Il triangolo di fuoco e il fenomeno della combustione

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Il triangolo del Fuoco
Il fuoco è una emissione di luce e calore che si manifestano nella combustione di un corpo.
La fiamma è una lingua gassosa incandescente estremamente mobile.
Si chiama combustione, la reazione chimica che consiste nella rapida ossidazione di un corpo con sviluppo di energia termica (calore) ad alta temperatura.
E' il processo opposto alla fotosintesi e cioè a quel processo tramite il quale le piante, grazie all'energia solare, formano la sostanza organica vegetale necessaria per la vita delle piante stesse e degli animali.
II fuoco è il diretto risultato della simultanea combinazione dei tre elementi indispensabili per la combustione: combustibile, comburente, energia termica.
E' possibile pertanto paragonare il processo di combustione alla figura geometrica del triangolo in cui tre lati rappresentano: il combustibile tutto ciò che arde (nell'ambiente da noi considerato e dato dalla sostanza vegetate: paglia, rami, tronchi, radici, erbe secche, ecc.), il comburente cioè l'ossigeno presente nell'aria, l'energia termica (calore) che perciò riguarda la massa legnosa deve essere ad alta temperatura.

Una volta innescato, tale processo si autosostiene sino alla mancanza completa di uno degli elementi.
Infatti come senza un solo lato la figura geometrica non può esistere (non possiamo tracciarla, disegnarla) analogamente è impossibile avere la combustione qualora manchi uno dei tre elementi indispensabili.
Per quanto riguarda gli incendi forestali, l'energia di accensione è fornita da sorgenti di calore quali: Scintille, mozziconi di sigaretta, tizzoni accesi, gas caldi fuoriuscenti da tubi di scappamento, marmitte catalitiche, fulmini e fiamme libere.
L'ossigeno necessario alla reazione è contenuto nell'aria, la cui composizione approssimativa è Ossigeno al 21% e Azoto al 78%.
I combustibili sono sostanze solide, liquide e gassose che possono dare luogo a combustione, si tratta in particolare di sostanze contenenti Carbonio e Idrogeno i quali bruciando si ossidano originando rispettivamente Anidride Carbonica e vapore acqueo che costituiscono i principali prodotti della combustione.
I principati parametri che definiscono le proprietà di un combustibile dipendono:

1) dal suo stato fisico, che può essere solido, liquido e gassoso. Come vedremo sull'incendio forestale in atto sono tutti presenti;
2) dalla temperatura di accensione che rappresenta il valore minimo di temperatura del combustibile al di sopra della quale la combustione procede indipendentemente dall'apporto calorico estemo.
L’opera di spegnimento degli incendi risulta facilitata dalla conoscenza di tali presupposti e pertanto sarà finalizzata all’interruzione del processo di combustione mediante la eliminazione di uno qualsiasi dei tre componenti del triangolo del fuoco.
Infatti buttando sopra la fiamma della terra o battendo con le frasche o i flabelli si soffoca il fuoco e pertanto si sta intervenendo sul comburente (ossigeno).
Il taglio della vegetazione, la creazione di fasce parafuoco, la tecnica del controfuoco, sono invece tentativi di eliminare dal triangolo del fuoco il combustibile (vegetazione).
L’acqua invece ha il doppio effetto di raffreddare il combustibile e perciò ridurre la temperatura (calore) e di soffocare il fuoco per l’effetto battente dell’acqua che impatta ad alta pressione.

Fasi della Combustione
In un incendio forestale distinguiamo tre fasi di combustione spesso presenti e osservabili contemporaneamente: 1. Preriscaldamento - I materiali forestali sono riscaldati, seccati e parzialmente distillatati. In questa fase il combustibile perde la sua umidità e la Temperatura interna sale non oltre i 70 °C.
Soltanto quando si è avuta la totale eliminazione dell'acqua la Temperatura sale oltre i 100 °C.
In seguito cominciano le reazioni di pirolisi e la Temperatura assume valori compresi tra i 150 e i 200°C.
2 Combustione gassosa - Continua la somministrazione di calore al materiale e vengono interessati gli strati più interni del legno, mentre all'esterno si ha la combustione gassosa con lo sviluppo, oltre che di anidride carbonica e vapore acqueo, anche di gas combustibili come: l'ossido di carbonio, metano, metanolo, idrogeno, formaldeide. I gas prendono fuoco e la temperatura continua ad aumentare. Con la combustione completa avremo le fiamme, se essa è incompleta si formano fumi che diventano biancastri quando c'è prevalenza di vapore acqueo.
Quest’ultimo diluisce la miscela dei gas che si sviluppano e sottrae calore alla combustione e pertanto la propagazione del fuoco dipenderà dal contenuto di acqua presente nel combustibile (legna fresca, legna secca).
3 Combustione solida - II processo di combustione continua a progredire verso l'interno e in superficie il legno ormai carbonizzato brucia. Si ha una rapida elevazione della Temperatura che può toccare gli 800 °C, aumentano le emissioni di metano e di monossido di carbonio. Il carbone diventa incandescente ( brace ) e le fiamme, dapprima luminose diventano poco evidenti. Nella fase estrema della combustione la brace si consuma senza fiamma evidente. Alla fine della combustione rimangono solo le ceneri che rappresentano non più dell' 1% della massa legnosa originaria.

La propagazione del fuoco e i combustibili vegetali
Il calore provocato dalla combustione si propaga ad altri materiali in tre modi:
1) irraggiamento – l’energia mediante onde elettromagnetiche viene trasmessa nello spazio senza alcun contatto diretto. In questo modo avviene il riscaldamento delle masse vegetali nelle immediate vicinanze degli incendi.
2) Convenzione – il calore viene trasportato da gas o da liquidi in movimento. Le differenze di densità dovute alle diverse temperature, producono dei moti che ristabiliscono l’equilibrio termico. I fluidi si spostano dalle parti più calde, meno dense, a quelle più fredde, meno dense.
3) Conduzione – il calore si trasmette da un estremo all’altro di un corpo o fra due corpi a contatto. Tale modalità è trascurabile negli incendi boschivi a causa delle scarse qualità conduttrici del legno.
Negli incendi boschivi la propagazione avviene soprattutto per irraggiamento e per convezione e pertanto tali principi dovranno essere ricordati quando le condizioni orografiche del punto fuoco presentano le caratteristiche che favoriscono ad esempio moti convettivi.
Le caratteristiche dell'incendio saranno influenzate inoltre dal tipo di combustibile che esso incontra.
Negli incendi boschivi il combustibile è rappresentato come si è detto dalla vegetazione arborea, arbustiva ed erbacea.
Le particolarità che intervengono a modificare la combustione sono:
1) II peso specifico - Col diminuire di questo crescono sia l'infiammabilità che la veloce di
combustione.
2) La struttura anatomica - l'accensione e la combustione sono influenzate dalla struttura
anatomica dei vasi di conduzione della linfa; pertanto nei legni di latifoglia a vasi
uniformemente distribuiti come il Faggio l'accensione e la combustione sono favorite mentre
nelle latifoglie a vasi distribuiti non omogeneamente, come le querce nostrane, l'accensione e la
combustione avvengono meno facilmente.
3) La dimensione del legno - l'indagine condotta sui pezzi di varia sezione mostra che la,velocità
di combustione si abbassa al crescere della sezione, si pensi infatti a come si ricorra a legna di
piccole dimensioni per accendere un fuoco. In generale negli incendi boschivi la presenza di
specie arbustive, quali il lentisco, il corbezzolo, il cisto, la ginestra favoriscono la combustione.
4) Lo stato della superficie - Le opinioni sono discordanti. E' comunque accertato che la corteccia
ha influenza sulla facilità e la velocità di accensione infatti una corteccia fessurata e rugosa
presenta una maggiore superficie legnosa a contatto con l’aria.
5) II contenuto d'acqua - E' intuibile come il contenuto d'acqua, presente nel legno influenzi il
fenomeno della combustione. I dati empirici dimostrano che due legni contenenti
rispettivamente il 25% ed il 10% di umidità, bruceranno in modo differente ed in particolare
quando il secondo sarà completamente bruciato il primo avrà perduto solo il 50% del suo peso iniziale.
Percentuale di umidità del legno Perdita di peso percentuale dopo la combustione
15% 100%
25% 50%

6) La resina - Le resine aumentano la durata della combustione e aumentano inoltre il potere
calorifico. Nelle conifere infatti gli incendi hanno una durata maggiore a causa del forte
riscaldamento a cui è sottoposta la sostanza legnosa.

Fattori predisponenti che influenzano il comportamento degli incendi
La possibilità che si verifichi la combustione, la rapidità di propagazione ed il comportamento degli incendi sono influenzati da diversi elementi variabili, la conoscenza e l’osservazione dei quali è condizione essenziale sia per le finalità di prevenzione sia per predisporre, con successo e nella sicurezza del personale, i mezzi di lotta di lotta per il controllo e la repressione.
Molteplici i fattori cosi detti predispondenti: il clima, la morfologia o conformazione del territorio, l’effetto che entrambi esercitano sul combustibile, la composizione, la struttura e la densità dei soprassuoli, i detriti vegetali presenti nei boschi e nelle campagne (lettiera, residui di lavorazione, piante secche abbattute, ecc.).

Fonte: comune.sinnai.it

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Il clima:
Le variazioni mensili, settimanali, giornaliere e persino orarie del clima esercitano tutte qualche influenza sul come dove e quando il fuoco potrà manifestarsi, sul suo comportamento e sulla possibilità di controllarlo.
Prenderemo in considerazione le caratteristiche climatiche generali e locali di maggior interesse:
Condizioni metereologiche TemperaturePrecipitazioniUmidità relativaIntensità e direzione del vento

La temperatura influenza la combustione e la propagazione: se quella dell’aria è elevata anche quella (interna) del combustibile ne subirà l’influenza, quindi sarà necessaria un quantità di calore supplementare inferiore per avviare la combustione della vegetazione preriscaldata, con tenore idrico minore che brucerà più facilmente e più velocemente.
Precipitazioni e umidità relativa sono elementi importanti per l’effetto di umidificazione sui combustibili: su quelle leggeri come erbe, foglie di lettiera, aghi di conifere, pochi mm di pioggia possono rapidamente diminuire la combustione ma l’effetto è di breve durata; su quelli nudi e di maggiori dimensioni come tronchi, rami, ramoscelli, occorre maggiore quantità d’acqua per impedire o rallentare la combustione, l’effetto ha però maggiore durata.
Lo stesso discorso è valido per l’umidità dell’aria che si riflette sulla velocità di combustione e di propagazione del fuco.
Ai fini della lotta contro gli incendi boschivi è interessante ricordare che in generale, essendo influenzata dalla temperatura, l’umidità percentuale dell’aria è minore durante il giorno. Al contrario durante la notte l’umidità presente nell’aria tende ad aumentare e di conseguenza aumenta il contenuto di umidità assorbita e presente nei vegetali, per cui questi bruciano più lentamente.
In definitiva nelle ore in cui la temperatura è più bassa, e di conseguenza i valori di umidità sono più elevati, il controllo di un incendio e il suo spegnimento è agevolato, al contrario l’indice di rischio sale pericolosamente nelle ore più calde e secche (in Sardegna picco h 12-15).
Intensità e direzione del vento incidono sulla direzione e velocità di propagazione, sull’entità della superficie percorsa: maggiore è la velocità del vento, maggiore sarà la velocità di avanzamento delle fiamme e la rapidità di combustione.
Infatti apportando grandi quantità d’ossigeno alla combustione, il vento favorisce e incrementa le reazioni a catena tra gli elementi del triangolo del fuoco:
1) contribuisce a disidratare e ad essiccare, per evaporazione dei liquidi dai tessuti, la vegetazione ed i detriti vegetali predisponendoli alla combustione;
2) asseconda ed amplifica il trasporto del calore tramite convezione (effetto canino);
3) provoca riverberi di fiamma che portano i fuochi di sottobosco ad interessare anche le chiome, salti di ostacoli (strade, muri), il trasporto a grandi distanze di tizzoni accesi diffondendo l’incendio in maniera incontrollata (salto di faville) e l’insorgere di focolai anche avanti il fronte, sottovento.

Struttura e tipologia degli incendi:
La forma degli incendi dipende in gran parte dalla presenza o dall’assenza di vento.
In caso di assenza, in territorio pianeggiante, gli incendi tendono a espandersi a macchia d’olio in tutte le direzioni, in modo circolare; in questo caso l’incendio viene comunque alimentato da correnti d’aria indotte dalla bassa pressione creata localmente dal fuoco.
In presenza di vento costante invece, l’incendio assume una forma allungata con un fronte largo e semicircolare.
Le operazioni di spegnimento possono essere notevolmente ostacolate dal vento in caso di:
- variazione della direzione, che sposta la direzione dell’incendio alimentando più fronti;
- inversione della direzione, che conseguentemente trasforma quello che era il fronte (la parte avanzata) nella coda (o lato) dell’incendio e viceversa.
Conseguentemente operazioni possono trasformarsi da dirette a indirette, quindi senza troppi rischi, o da indirette a dirette, richiedendo in questo caso mezzi e personale più attrezzati e qualificati.

Molto importanti per le dinamiche di propagazione del fuoco sono anche le brezze di valle e di monte, dovute agli spostamenti d’aria dai fondovalle alle sommità dei monti e viceversa per via delle variazioni di temperatura fra notte e giorno.

Morfologia del territorio:
La morfologia del territorio influenza notevolmente la struttura e la tipologia degli incendi, in quanto indica chiaramente gli eventuali fattori predisponenti. Conoscerli bene è importante non solo per la prevenzione ma anche e soprattutto per prevedere il comportamento dell’incendio, una volta scoppiato.
Esposizione. Indica la quantità di territorio esposto all’irraggiamento solare e quindi soggetto a maggior riscaldamento e minore umidità.

L’altitudine. All’aumentare dell’altitudine aumenta la piovosità e l’umidità del territorio, e quindi anche i tempi di inaridimento dei vegetali. Il rischio di incendio è quindi molto basso.

Nel caso sei soprassuoli, la composizione, la struttura e la densità incidono sull’infiammabilità e sulla velocità di propagazione delle fiamme..

Struttura e tipologia degli incendi:
Ogni incendio è formato da fronte (o testa), fianchi e coda (parte posteriore).
Il fronte è la parte più avanzata, dalla maggiore velocità di propagazione; in genere è la parte sottovento o quella verso la cima, nei versanti.
I fianchi sono le parti laterali rispetto alla direzione del fronte.
La coda è la parte dell’incendio dalla propagazione più lenta in quanto sopra vento o alle basi dei versanti.
Come già visto, la struttura dell’incendio può variare sia in funzione del vento che della morfologia del territorio, creando nuovi fronti e direzioni.
Questi fattori determinano anche le fasi di espansione e di decadimento, che porta all’estinzione totale.
E’ sempre bene ricordare che in un incendio la situazione non è mai veramente stabile ma sempre soggetta a variazioni dell’ultimo istante.

Tipologia del fuoco

Gli incendi si possono classificare in base alla parte vegetale interessata dalla combustione; possiamo parlare dunque di
- incendio, fuoco di superficie o radente
- incendio di chioma o di corona
- incendio a barriera o totale o misto
- incendi sotterranei o di profondità.

Incendio, fuoco di superficie o radente.
In questo caso le fiamme interessano le vegetazione erbacea ed arbustiva senza coinvolgere direttamente le chiome dello strato arboreo.
Il caso tipico è quello di un pascolo alberato: il fuoco, al suo passaggio, brucia le stoppe ed eventualmente la macchia bassa presente ma lambisce solamente i fusti, essiccando tuttavia in parte le chiome degli alberi.
In questa prima fase l’incendio è ancora relativamente controllabile dal personale a terra.
Molto dipende dalle caratteristiche del materiale vegetale che brucia, dalle possibilità di accesso e di movimento che hanno gli uomini e i mezzi.
Se il fuoco non è troppo inteso si può eseguire l’attacco battendo sul combustibile, cioè privandolo dell’ossigeno con attrezzatura manuale: flabelli, zappe, pale e terra.

Incendio di chioma o di corona.
Questo tipo di incendio interessa esclusivamente i terreni ricoperti da macchia alta o boscati, e si propaga in maniera rapida producendo un’enorme quantità di calore nella parte alta degli alberi.
Tale propagazione può talvolta essere indipendente da quella di superficie: come nel caso di boschi puri di resinose nei quali la produzione di vapori ed olii eterei può addirittura portare a vere e proprie esplosioni aeree.
Nel caso in cui le fiamme superino gli 80 cm d’altezza è necessario intervenire per lo spegnimento con getto d’acqua a pressione diretto sulla base delle fiamme, in modo da raffreddare la combustione e soffocare il fuoco.
Nel caso in cui le fiamme superino il metro e mezzo, il calore prodotto è talmente elevato che prima dell’intervento del personale di terra con pompe ad alta pressione, è necessario l’abbassamento delle fiamme con dei lanci di acqua o di liquido ritardante da parte dei mezzi aerei.

Incendio a barriera o totale o misto.
In questo caso l’incendio interessa indistintamente tutta la vegetazione presente sulla superficie (piano arboreo, arbustivo, erbaceo)e distrugge il bosco nel suo insieme.

Incendi sotterranei o di profondità.
Questi incendi sono tipici dei depositi torbosi o dei sottoboschi che hanno una spessa lettiera, o anche in presenza di apparati radicali vecchi e seccaginosi. Sono molto insidiosi dal momento che la combustione, pur apparentemente domata per via aerea, può continuare a persistere per giorni sotterraneamente, manifestandosi poi con nuovi focolai a diverse decine di metri dal punto in cui l’incendio era stato spento.
Nel nostro ambiente, povero di grossi depositi in decomposizione, la forma più comune di questo tipo di incendio è quella sottosuperficiale che interessa foglie e ramicci in via di decomposizione in prossimità dei bordi di aree precedentemente percorse dalle fiamme, oppure nella altrettanto temibile combustione delle ceppaie.
Per evitare questi inconvenienti è importante che l’opera di bonifica venga svolta in maniera completa su tutto il perimetro assicurandosi che ci sia stata una reale interruzione fisica tra superficie percorsa e la restante vegetazione.
Quando si parla di incendi boschivi è fondamentale tenere ben presente che si è all’interno – e quindi parte – di un fenomeno dinamico che può assumere caratteristiche qualitative e quantitative diverse, rapidamente e contemporaneamente.
Pertanto è necessario che l’operatore sia in grado di distinguere e valutare gli elementi circostanti che segnalano il mutare delle condizioni, affinché riesca ad affrontare con la dovuta perizia ogni tipo di intervento, riuscendo a prevedere le condizioni di pericolo.

Fonte: comune.sinnai.it