aspirazione dello schiumogeno, con iniettori;
  • per iniezione dello schiumogeno, con pompe;
  • per spostamento di liquido, con serbatoi a membrana.
La miscelazione per aspirazione viene fatta con eiettori denominati “miscelatori di linea” che utilizzano l’energia dell’acqua in pressione per aspirare una quantitá dosata di schiumogeno concentrato e per mescolarlo con l’acqua. La quantitá di schiumogeno nella miscela é determinata dal diametro dell’orifizio tarato inserito nel tubo che adduce lo schiumogeno all’eiettore. I miscelatori di linea aspirano il liquido schiumogeno da un serbatoio mediante un tubo pescante. Una valvola di ritegno impedisce che entri acqua nello schiumogeno in caso di contropressione nella linea a valle.

Questi dispositivi, che lavorano a spese dell’energia posseduta dall’acqua in pressione, danno luogo ad una perdita di carico importante e pertanto devono essere utilizzati mantenendo sempre costante ed eguale la portata nominale con quella della lancia utilizzata. La portata nominale dei miscelatori di linea varia dai 200 ai 2000 litri al minuto di miscela acqua – schiumogeno con una pressione di alimentazione tra i 7 e gli 8 bar.

I miscelatori a spostamento di liquido sono una particolare variante dei sistemi ad aspirazione. Questi dispositivi sono costituiti da un serbatoio a pressione al cui interno si trova una vescica (o membrana) di tessuto gommato che contiene lo schiumogeno e da un premescolatore, situato all’esterno. La membrana impedisce che lo schiumogeno stoccato all’interno del serbatoio venga a contatto con l’acqua e con la parete del recipiente, evitando in tal modo la diluizione e l’eventuale contaminazione dello schiumogeno e la corrosione del serbatoio. I serbatoi possono essere del tipo verticale o orizzontale. Il premescolatore vero e proprio é un tubo di venturi inserito nella tubazione dell’acqua antincendio che alimenta il sistema. A monte del boccaglio del venturi si stacca una tubazione, che collega il tronchetto alla parte acqua dei serbatoi, mentre a valle del boccaglio, prima del cono diffusore, si stacca dal tronchetto una tubazione che collega al tubo pescante sulla sommitá del serbatoio nella parte schiumogeno. Dopo il venturi é collocata una valvola di controllo del tipo automatica o manuale, che viene aperta al momento della messa in servizio dell’impianto. Allo stesso modo l’ingresso dell’acqua al premescolatore o é sempre aperta o é chiusa da una valvola automatica che si apre prima della valvola di controllo.

Quando l’impianto non é in servizio i due liquidi (acqua e schiumogeno) si trovano alla stessa pressione, mentre quando l’impianto é in funzionamento il liquido schiumogeno viene a trovarsi a pressione inferiore. L’acqua pertanto entra nel serbatoio, preme sulla parete della vescica e sposta lo schiumogeno che esce dall’alto e viene aspirato nel tubo di venturi, dove avviene la miscelazione con l’acqua. La quantitá percentuale di liquido schiumogeno viene regolata da un diaframma con foro calibrato inserito nella tubazione prima del miscelatore.

La miscelazione per iniezione avviene a mezzo di pompe che portano il liquido schiumogeno ad una pressione superiore a quella dell’acqua, consentendogli di essere immesso nel flusso d’acqua che alimenta l’impianto.

Il dosaggio per iniezione puó essere fatto con vari sistemi. I piú utilizzati sono:

  • Dosaggio con bilanciamento di pressione e orifizi fissi;
  • Dosaggio con flusso variabile a domanda.

Il dosaggio con bilanciamento di pressione e orifizi fissi viene realizzato con un dispositivo che mantiene la linea di mandata dello schiumogeno ad una pressione superiore di un valore prefissato a quella della rete idrica. Questo solitamente si ottiene riciclando lo schiumogeno in eccesso al serbatoio. Ogni collettore idrico che serve un generatore o un gruppo di generatori, ha una sua linea separata di iniezione dello schiumogeno nella quale é inserito un orifizio calibrato. L’immissione dello schiumogeno nell’acqua si mantiene cosí costante anche al variare della pressione della rete antincendio.

Il dispositivo dosaggio a flusso variabile a domanda é composto da un venturimetro e da una valvola che regola la pressione del liquido schiumogeno. La valvola é controllata dalla pressione dell’acqua a monte del venturimetro e dalla pressione della linea dello schiumogeno. Le due pressioni agiscono sulle due facce opposte del diaframma cui é fissato lo stelo della valvola. Lo spostamento della membrana fa sí che l’otturatore aumenti o riduca la sezione libera di passaggio nella valvola immettendo piú o meno schiumogeno a seconda della depressione creata dal venturi. Lo schiumogeno entra nell’acqua vicino al boccaglio del venturi ad una pressione uguale a quella dell’acqua in entrata.

Una variante dei miscelatori per iniezione sono quelli con Proporzionatori Idraulici. Sono costituiti da un motore idraulico coassiale e da una pompa volumetrica. Il motore idraulico é mosso da tutta l’acqua che alimenta l’impianto, mentre la pompa volumetrica preleva lo schiumogeno da un serbatoio a pressione atmosferica, situato accanto al gruppo di miscelazione, e lo inietta nell’acqua, immediatamente a valle del motore idraulico. Il grande vantaggio é che tali sistemi non hanno necessitá di energia esterna per il loro funzionamento, essendo l’energia fornita dalla stessa acqua antincendio che alimenta l’impianto.

I generatori di schiuma sono:
degli eiettori che utilizzano la miscela schiumogena in pressione che li alimenta per aspirare arie e miscelarla con la soluzione stessa formando le bolle che costituiscono la schiuma. In questo caso si ottengono schiume con rapporti di espansione da basso a medio – alto; dei dispositivi che, soffiando aria in un getto polverizzato di soluzione schiumogena, provocano per turbolenza formazione di bolle alle quali viene data la forma e la dimensione richiesta facendole passare attraverso le maglie di una rete. In questo caso si ottengono schiume con rapporti di espansione alti.

In funzione delle caratteristiche chimico – fisiche dello schiumogeno usato, cioé della capacitá di abbassare la tensione superficiale della soluzione della soluzione, i generatori di schiuma necessitano o meno di una “camera di espansione” che consente alla schiuma di svilupparsi pienamente.

I generatori di schiuma a bassa espansione sono generalmente usati negli impianti per la protezione dei serbatoi di liquidi infiammabili e combustibili a pressione atmosferica.
Sono chiamate lance a schiuma fisse e sono, in genere dei tronchetti flangiati che vengono inseriti nelle tubazioni degli impianti a schiuma. All’ingresso é posizionato un ugello da cui esce il getto di soluzione schiumogena di forma opportuna per produrre l’effetto venturi ed una buona turbolenza che favorisce la creazione della schiuma. Sulla parete del tronchetto sono inoltre presenti in corrispondenza dell’ugello delle aperture per l’ingresso dell’aria.
Serbatoi a tetto fisso

Per la protezione dei serbatoi a tetto fisso sono disponibili tre differenti sistemi:

  • sistema con applicazione dall’alto;
  • sistema con applicazione dal fondo mediante una manichetta flottante all’interno del serbatoio;
  • sistema con applicazione dal fondo attraverso le linee del prodotto o alte linee appositamente predisposte.

Il sistema con applicazione dall’alto é quello piú diffuso. Sulla parete esterna del serbatoio, sotto l’attaccatura del tetto, é applicata una “camera – schiuma”, consistente in un recipiente cilindrico verticale in cui dal basso entra il tubo adduttore della schiuma. Questo recipiente ha un’uscita laterale collegata con flangia ad un tubo che attraversa il mantello del serbatoio e che all’altra estremitá é collegato ad un versatore che ha il compito di convogliare la schiuma sul mantello del serbatoio in modo che possa scendere lungo di esso fino a raggiungere la superficie del liquido in fiamme.
All’interno della camera il tubo si interrompe terminando con una coppia di flange all’interno nelle quali é inserito un disco di vetro di spessore prefissato, eventualmente inciso per facilitarne la rottura per azione della schiuma proveniente dalla lancia. Alla sommitá della camera – schiuma é posizionato un coperchio stagno per l’ispezione periodica e l’eventuale sostituzione del vetro. La funzione del vetro é di assicurare la tenuta tra interno serbatoio e la tubazione della schiuma.Una lancia puó alimentare anche piú di un versatore.
Durante l’erogazione di schiuma lo standard NFPA raccomanda l’irrorazione con acqua dell’esterno del mantello per evitare che la schiuma, a contatto con la lamiera surriscaldata, si secchi prima di raggiungere il liquido.

Il sistema con applicazione dal fondo con manichetta flottante é possibile con la manichetta situata in un contenitore verticale situato all’interno del serbatoio oppure in un contenitore obliquo situato all’esterno del serbatoio. La manichetta viene espulsa dalla schiuma in pressione.

Il sistema con applicazione dal fondo attraverso tubazioni fisse richiede l’impiego di speciali lance schiuma e di schiume che non si contaminino nel passaggio attraverso il prodotto.

L’iniezione dal fondo puó ridurre il percorso della schiuma sul liquido incendiato ed é quindi una valida alternativa all’immissione dall’alto per serbatoi di diametro inferiore a 30 metri. La quantitá dei punti di immissione di schiuma sul fondo sono in funzione del diametro del serbatoio e del punto di infiammabilitá del prodotto.

I serbatoi a tetto galleggiante hanno lungo tutto il perimetro del tetto un sistema continuo di tenuta per impedire l’evaporazione del liquido contenuto nel serbatoi. Questo sistema di tenuta comprende delle guarnizioni di materiale che ha una certa resistenza al fuoco. Sopra il tetto, ad una certa distanza dai dispositivi di tenuta, si eleva una paratia circolare in lamiera di acciaio che serve a ricevere schiuma in caso di incendio in corrispondenza delle guarnizioni. Quando il tetto del serbatoio é in galleggiamento non vi é piú spazio libero tra il “pontone” e la superficie del liquido e, pertanto, vi puó essere accensione solo lungo la circonferenza del tetto stesso.

In questo caso il getto che esce dagli erogatori urta su uno scudo di lamiera e da lí scende sulla parete interna del serbatoio raggiungendo l’anello e defluisce nei due sensi fino a congiungersi con la schiuma dei due generatori adiacenti.

I generatori di schiuma possono essere del tipo aspirante o del tipo ad insufflazione d’aria forzata cosiddetti generatori a ventola. I generatori a media espansione sono tutti di tipo aspirante, mentre quelli ad alta espansione possono essere sia di tipo aspirante sia ad insufflazione d’aria. Per i generatori ad alta espansione, i ventilatori possono essere mossi da turbine azionate dalla stessa soluzione che alimenta il generatore oppure da motori elettrici. Nei generatori ad alta espansione di tipo aspirante, l’induzione d’aria é prodotta dall’azione di una batteria di ugelli.
I tipi di impianti realizzabili sono due:

  • Impianti schiuma ad alta espansione a saturazione totale;
  • Impianti schiuma ad alta espansione ad applicazione locale.

Per la saturazione totale si usano principalmente generatori a ventilazione forzata, mentre per l’applicazione locale si usano generatori autoaspiranti.

Impianti schiuma ad alta espansione a saturazione totale

Gli impianti a saturazione totale (total flooding system) vengono utilizzati per riempire seminterrati, scantinati, stive, capannoni di grande dimensione adibiti a depositi. Nella protezione di grandi capannoni, per ridurre i volumi da riempire si possono usare accorgimenti quali, ad esempio, la discesa comandata di cortine di materiale incombustibile (tessuti in lana di vetro e simili) fissate ad intervalli sui soffitti. La presenza di pareti permanenti o provvisorie consente alla schiuma ad alta espansione di accumularsi e quindi di rotolare avanti verso l’area incendiata. Dovranno essere previsti appositi sfiati per evitare che i prodotti della combustione vengano riciclati nell’aria che alimenta i generatori. La progettazione di questi impianti é molto impegnativa.

La messa in funzione degli impianti é essenziale perché si possa ottenere un controllo e l’estinzione efficace dell’incendio. Pertanto un sistema automatico di rivelazione incendi e allarme é necessario per azionare l’impianto schiuma. Avvisatori ottici e acustici dovranno essere installati per avvisare il personale presente.

Nella progettazione degli impianti a schiuma ad alta espansione a saturazione totale si deve tenere conto dei seguenti fattori:

  • Altezza minima del manto schiuma;
  • Volume richiesto per sommergere il materiale da proteggere;
  • Tempo richiesto per sommergere il materiale da proteggere;
  • Portata di schiuma richiesta.

Per le schiume ad alta espansione l’altezza minima non deve essere meno del 110% dell’altezza del materiale a rischio e in nessun caso deve essere meno di 60 cm sopra tale altezza.

Il volume di sommersione per le schiume ad alta espansione viene determinato moltiplicando l’area del pavimento dello spazio da proteggere per l’altezza minima richiesta per la schiuma, dal risultato possono essere detratti i volumi dei recipienti, macchinari o altre apparecchiature che sono ubicate permanentemente nel locale considerato.

Il tempo di immersione per le schiume ad alta espansione dipende dal tipo di materiale da proteggere. Questi tempi sono compresi tra i 2 e 8 minuti. Tempi minori possono essere necessari nel caso di materiali con punto di infiammabilitá minore di 38°.

La portata di schiuma richiesta per la schiuma ad alta espansione puó essere determinata con una formula riportata nello standard NFPA 11. La quantitá di schiumogeno disponibile deve essere sufficiente per almeno 25 minuti di funzionamento continuo o per quattro volte il tempo di sommersione.

Il mantenimento del volume di sommersione deve essere assicurato per 60 minuti.

Per gli impianti a schiuma ad applicazione locale (local application system) si usano preferibilmente generatori a media – alta espansione. I sistemi si usano sia per l’interno che per l’esterno e sono adottati particolarmente nella protezione delle pensiline di carico delle auto e ferro – cisterne di prodotti infiammabili, le sale pompe delle raffinerie, i bacini di contenimento di serbatoi liquidi infiammabili, le vasche di decantazione di oli minerali, etc. I sistemi di rivelazione automatica d’incendio sono generalmente del tipo a tappi fusibili o ad ampolle per la loro semplicitá.
Le portate richieste per combustibili solidi e liquidi dovranno essere tali da garantire entro 2 minuti la completa copertura dell’area protetta con uno strato di schiuma alto almeno 60 cm. L’intero sistema deve funzionare per non meno di 12 minuti.

I cannoni monitori fissi a schiuma e quelli bivalenti acqua – schiuma hanno impieghi ben precisi. Trovano impieghi nei moli petroliferi, sui ponti delle navi cisterna, sugli eliporti sopraelevati e in installazioni industriali. La disposizione dei cannoni monitori deve tenere conto della riduzione della gittata derivante da condizioni di vento avverso.
I monitori possono essere alimentati direttamente da una tubazione di miscela schiumogena prodotta con uno dei metodi precedentemente illustrati, oppure essere singolarmente dotati di un miscelatore a cui giungono acqua e schiumogeno sotto pressione.
I monitori possono essere comandati manualmente a mano con leve o ingranaggi, oppure a distanza per mezzo di sistemi idraulici, pneumatici o elettrici. Le canne schiuma dei monitori possono essere dotate di deflettori (telecomandati) per passare da getto pieno a getto fisso.
I monitori possono raggiungere portate variabili da 20.000 a 40.000 litri/minuto.