tezÃ de doctoratdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/popescu.pdf · 2007. 9. 4. · apei prin...

Tez de doctorat - Popescu Garibald

ROMÂNIA

MINISTERUL EDUCAIEI I CERCETRII UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII

BUCURETI CATEDRA DE HIDRAULIC I PROTECIA MEDIULUI

TEZÃ DE DOCTORAT

Influena aditivilor asupra curgerii apei prin conducte i accesorii utilizate la

stingerea incendiilor

Conducãtor tiinific Prof.univ.dr.ing. LUCA OCTAVIAN

Doctorand

Ing. POPESCU GARIBALD

Bucureti 2007


Prefa Ideea realizrii unei lucrri care s se refere la “Influena aditivilor asupra curgerii apei prin conducte i accesorii pentru stingerea incendiilor“, a aprut la finele anului 1993. Odat cu trecerea timpului, a devenit evident faptul c, abordarea unei teme de acest gen, se putea realiza cel puin din perspectiva a dou direcii: din punct de vedere al mecanicii fluidelor aplicate la accesoriile de stingere a incendiilor i respectiv, din punct de vedere al fenomenului chimic. Mulumesc pe aceast cale, domnului prof. univ. dr.ing. Luca Octavian - catedra de “Hidraulic i protecia mediului” din cadrul Universiii Tehnice de Construcii Bucureti, pentru c a acceptat s fie conductorul meu la doctorat, i pentru faptul c m-a sprijinit în mod constant de-a lungul anilor, la realizarea aspectelor legate de tez, respectiv pentru observaiile i punctele de vedere emise de domnia sa raportat la coninutul tezei. În textul tezei am pus în eviden mai multe direcii de lucru, unele conexe, cum sunt de exemplu: elemente de securitatea muncii pentru servanii pompieri, fenomenul de turbulen i importana sa ca concept, la procesul de generare a sarcinilor electrice în procese industriale, operaii etc. Prin abordarea coninutului prezentat în tez, am dorit s pun în eviden i unele date legate de legislaia curent din domenii conexe fenomenului incendiu, pornind de la standarde, normative etc. cu dezvoltarea unor elemente de terminologie, determinri experimentale i prezentarea unor riscuri specifice. Mulumesc de asemenea, domnului prof.univ.dr.ing. Ianculescu Ovidiu - Decanul Facultii de Hidrotehnic, din cadrul Universitii Tehnice de Construcii Bucureti, pentru conlucrarea i deopotriv pentru observaiile emise în sensul finalizrii tezei de doctorat, i în mod special pentru direcionarea în sensul evalurii, documentrii i introducerii în text a elementelor de legislaie i terminologie; un alt aspect discutat i materializat în tez este cel care se refer la impactul substanelor de stingere asupra mediului înconjurtor. Mulumesc prof.univ.dr.ing. Sandu Lucian, eful catedrei de “Hidraulic i protecia mediului“ din cadrul Universitii Tehnice de Construcii Bucureti, pentru înelegerea, ajutorul acordat de-a lungul anilor i pentru punctele de vedere emise de domnia sa. Mulumesc pe aceast cale, colegilor Facultii de Pompieri din cadrul Academiei de Poliie “Alexandru Ioan Cuza”, prof. univ.dr.ing. Ciocea Nicolae i conf.univ.dr.ing. Cavaropol Dan Victor, pentru ajutorul acordat în general, dar i pentru observaiile emise în vederea finalizrii tezei.


Mulumesc prof.univ.dr.ing.Golovanov Nicolae, prof.univ.dr.ing. Toader Cornel din cadrul catedrei de Electroenergetric a Facultii de Energetic - Universitatea “Politehnica” Bucureti, pentru ajutorul acordat, în realizarea i verificarea coninutului din tez, cu precdere, pentru partea de determinri experimentale, specifice domeniului electric. Mulumesc pe aceast cale, prof.univ. dr.ing. Aureliu Leca, ministru pentru energie electric în perioada 1990...1993 i ulterior eful catedrei UNESCO din Universitatea “Politehnica” Bucureti, pentru faptul c i-a dat acordul pentru ca, în nume personal, s pot utiliza unele rezultate teoretice i determinri experimentale i de a pune în acelai timp, în eviden aceste date în prezenta tez. Mulumesc prof.univ.dr.ing Tcacenco Valentin din cadrul Facultii de Pompieri - Academia de Poliie “Alexandru Ioan Cuza”, pentru ajutorul acordat i implicarea domniei sale la câtigarea grantului în cadrul programului Relansin, care a fcut, obiectul unor determinri, evaluate i introduse în tez; de asemenea, îi mulumesc pentru faptul c, de-a lungul anilor m-a sprijinit în aciunile/demersurile personale care, de fiecare dat au reprezentat aciuni comune i convergente cu interesele instituiei în care ne desfurm activitatea; Tot pe aceast cale, mulumesc domnului prof.univ.dr.ing. Degeratu Mircea din cadrul Universitii de Construcii Bucureti - catedra de “Hidraulic i protecia mediului”, pentru faptul c, a acceptat s fac o serie de observaii utile, de-a lungul programului de pregtire la doctorat, date pe care le-am introdus în coninutul final al tezei. Este necesar s mulumesc domnului prof.univ.dr.ing. Seteanu Ion, din catedra de ”Mecanica fluidelor i maini hidraulice“ - Facultatea de Energetic, Universitatea “Politehnica” Bucureti, pentru sugestiile emise de-a lungul anilor, i în mod special pentru conlucrarea i ajutorul acordat la înelegerea unor fenomene conexe domeniului hidraulicii. Consider c este corect s amintesc faptul c, pentru finalizarea/convergena unor concluzii de ordin conceptual, am utilizat o serie de rezultate, dealtfel menionate la bibliografie, evaluate de prof.univ.dr.fiz. Mc Comb, de la Universitatea din Edinburg, Regatul Marii Britanii, în lucrarea “ Turbulena fluidelor”, publicat în limba român, la Editura Tehnic, în anul 1997. Corelarea rezultatelor teoretice i practice menionate în tez, cu fizica turbulenei, emis de Mc Comb, reprezint din punctul meu de vedere, cel mai adecvat mod de abordare i raportare a datelor experimentale obinute, aceast lucrare, fiind practic, singura publicaie în acest sens, care însumeaz/ concluzioneaz majoritatea datelor, obinute urmare unor cercetri cu caracter teoretic i experimental din Statele Unite ale Americii, Europa i Asia. Bucureti, mai 2007 Popescu Garibald


Cuprins

Capitolul 1. Scurt istorie a evoluiei accesoriilor/ instalaiilor de stingere cu ap i a substanelor de stingere a incendiilor. Conceptul de pierdere de sarcin liniar. Conceptul de aditivare pentru ap......................................................................................... pag. 8 1.1 Datri dinainte de naterea lui Hristos....................................................................................... pag. 8 1.2 Datri dup naterea lui Hristos................................................................................................. pag. 8 1.3 Scurt istorie a conceptului de pierdere de sarcin liniar ...................................................... pag. 10 1.4 Importana problematicii privind fenomenul de aditivare ........................................................ pag. 11 1.4.1 Scurt istorie a cercetrilor realizate în domeniul aditivrii cu polimeri la lichide ...... pag. 11 1.4.2 Importana i actualitatea fenomenului de aditivare la ap ........................................... pag. 13 1.5 Scurt istorie a modului de utilizare a apei pentru stingerea incendiilor ................................ pag. 13 1.5.1 Proprieti ale apei utilizat ca substan pentru stingerea incendiilor ........................ pag. 14 1.6 Alte substane utilizate pentru stimngerea incendiilor ............................................................ pag. 15 Bibliografie capitolul 1.................................................................................................................... pag. 15 Capitolul 2. Elemente de hidrodinamic cu aplicaii la conducte cu seciune circular i furtunuri pentru stingerea incendiilor. Conceptul de turbulen .............................. pag. 17

2.1 Caracteristici ale turbulenei lichidelor de tip newtonian ........................................................ pag. 17 2.1.1 Pulsaiile turbulente........................................................................................................ pag. 18 2.2 Elemente generale privind micarea turbulent........................................................................ pag. 19 2.2.1 Ecuaia de micare Reynolds........................................................................................... pag. 20 2.2.2 Distribuia de viteze în vecintatea unui perete plan ..................................................... pag. 21 2.2.3 Pierderea hidraulic în micarea turbulent ................................................................. pag. 22 2.3 Calculul pierderilor de sarcin .................................................................................................. pag. 23 2.3.1 Pierderi liniare de sarcin................................................................................................ pag. 24 2.3.1.1 Factorii care influeneaz pierderile liniare de sarcin ......................................pag. 24 2.3.1.1.1 Elemente referitoare la conceptul de rugozitate.. ……………………. pag. 24 2.3.2 Date referitoare la calculul pierderilor liniare de sarcin............................................... pag. 26 2.3.2.1 Consideraii privind coeficienii de rezisten hidraulic liniar........................ pag. 27 2.3.2.2 Zone de micare turbulent ............................................................................... pag. 30 2.4 Elemente generale i specifice referitoare la pierderile locale de sarcin................................ pag. 31 2.5 Conceptul de turbulen. Criteriul Reynolds ............................................................................ pag. 31 2.6 Pierderi de sarcin la curgerea prin conducte ......................................................................... pag. 33 2.6.1 Pierderi de sarcin liniare .............................................................................................. pag. 34 2.6.2 Pierderi locale de sarcin ................................................................................................ pag. 34 2.7 Mecanismul generrii pulsaiilor de vitez ............................................................................... pag. 34 2.8 Stratul limit turbulent................................................................................................................ pag.36 2.9 Distribuia universal a vitezei medii în vecintatea unui perete solid ..................................... pag.38 2.10 Distribuia vitezei medii i a valorii medii ptratice a fluctuaiei în curgerile prin conducte cu seciune circular............................................................................................................... pag. 39


2.11 Comportarea fluidelor de tip nenewtonian................................................................................ pag. 41 2.11.1 Elemente generale............................................................................................................ pag. 41 2.11.2 Comportarea nenewtonian a fluidelor aditivate cu polimeri ………………………. pag. 41 2.11.3 Fluide vâscoplastice…………………………………………………………………... pag. 42 2.11.4 Fluide pseudoplastice ..................................................................................................... pag. 42 2.11.4.1 Modele reologice pseudoplastice …………………………………………….... pag. 42 2.11.5 Fluide dilatante............................................................................................................... pag. 43 2.11.6 Tensorul tensiunilor i expresia vâscozitii aparente..................................................... pag. 43 2.11.7 Curgerea fluidelor nenewtoniene în conducte................................................................ pag. 44 2.11.7.1 Generalizarea numrului Reynolds ..................................................................... pag. 44 2.11.7.2 Funcii vâscometrice ………… ………………………………………………. pag. 45 2.11.7.2.1 Proprieti ale funciilor vâscometrice................................................. pag. 45 Anexa 2.1 Diagrama lui Moody......................................................................................................... pag. 46 Anexa 2.2 Relaii pentru λ i C pentru calculul pierderilor de sarcin ....................................... pag. 47 Bibliografie capitolul 2 ................................................................................................................... pag. 48 Capitolul 3. Substane utilizate pentru stingerea incendiilor.............................................................. pag. 45

3.1 Elemente generale ....................................................................................................................... pag. 49

3.1.1 Domenii de utilizare a substanelor de stingere................................................................ pag. 49 3.1.2 Elemente generale referitoare la clasele de incendiu......................................................... pag. 49 3.1.3 Ecuaia cauzei de incendiu..................................................................................................pag. 50

3.2 Stingerea incendiilor prin controlul procesului de ardere ........................................................ pag. 50 3.2.1 Elemente generale............................................................................................................... pag. 50

3.2.2 Rcirea spaiului de ardere................................................................................................. pag. 50 3.2.3 Izolarea materialelor i substanelor combustibile de aerul atmosferic ........................... pag. 51

3.2.4 Reducerea coninutului minim de oxigen din aer .............................................................. pag. 52 3.3 Apa utilizat ca substan de stingere .......................................................................................... pag. 52

3.3.1 Apa utilizat sub form de jet pulverizat ............................................................................ pag. 52 3.3.2 Apa utilizat sub form de jet compact .............................................................................. pag. 53 3.3.3 Apa utilizat sub form de abur.......................................................................................... pag 53 3.3.4 Apa îmbuntit chimic .................................................................................................... pag. 53 3.3.5 Apa pulverizat fin/ceaa de ap........................................................................................ pag. 53 3.3.5.1 Cerine necesare realizrii ceii de ap................................................................. pag. 54 3.3.5.2 Termohidraulica utilizrii ceii de ap la stingerea incendiilor............................ pag. 55 3.2.6 Apa uoar (light - water)................................................................................................... pag. 55 3.2.7 Apa aditivat cu aditivi polimerici ..................................................................................... pag. 56 3.3 Spumele ca substane de stingere.................................................................................................. pag. 56 3.3.1 Domenii de utilizare pentru spume.................................................................................... pag. 57 3.3.2 Cerine de calitate ale spumelor ....................................................................................... pag. 57 3.3.3 Principalele spume utilizate la stingerea incendiilor........................................................ pag. 58 3.3.3.1 Spuma chimic ....................................................................................................... pag. 59 3.3.3.2 Spuma fizic /mecanic ......................................................................................... pag. 59 3.3.3.3 Ecospumele ............................................................................................................ pag. 59 3.3.4 Spumani concentrai............................................................................................................ pag. 60 Anexa 3.1 Instalaii cu funcii de protecie / stingere a incendiilor.................................................. pag. 61 Anexa 3.2 Spumani concentrai utilizai la stingerea incendiilor................................................... pag. 62 Anexa 3.3 Sisteme, instalaii i dispozitive de limitare i stingere a incendiilor............................. pag. 66 Anexa 3.4 Tipuri de substane pentru stingerea incendiilor .......................................................... pag. 67 Anexa 3.5 Compatibilitatea substanelor de stingere cu clasele de incendiu .................................. pag. 67 Bibliografie capitolul 3.................................................................................................................... pag. 68 Capitolul 4. Stadiul actual al cercetrilor privind influena aditivilor polimerici la curgerea lichidelor prin conducte cu seciune circular........................................... pag. 69 4.1 Aplicaii ale fenomenului de reducere a pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor aditivate cu soluii diluate de polimeri în S.U.A. i în Europa.......................................................pag. 69 4.1.1 Reele industriale de ap..................................................................................................... pag. 69 4.1.2 Sisteme de canalizare......................................................................................................... pag. 71 4.1.3 Reele de termoficare ......................................................................................................... pag. 73 4.1.4 Sisteme hidroenergetice ..................................................................................................... pag. 74

4.1.5 Sisteme de irigaii în agricultur………………………………………………………….pag. 74 4.1.6 Instalaii de stingere a incendiilor……………………………………………………….. pag. 75 4.1.7 Reducerea pierderilor de sarcin liniare utiliznd aditivi la alte lichide........................... pag. 76


4.1.8 Alte domenii de utilizare a aditivilor…………………………………………….............. pag. 77 4.2 Determinri experimentale realizate în România ……………………………………………… pag. 78 4.2.1 Elemente de reologia aditivilor polimerici………………………………………………. pag. 78 4.2.2 Instalaii cu hidrani pentru stingerea incendiilor.............................................................. pag. 78 4.2.2.1 Generaliti............................................................................................................. pag. 78

4.2.2.2 Modul de utilizare a tehnicii de lucru ...…………………………………………. pag. 79 4.2.3 Rezultate ale determinrilor experimentale………………………………………………. pag. 79 4.2.3.1 Reducerea pierderilor de sarcin ……………………………………….. pag. 79 4.2.3.2 Influena aditivilor asupra debitului /lungimii jetului................................. pag. 79 4.2.3.3 Unele concluzii i rezultate........................................................................... pag. 82 4.2.4 Autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor .................................................. pag. 82 4.2.4.1 Instalaia de pompe a autospecialelor pentru stins incendii ................................... pag. 82 4.2.4.2 Elemente generale ....................................................................................................pag. 83 4.2.4.3 Instalaia hidromecanic pentru soluia concentrat de aditiv în ap .................. pag. 83 4.2.5 Reacia la eava de refulare............................................................................................... pag. 83 Anexa 4.1 Reograme ale unor soluii de polimeri ....................................................................... pag. 85 Anexa 4.2 Autospeciala de prevenire i stingere a incendiilor APCA R 12215 DFA................. pag. 86 Bibliografie capitolul 4 .................................................................................................................. pag. 88 Capitolul 5. Soluii de polimeri utilizate pentru reducerea pierderilor de sarcin. Elemente de fenomenologie........................................................................................... pag. 90 5.1 Fenomene asociate soluiilor de polimeri................................................................................. pag. 90 5.1.1 Soluii diluate de polimeri............................................................................................... pag. 90

5.1.2 Suspensii de materiale i particule fibroase.................................................................... pag. 92 5.1.3 Degradarea prin îmbtrânire a soluiilor de aditivi ...................................................... pag. 93 5.1.4 Degradarea mecanic a aditivilor.................................................................................. pag. 95 5.1.5 Degradarea termic a polimerilor ................................................................................. pag. 96 5.1.6 Efectul aditivilor asupra pierderilor locale de sarcin................................................... pag. 97 5.1.7 Transferul de cldur la soluiile de aditivi ................................................................... pag. 98

5.1.8 Comportarea aditivilor în soluii..................................................................................... pag. 99 5.1.8.1 Conformaia macromoleculelor în soluiile diluate............................................ pag. 99 5.1.8.2 Soluii coloidale de asociaie............................................................................ pag. 100 5.1.9 Efectul de prag............................................................................................................... pag.100 5.1.10 Reducerea maxim a rezistenei de frecare................................................................ pag. 101

5.1.11 Reducerea coeficientului λ în suspensiile de fibre.................................................... pag. 103

5.1.12 Reducerea coeficientului λ la curgerea turbulent a fluidelor aditivate ................. pag. 104 5.1.13 Profile de vitez medie ale soluiilor de polimeri........................................................ pag. 107 5.1.14 Intensiti ale fluctuaiilor turbulente pentru soluiile de polimeri............................. pag. 108 5.1.15 Importana regiunilor din vecintatea pereilor......................................................... pag. 109 5.2 Elemente referitoare la eficiena aditivilor polimerici............................................................ pag. 109 5.2.1 Proprieti ale polimerilor............................................................................................ pag. 109 5.2.2 Categorii de aditivi polietilenoxidici............................................................................ pag. 111 5.2.3 Categorii de aditivi poliacrilamidici............................................................................ pag. 111 5.2.4 Dependena vâscozitii de masa molecular............................................................. pag. 113 5.2.5 Compatibilitatea aditivilor cu mediul ambiant............................................................. pag. 114 5.2.6 Suspensii de amestecuri fibre - polimeri........................................................................ pag. 114 5.2.7 Fibre macroscopice de azbest........................................................................................ pag. 114 Bibliografie capitolul 5................................................................................................................. pag. 115 Capitolul 6. Metode de reducere i control a pierderilor de sarcin la utilizarea apei prin conducte i accesorii pentru stingerea incendiilor..................................... pag. 117 6.1 Elemente generale..................................................................................................................... pag. 117 6.2 Modaliti de optimizare a pierderilor de sarcin .................................................................. pag. 118 6.2.1 Modificarea rugozitii.................................................................................................... pag. 118 6.2.2 Reducerea fluctuaiilor turbulente................................................................................ pag. 119 6.2.2.1 Mecanisme de reducere a pierderilor de sarcin. Teorii.................................... pag. 119 6.2.3 Model de evaluare a rugozitii traseului de curgere .................................................... pag. 121 6.2.4 Evaluarea i controlul pierderilor locale de sarcin la creterea brusc a unei seciuni circulare ............................................................................................................. pag. 121 6.2.5 Evaluarea i controlul pierderilor de sarcin la aspiraia autospecialelor din surse artificiale /naturale de ap ....................................................................................... pag. 122


6.2.6 Evaluarea pierderilor de sarcin la furtunurile pentru stingerea incendiilor................ pag. 123 6.2.6.1 Evaluarea pierderilor de sarcin liniare ............................................................. pag. 123 6.2.6.2 Evaluarea pierderilor de sarcin locale .............................................................. pag. 123 6.2.7. Optimizarea pierderilor de sarcin la evi de refulare.................................................. pag. 124 6.2.7.1 Modelul unei evi de refulare .............................................................................. pag. 124 Bibliografie capitolul 6................................................................................................................. pag. 125 Capitolul 7. Elemente de fenomen referitoare la utilizarea jeturilor de ap. Curgerea liber cu frecare a jeturilor i intervenia pentru stingerea incendiilor... pag. 126 7.1 Elemente de fenomen cu privire la zonarea jeturilor de ap.................................................... pag. 126 7.1.1 Zona compact a jetului................................................................................................... pag. 126 7.1.2 Zona de destrmare a jetului ............................................................................................ pag. 127 7.1.3 Zona stropilor din jet ........................................................................................................ pag. 128 7.1.4 Elemente teoretice i de fenomen cu privire la distana de intervenie utilizând refularea apei prin evi universale pentru stingerea incendiilor...................................... pag. 129 7.2 Reglementri tehnice cu privire la utilizarea apei în cazul interveniei pentru stingerea incendiilor................................................................................................................................ pag. 130 7.2.1 Pierderile de sarcin în furtunuri...................................................................................... pag. 130 7.2.2 Determinri experimentale i cerine de proiectare pentru hidranii interiori de incendiu....................................................................................................................... pag. 130 7.2.3 Distana de intervenie utilizând refularea apei prin evi universale pentru stingerea incendiilor........................................................................................................ pag. 133 7.2.3.1 Hidrani interiori dotai cu furtunuri semirigide.................................................. pag. 133 7.2.3.2 Hidrani interiori dotai cu furtunuri plate........................................................... pag. 133 7.2.3.3 Unele concluzii pentru hidranii interiori dotai cu furtunuri plate i semirigide......................................................................................................... pag. 134 7.2.3.4 Avantaje/dezavantaje ale sistemului de stingere cu furtun semirigid................... pag. 134 7.3 Controlul riscurilor de deteriorare a furtunurilor plate pentru pompieri.................................... pag. 135 7.3.1 Msuri generale i specifice pentru controlul riscurilor de deteriorare a furtunurilor plate pentru pompieri................................................................................ pag. 135 7.3.2 Evaluarea riscurilor determinate de suprapresiuni în furtunurile plate........................... pag. 135 7.3.2.1 Furtunuri pentru stingerea incendiilor. Riscuri de deteriorare........................... pag. 137 7.4 Determinri experimentale la utilizarea evilor de refulare....................................................... pag. 138 7.5 Elemente de securitate a muncii la intervenia pentru stingerea incendiilor............................. pag. 139 7.5.1 Elemente generale ..............................................................................................................pag. 139 7.5.2 Riscul de fibrilaie ............................................................................................................. pag. 140 7.5.3 Rezistena electric a unui jet de lichid............................................................................. pag. 140 7.5.3.1 Model de evaluare a rezistenei electrice pentru un jet de ap...............................pag. 141 7.5.4 Stingerea cu ap instalaiilor electrice sub tensiune. Riscul de electrocutare................. pag. 141 7.5.4.1 Curentul electric de scurgere prin jetul de lichid.................................................... pag. 142

7.5.4.2 Impedana electric a unui jet de lichid. Model...................................................... pag. 144 7.6 Intensitatea curentului electric admisibil prin corpul uman................................................ pag. 145 7.5.1 Limitarea curentului de scurgere la niveluri admisibile........................................... pag. 147 7.5.2 Distane minime la stingerea incendiilor în zona instalaiilor electrice................... pag. 147 7.5.3 Principalele msuri pentru stingerea incendiilor în spaiul instalaiilor de joas tensiune.......................................................................................................... pag. 149 7.5.4 Principalele msuri pentru intervenia la stingerea incendiilor din spaiul instalaiilor de înalt tensiune.............................................................. pag. 150 7.5.5 Msuri pentru stingerea incendiilor la staiile electrice de înalt tensiune............ pag. 150 Anexa 7.1 Intervenia pentru stingerea incendiilor cu autospeciale.Riscuri.................................. pag. 152

A.7.1.1Pompa centrifug nu aspir (nu se amorseaz)............................................... pag. 152 A.7.1.2 Pompa centrifug aspir ap dar nu refuleaz.................................................pag. 152 A.7.1.3 Pompa se dezamorseaz................................................................................ pag. 154 A.7.1.4 Debitul pompei se afl sub valoarea normal (necesar)............................... pag. 154 A.7.1.5 Supraîncrcarea sistemului de antrenare...................................................... pag. 154 Anexa 7.2 Caracteristici de funcionare ale pompei p.s.i. 50/8..................................................... pag. 155 A.7.2.1 Sistemul de amorsare al pompei de ap p.s.i. 50/8 .......................................... pag. 155 Bibliografie capitolul 7.................................................................................................................. pag. 157 Capitolul 8. Pierderi de sarcin liniare la furtunuri plate pentru stingerea incendiilor utilizând autospeciale ale pompierilor. Determinri experimentale.......... pag. 159 8.1 Elemente generale..................................................................................................................... pag. 159


8.1.2 Determinri experimentale la ap fr utilizarea de aditivi polimerici la furtunuri plate tip C ..........................................................................................................................pag. 159 8.1.3 Determinri experimentale pentru ap cu utilizarea de aditivi polimerici la furtunuri plate tip C........................................................................................................... pag. 160 8.1.4 Determinri experimentale pentru ap i ap cu aditivi pe furtunuri plate tip B......... pag. 161 8.1.5 Determinri experimentale pentru ap fr utilizarea de aditivi la conducte din aliaj de aluminiu......................................................................................................... pag. 162 8.1.6 Rezultate i concluzii ale determinrilor experimentale................................................ pag. 163 Anexa 8.1 Schema instalaiilor speciale ale autospecialei de prevenire i stingere a incendiilor A.T.I. Roman 19256 DF.............................................................................................. pag. 177 Anexa 8.2 Principalele standarde care fac referire la instalaii, utilaje i accesorii din domeniul prevenirii i stingerii incendiilor ............................................................. pag. 183 Bibliografie capitolul 8 .................................................................................................................. pag.185 Capitolul 9. Concluzii generale în raport cu rezultatele prezentate în tez ..................................................... pag.187 9.1 Concluzii generale....................................................................................................................... pag.187 9.2 Principalele contribuii ale autorului la realizarea tezei ............................................................ pag.189 9.2.1 Contribuii cu caracter teoretic .......................................................................................... pag.189 9.2.2 Contribuii cu caracter practic ........................................................................................... pag.189 9.3 Principalele direcii de lucru /aciuni viitoare pentru continuarea i dezvoltarea cercetrilor prezentate în tez ...................................................................................................................... pag.190


Capitolul 1

Scurt istorie a evoluiei accesoriilor/instalaiilor de stingere cu ap i a substanelor de stingere a incendiilor. Conceptul de pierdere de sarcin liniar . Conceptul de aditivare pentru ap 1.1 Datri dinainte de naterea lui Hristos

Vestiii mecaniciti ai antichitii, Ctesibios i Heron, care au trit la mijlocul secolului al III- lea î.Hr., sunt cei crora le datorm primele descoperiri tehnice în domeniul prevenirii i stingerii incendiilor.[1.1] În general, nu exist suficiente mrturii care s ateste larga rspândire a pompelor manuale, dei, un alt discipol al lui Ctesibias, bizantinul Philon, scria c în secolul al III-lea, î.Hr., “s-a extins foarte mult fabricarea supapelor i cilindrilor...”; descoperirile arheologice, în acest sens, s-au materializat prin 9 pompe manuale, toate, datând din epoca roman. Se apreciaz faptul c, studiul mecanicii pompelor cu piston, a început aproximativ cu anul 300 î.Hr.[1.7] În anul 1997, pe timpul unor spturi arheologice, cercettorii germani, au descoperit o eav de refulare în zona Juülich Kirchberg din Germania, având lungimea de 1,10 m.[1.7] Acest accesoriu, reprezint cea mai veche dovad din Germania pân în prezent, ca de altfel, din Europa, fiind construit din tabl cu grosimi cuprinse între (2…4)mm i diametre cuprinse între 7 cm la intrarea în eava de refulare i 3 cm la ieirea din aceasta. Atestrile documentare, realizate în acest sens, pun în eviden faptul c, aceast descoperire a fost utilizat în perioada, în care, romanii cunoteau tehnologia pompelor i motopompelor. 1.2 Datri dup naterea lui Hristos

Primele accesorii, utilizate pentru stingerea incendiilor, atestate documentar, sunt cele care s-au aflat în dotarea „ vigiliilor” romani, denumii i „cohortes”, sub conducerea împratului Octavian Augustus, în anul 7, realizate pe principii militare; acestea sunt primele entiti organizaionale stabile, pentru stingerea incendiilor, în Roma imperial. Urmaii de astzi, ai acestora sunt pompierii italieni, care se numesc “ vigili dei fuoco”(paznicii focului). Aceste accesorii, au devenit clasice, prin vechimea dar i prin larga lor utilizare: cofe, glei etc.; acestea au constituit mult timp, singurele mijloace de intervenie utilizate la prevenirea, localizarea i stingerea incendiilor.[1.1],[1.2] Originar din Turcia, formularea tulumb, se traduce în limba român prin cuvântul pomp. Serviciul tulumbagiilor a luat fiin la Istanbul, în anul 1726, fiecare cartier al oraului, organizându-i propria entitate de tulumbagii. Prin filier fanariot, aceast form de organizare a ajuns i în rile române, aproximativ la mijlocul secolului al XVIII-lea, cea mai timpurie informaie despre existena


acesteia fiind dat de Ionescu Gion, care scria: “ … în timpul lui Mavrogheni, se organizeaz mai bine corpul tulumbagiilor, adic al pompierilor… ”.[1.1],[1.2] Preocuprile de asigurare a unor fore cât mai numeroase, oblig autoritile, în spe, pe cele din Bucureti, s preconizeze întocmirea unor forme de organizare, care s aib la baz, conceptul de voluntariat. În acest sens, s-au importat 8 pompe manuale din Petersburg, fiind adus i un instructor pentru instruirea personalului , în acest sens .[1.2],[1.3] Tulumbagii sunt atestai documentar în catagrafia ieean, din anul 1820.[1.2] În scopul realizrii unor soluii eficiente, au fost construite “ putile de ap ” care se numeau i ” prosci”, numind obiectul, cu verbul aciunii sale, a împroca; acestea erau alctuite dintr-un cilindru metalic cu lungimea de (60…80) cm i un piston.[1.2] Prin acionarea unui piston, pompa absoarbe ap dintr- un recipient, de regul gleat sau cof, aproximativ, (2…3)litri de ap, care apoi, printr-o apsare puternic, aceasta era refulat la distane suficient de mari, în raport cu focarul incendiului. Aceste accesorii, erau originare din Nürnberg fiind construite primar, în secolul al XV-lea; acest ora este punctul de dezvoltare al multor invenii în domeniul luptei împotriva incendiilor, care, la rândul lor au deschis seria pompelor cu “gât de barz”; aceste “proci” au aprut pentru prima dat, în Transilvania i ulterior în celelalte ri române, aproximativ pe la mijlocul secolului al XVII-lea. Marile inconveniente ale acestui tip de pomp manual, erau atât debitul redus cât i faptul c jetul de ap, era periodic, întrerupt, datorit necesitii de realimentare; soluia a fost montarea la partea inferioar a cilindrului care se introducea în recipient, a unei supape de absorbie; evacuarea apei, se realiza printr-o a doua eav, montat de asemenea, la partea inferioar a cilindrului, dispus îns, lateral. Se realiza astfel, un jet continuu de ap; ulterior, la partea superioar a evii laterale, a fost montat o alt eav de dimensiuni mai mici, dispus în plan vertical, aceasta din urm devenind, eava de refulare. Evoluând, pompele manuale cu un piston i eav rigid de refulare, au dat natere unui nou tip de pomp manual aa numita pomp tip “cârj ”, utilizat pe teritoriul rii noastre, mai ales în Transilvania, începând cu primele decenii ale secolului al XIX-lea. Referitor la pompa lui Heron, se apreciaz c aceasta a fost redescoperit de ctre europeni, în anul 1602, când Akkar Aschausen ofer prmriei din Nürberg, o pomp, care descris ulterior, în lucrarea, “ Theatrum machinarum” a lui Zeisig Henrik, tiprit la Leipzig, în anul 1614, era asemntoare celei inventate de Heron .[1.2],[1.4] Este posibil ca aceast redescoperire, s fie valabil numai pentru Europa nu i pentru Africa, respectiv în Egipt, unde în aceeai perioad, la Cairo, funcionau pompe acionate de animale pentru scoaterea apei de la mare adâncime; în timpul campaniei din Egipt, savanii care însoeau armata lui Napoleon, au remarcat faptul c, pompierii din Alexandria, utilizau pompe manuale cu eav rotativ, gen “ gât de barz ”, asemntoare pompei lui Heron. [1.2],[1.5] Pasul urmtor realizat în acest domeniu, este un nou tip de pomp manual care îl are ca inventator pe Hans Hautsch din Nürnberg, în anul 1655; elementul de noutate îl constituia la data respectiv, faptul c, pompa era acionat nu de un balansier, ci prin intermediul a dou bare orizontale. Un alt pas, este realizat de ctre olandezul Jan van der Heyde (1637…1712) care a revoluionat tehnica utilajelor de stins incendii; este renumit, pentru picturile sale, în care a materializat, în mod curent, intervenia oamenilor la stingerea unor incendii.[1.2] În anul 1690, Heyde, public o lucrare i aduce la cunotina lumii tiinifice, noua sa invenie, o pomp, prezentându-i avantajele fa de pompa cu “gât de barz”, materializate, prin:


gabarit redus, care mrea gradul de manevrabilitate al acesteia; alimentarea cazanului de ap, nu se mai realiza cu ajutorul „lanului de glei„ (transportate din mân în mân), ci prin intermediul sorbului de ap, acesta fiind din punct de vedere tehnic, o pomp cu piston, care prin utilizarea presiunii, genera debit de ap, de la surs la cazanul conex acesteia; “gâtul de barz”, era înlocuit cu un furtun având structura din piele natural, întrit cu inele din cupru, la captul su, având montat o eav de refulare. În anul 1795, Iosif Polgar, meter în Sibiu, inventeaz o main care prin fora omului, putea fi utilizat la stingerea incendiior. [1.2] Este de remarcat, din acest punct de vedere, cea mai timpurie referin în domeniu, care este atribuit lui Krameyer, C., în articolul: “ Die Bekämpfung der Schadenfeur ”, publicat la Berlin în anul 1891, în care, acesta trateaz prevenirea pagubelor generate de utilizarea apei la stingerea incendiilor.[1.10] Tema în spe, este tratat i de ali autori, printre care se enumer: Pallavicini, J., în lucrarea “ Die Kleinfeuerwehr”, publicat în anul 1927 la St. Pöllten, respectiv, Rempe, A., în lucrarea “ Feuerlöschmittel Eigenschaften - Wirkung - Anwendung ”, publicat la Stuttgard, în anul 1993.[1.10] 1.3 Scurt istorie a conceptului de pierdere de sarcin liniar Dintre primii oameni de tiin care au avut preocupri în domeniul pierderilor de sarcin în conducte, a fost i Henry Philibert Gaspard Darcy (1803...1858), hidraulician francez [1.33] Sunt de remarcat ca având preocupri referitoare la pierderile de sarcin, la curgerea apei în conducte circulare, cercettorii Schlichting, Moody i Perry în anii 1936, 1947, respectiv în anul1969. [1.29] În anul 1856, Darcy, împreun cu Henry Emile Bazin (1829...1917), public unele date despre o form a unui tub Pitot, invenia aparinând lui Henry de Pitot(1695…1771), înc din anul 1732.[1.35] În anul 1845, cercettorul Julius Weisbach (1806…1871), a propus, utilizarea unei relaii pentru pierderile de sarcin liniare, dat de :

g

u

d

lhr

⋅=

2

2

λ . (1.1)

De asemenea, tot Weisbach, are contribuii la determinarea expresiei coeficientului pierderilor de sarcin liniare, pe cale experimental. Weisbach, realizeaz interesul su pentru hidraulic i mecanica fluidelor, dup vizita la Expoziia de Industrie de la Paris, din anul 1839 i de asemenea dup Expoziia Internaional de la Paris din anul 1855. În aceeai perioad, Prony, dezvolt o alt relaie pentru pierderile de sarcin. În anul 1857, Darcy, public o nou form a relaiei lui Prony urmare unor determinri experimentale realizate în conducte cu diametre cuprinse între 12mm i 0,5 m. În acelai context, preocupri privind problema pus în discuie, le-a avut la începutul secolului XX, cercettorul Ludwig Prandtl (1875…1953) care, împreun cu studenii si, Theodor von Kármán (1881…1963), Paul Richard Heinrich Blasius (1883…1970) i Johann Nikuradse (1894…1979), au încercat s realizeze o expresie analitic a coeficientului de rezisten hidraulic, λ utilizând teoria lui Prandtl, pentru curgerea la peretele conductei.


Se apreciaz c Blasius, este primul, care a aplicat teoria similitudinii pentru a stabili dependena relaional: (Re)λλ = , (1.2) în anul, 1913.[1.34] Pentru conducte netede corespunztoare domeniului 4000 < Re < 80000, Prandtl a determinat relaia:[1.34]

4

1

Re3164,0−

⋅=λ . (1.3) În anul 1943, Hunter Rouse (1906…1996), formuleaz pentru prima dat i aduce la cunotiina lumiii tiinifice, faptul c relaia (1.1), este necesar, pentru corectitudinea i exactitatea datelor, inclusiv din punct de vedere istoric, s poarte denumirea de relaia lui Darcy - Weisbach.[1.34] Preocupri i contribuii în domeniul pierderilor de sarcin, au avut i cercettorii: Antoine Chézy (1718…1798), Claude Couplet (1642…1722); Charles Bossut (1730…1799); Pierre Du Buat(1734…1809); Gaspard Riche de Prony (1755…1839); Johann Eytelwein (1764…1848), J.T. Fanning (1837…1911), Lewis Moody (1880…1953). 1.4 Importana problematicii privind fenomenul de aditivare 1.4.1 Scurt istorie a cercetrilor realizate în domeniul aditivrii cu polimeri la lichide Reducerea consumului de energie reprezint o problem vital pentru dezvoltarea economic i social prezent i în perspectiv. Aceast stare, a condus la intensificarea cercetrilor privind modalitile de reducere a consumurilor în general i din punct de vedere energetic în particular; un caz aparte îl reprezint utilizarea aditivilor pentru reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor, stare de fapt, care reprezint o preocupare tehnic remarcabil din ultimele decenii.[1.11] Importana pe care o prezint apa ca constituent al vieii pe pmânt, a determinat în decembrie 2000, a 57-a Adunare Plenar a Naiunilor Unite, s declare anul 2003, ca an Internaional al apei dulci; de asemenea, în acelai context, în luna martie 2003, minitrii i efii de delegaii din 170 de state i 43 de organizaii s-au reunit în oraul japonez Kyoto, unde au definitivat declaraia final pentru cel de-al treilea Forum mondial al Organizaiei Naiunilor Unite, consacrat apei.[1.6] Una dintre problemele actuale i de perspectiv, conexate cu subiectul tezei, este cantitatea de ap consumat pentru stingerea incendiilor. Din acest punct de vedere, introducerea/prevederea din faza de proiectare a cldirilor civile/industriale, cu hidrani de incendiu interiori dotai cu furtunuri semirigide/plate, precum i utilizarea de autospeciale de prevenire i stingere a incendiilor, dotate cu evi universale, permite realizarea unor economii, materializate în cantiti mari de ap.[1.8],[1.9] Se apreciaz c începutul studiilor tiinifice cu privire la fenomenul de turbulen aparine lui Osborne Reynolds, bazele cercetrilor sale, datând din anul1883.[1.19]

Fenomenul fizic a fost precizat urmare unor cercetri mai ample de ctre englezul B.A. Toms, primele rezultate fiind publicate de ctre domnia sa, în anul 1948; fenomenul, const în reducerea eforturilor tangeniale de frecare la curgerea prin conducte a lichidelor, care conin o anumit concentraie, cu ordinul ppm, de polimer, consecina fiind, reducerea pierderilor de sarcin. [1.11],[1.22],[1.25],[1.27],[1.28]


Cercetri sistematice privind influena aditivilor asupra pierderilor de sarcin s-au dezvoltat practic, dup anul 1965. Odat cu dezvoltarea acestui domeniu, a devenit din ce în ce mai clar, faptul c fenomenul de reducere a frecrii utilizând aditivi nu este deloc un fenomen recent. În anul 1972, Hoyt, a pus în eviden constatarea conform creia se obinea o cretere a debitului râurilor încrcate cu noroi, înc din anul 1880. Acesta citeaz referine despre observaiile efectuate în anul 1880, în legtur cu fluviul Mississippi i unele observaii din anul 1921, în legtur cu fluviul Nil.[1.29] O categorie aparte de noroi, asimilat ca aditiv natural generat de unele alge în canale, a fost pus în eviden de Hawkridge i Gadd în anul 1971.[1.29] Rezultatele obinute nu au fost concludente, îns s-a dovedit ulterior de ctre Kobets, Matjuk i Migrenko în anul 1974, c secreiile unor peti au proprieti identice cu cele ale aditivilor, adic, de reducere a rezistenei la înaintare. [1.29]

Este de remarcat faptul c, referitor la „efectul Toms”, pân în anul 1961 se cunotea despre existena a 33 lucrri, iar în perioada anilor 1962...1965 au fost cercetate, prelucrate i redactate un numr de 95 lucrri; spre exemplu, pân în anul 1976 se publicaser peste 1000 de lucrri având caracter teoretic i/sau experimental.[1.12],[1.13],[1.16] Prima lucrare care conine observaii experimentale privind reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor prin conducte a fost prezentat de ctre Toms la primul Congres Internaional de Reologie din Olanda în anul 1948 care, studiind degradarea mecanic a soluiilor de polimeri, la curgerea prin conducte, a determinat c acestea necesit un gradient de presiune mai mic decât solventul pur, pentru a se obine aceeai vitez de curgere; determinrile experimentale ale acestuia dateaz din anul 1946. [1.11],[1.30] Exemple particulare privind reducerea fenomenului de frecare la curgerea fluidelor generat de existena unor cantiti reduse din alte substane, sunt întâlnite anterior; în anul 1883, s-a înregistrat o mrire a vitezei de curgere a apei, în râurile cu coninut de mâl. De asemenea, Hele - Shaw în anul 1897, studiind frecarea de suprafa la animalele marine, a încercat s simuleze fenomenul de alunecare datorat secreiei vâscoase, adugând în ap, secreie biliar, obinând astfel o reducere a rezistenei la curgere. În perioada celui de-al doilea rzboi mondial, Mysels a observat c pierderile de sarcin la curgerea prin conducte a benzinei, în care s-a adugat napalm, aceasta din urm fiind o substan tensioactiv, sunt mult mai reduse comparativ cu benzina neaditivat, procedeu care, a fost brevetat în anul 1949. Pân în anul 1961, când Savins a evideniat implicaiile practice ale fenomenului de reducere a pierderilor de sarcin, cercetrile au avut doar un caracter sporadic. Dup aceast perioad au fost dezvoltate studii sistematice care au cuprins aspectul teoretic, experimental i aplicativ al problemei; aceste studii s-au intensificat începând cu anul 1965. Este posibil ca cel mai important moment de timp în dezvoltarea subiectului, s fie determinat de descoperirea accidental în industria extractiv a petrolului, a lubrifiantului guar - gum, care în procesul de forare a condus la reducerea fenomenului de frecare a fluidului extras. Conform observaiilor lui Hoyt din anul 1972, descoperirea menionat, a declanat interesul militar în acest sens i a determinat dezvoltarea acestui fenomen, în dou direcii: [1.29] - descoperirea proprietilor de reducere a rezistenei la înaintare prin introducerea de polietilenoxid în ap, de ctre Fabula, Hoyt i Crawford în anul 1963, acesta fiind practic cel mai eficient aditiv care, la o concentraie de 0,5 ppm poate reduce fenomenul de frecare turbulent în ap, pân la 40%;[1.29] - descoperirea de ctre Ellis în anul 1970, a fenomenului de reducere a frecrii turbulente pentru suspensiile din fibre de azbest în ap, situaie comparabil cu utilizarea celor


mai eficieni polimeri; noutatea adus de Ellis consta în faptul, c lungimile erau foarte mari, flexibile i subiri, cu un raport lungime / diametru excelent (cu ordinul de mrime egal cu 105).[1.29]

Utilizarea, într-o manifestare internaional, a termenului de reducere a pierderilor de sarcin, a avut loc prima dat la cel de-al V-lea Simpozion de hidrodinamic naval, micare a navelor i reducere a pierderilor de sarcin, care a avut loc în anul 1964, în Norvegia.[1.17],[1.19] În anul 1968, s-a determinat c pentru soluii diferite de polimeri în ap, la curgerea prin conducte, reducerea procentual a pierderilor de sarcin, depinde în esen de efortul tangenial la perete.[1.18] Importana aditivrii cu polimeri a impus construcia primului laborator de reducere a pierderilor de sarcin înfiinat, în anul 1970, la Universitatea din Cambrige, precum i necesitatea susinerii unui simpozion care a fost organizat în Massachusetts, Atlanta (S.U.A.),în anul 1971, Simpozionul privind reducerea pierderilor de sarcin în soluiile de polimeri din anul 1972, la St. Louis, Statele Unite ale Americii precum i la Conferina Internaional de reducere a pierderilor de sarcin de la Cambrige (U.K)., în anul 1974, respectiv în anul 1977. [1.14],[1.15],[1.20],[1.21] Pân în prezent, singurul cercettor care a reunit cele mai multe date în domeniul turbulenei, într-o publicaie tiinific, este Mc Comb W.D., profesor universitar doctor, la Facultatea de Fizic a Universitii din Edinburgh (U.K.), care a pus în eviden o serie de cercetri din perioada anilor 1883 ...1997. [1.29] 1.4.2 Importana i actualitatea fenomenului de aditivare la ap Preocuparea permanent privind cercetrile în domeniul utilizrii aditivilor, reprezint o activitate care depete în timp mai mult de jumtate de secol de cercetri i studii aprofundate i mai mult de un secol de observaii în acest sens. Utilizarea aditivilor de tip sintetic sau natural (colagenic care conin proteine de origine animal), reprezint o modalitate de reducere eficient a pierderilor de sarcin în: conducte, canale, furtunuri pentru pompieri, instalaii de sprinklere, instalaii de drencere, instalaii de termoficare, sisteme de irigaii în agricultur, conducte magistrale de ap, conducte pentru transportul particulelor solide sub form de suspensii în lichide, în sistemele urbane de canalizare, pentru îmbuntirea propulsiei navelor, pentru mrirea vitezei de deplasare i /sau a reducerii consumului de carburant, în circuitele industriale de rcire, pentru îmbuntirea performanelor mainilor hidraulice, în cazul operaiilor de forare la sondele de petrol, aplicaii biomedicale etc.[1.23],[1.24],[1.26],[1.28],[1.31],[1.32] 1.5 Scurt istorie a modului de utilizare a apei pentru stingerea incendiilor În acelai context, este important s se cunoasc faptul c, utilizarea apei pentru stingerea incendiilor, i-a mrit domeniul de aplicabilitate, în spe dup anul 1930, prin utilizarea spumei aeromecanice, spumanilor proteinici, apa pulverizat sub form de cea etc.[1.36]

În anul 1900, s-a utilizat pentru prima dat spuma aeromecanic la stingerea incendiilor.[1.36]

În anul 1930, s-a obinut primul spumant proteinic prin degradarea cu sod caustic a coarnelor i copitelor de bovine, iar în anul 1950, s-au obinut primii spumani sintetici pe baz de compui tensioactivi.[1.36]


În perioada anilor (1939…1945), a fost dezvoltat conceptul potrivit cruia, pentru stingerea incendiilor la rezervoarele de carburani, s-a introdus spum chimic la baza acestora, procedeu inovator pentru vremea aceea.[1.38]

La începutul secolului XX, în Rusia, Laurant, D., unul dintre primii cercettori, în domeniu, a realizat numeroase determinri experimentale, pentru utilizarea unei instalaii pentru aplicarea spumei pe suprafaa lichidelor inflamabile; din acest punct de vedere, cele mai multe determinri experimentale, au fost realizate de ctre cercettorul Willi Schrodter, în anul 1941, în Germania, rezultatele fiind parial publicate în Feuerschutztechnik nr.2/1942. [1.38],[1.39]

Începând cu anul 1960, în spumanii sintetici i în spumanii proteici, s-au introdus compui activi cu fluor (compui fluoresceni), care au îmbuntit pozitiv caracteristicile de stingere ale acestor substane.[1.36] Studiul ceii de ap s-a realizat pentru prima dat în Germania, în anul 1950; studii aprofundate, se realizeaz, începând cu anul 1980, în Suedia.[1.36],[1.37],[1.43]

1.5.1 Proprieti ale apei utilizat ca substan pentru stingerea incendiilor

Apa ca substan de stingere are o mare capacitate de absorbie a cldurii raportat la cldura specific i la cldura latent de vaporizare; aceste caliti, o fac s fie extrem de eficient pentru stingerea incendiilor de materiale solide combustibile (clasa de incendiu A).

Efectul principal al apei la stingerea unui incendiu, îl constituie rcirea materialului supus fenomenului de ardere/combustie; în contact cu materialul aprins, apa absoarbe cldur, se transform în vapori i prin saturarea spaiului de la vecinti, limiteaz accesul aerului spre focarul incendiului.

Cldura latent de vaporizare a apei, este de aproximativ 243,58 J, la temperatura de 298,15 K, proprietate, care îi confer acesteia, caliti ca substan de stingere/de rcire.[1.41]

Apa prezint anomalia de a avea volumul minim la temperatura de 4°C; coeficientul de dilatare termic izobar α este pozitiv pentru toate lichidele cu excepia apei care are valoarea α <0 sau α >0, dup cum temperatura acesteia este t < 277,15K sau t > 277,15K.[1.41]

Aceast situaie implic dezavantaje, pentru ap, fiind necesar utilizarea aerului comprimat în spaiile, în care exist risc de înghe (instalaii speciale de sprinklere etc).

Cldura specific a apei la presiunea atmosferic normal ( ≅ 0,1MPa) i la temperatura de 293,15 K este egal cu 4,1868 kJ/kg (1kcal/kg). [1.41]

La temperatura de 373,15 K i presiunea de ( ≅ 0,1MPa), apa trece în stare de vapori; 1 litru de ap la temperatura de 283,15K, are nevoie pentru a se evapora complet de 2629,22 kJ, generându-se aproximativ (16...17) 210⋅ l de abur. [1.41]

Conductivitatea termic a apei este redus i o dat cu creterea temperaturii, aceasta crete relativ puin; la temperatura de 375,15 K, coeficientul de conductivitate termic al apei este λ = 0,6815 W/mK; aceast observaie pune în eviden faptul c din acest motiv, stratul de ap pe suprafaa unei substane incendiat genereaz o izolaie termic eficient. [1.41]

Densitatea apei la temperatura de 277,15 K, este egal cu aproximativ 1000 kg/m3, iar la temperatura de 373,15K, aceasta este de aproximativ 0,958958kg/m3; datorit densitii relativ mare a apei, aceasta nu se utilizeaz ca substan pentru stingerea produselor petroliere albe, care au densitate mai mic fiind insolubile în aceasta. [1.41] 1.6 Alte substane utilizate pentru stingerea incendiilor


Dinamica dezvoltrii economiei unor state, a generat în mod implicit, dezvoltarea cercetrilor pentru realizarea unor substane necesare stingerii incendiilor. Problema cea mai important din punct de vedere al respectrii legislaiei privind efectele acestor substane pentru stingere, asupra mediului, este de înlocuire a halonilor.[1.42] Din aceast perspectiv, una dintre soluiile recent introduse pe pia, este reprezentat, spre exemplu, de fabricarea substanei de stingere, de sintez, denumit, Novec 1230, care este practic, o alternativ la Halonul 1301.[1.42] Aceasta, este o fluoroketon de ultim generaie, înregistrat sub indicativul FK5-1-12 în standardul NFPA 2001 i în standardul ISO 14250, fiind în esen, un lichid clar/limpede, fr culoare sau miros i care nu genereaz reziduuri pe echipamente etc., în spaiul protejat.[1.42] Substana se stocheaz sub form de lichid, i vaporizeaz dup descrcarea/refularea sa; efectul principal este de scdere a temperaturii/rcire a spaiului în care are loc combustia. Novec 1230, are coeficientul de distrugere a ozonului ODP = 0, o durat de remanen în stratosfer a produilor de descompunere termic ALT = 5 zile i coeficientul de înclzire global GWP = 1. [1.42] Bibliografie capitolul 1 [1.1] Ionescu, G.- Istoria Bucurescilor, Bucureti, 1899, pag.35. [1.2] Panuru, I. - File din istoria pompierilor români, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1983. [1.3] Cojocaru, I.- Documente privitoare la economia rii Româneti, volumul I, pag.33, Bucureti, 1958. [1.4] Sommer, P. - Das Grosse Buck der Feuerwerhr, Frankfurt, Germania, 1975. [1.5] *** A tüzendeszet fejlödse, Budapesta, Ungaria, 1960. [1.6] Constana, E. - Revista Pompierii Români, nr.12/2003, Editor, Inspectoratul pentru Situaii de Urgen, Bucureti, 2003. [1.7] Constana, E. - Revista Pompierii Români, nr.12/2004, Editor, Inspectoratul pentru Situaii de Urgen, Bucureti, 2004. [1.8]*** SR EN 671-1/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului, Sisteme echipate cu furtunuri, Partea 1: Hidrani interiori cu furtun semirigid, Institutul Român de Standarizare, Bucureti, 1996. [1.9]*** SR EN 671-2/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului, Sisteme echipate cu furtunuri, Partea 1: Hidrani de perete echipai cu furtunuri plate, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1996. [1.10] Schafer, C., Constana, E.- Apa pentru stingerea incendiilor, Buletinul Pompierilor1(7)/2002, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 2002. [1.11] Toms, B., A. - Some observations on the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds number, Proc. 1st Inter. Congres on Rheology, volume II, pg.135…141, North Holland,1949. [1.12] White, A., Hemmings, J.,A.,G. - Drag reduction by additives, Review and bibliography, B.H.R.A. fluid engineering, S.U.A., 1976. [1.13] Lumley, J., L. - Drag reduction in turbulent flow by polymer additives, J. Polymer Science, Macromol. Reviews, volume 7, pg.263…290, S.U.A., 1973. [1.14]∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ Lucrrile primei conferine internaionale privind reducerea frecrii în lichide, B.H.R.A. fluid engineering, Cambridge, United Kingdom, 1974. [1.15]∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ Lucrrile celei de-a doua Conferine Internaionale privind reducerea frecrii în lichide, B.H.R.A. fluid engineering, pg. 20…30, Cambridge , United Kingdom,1977. [1.16] Leca, A., Hubert, I., Ionescu, D.- Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor cu ajutorul aditivilor, Consideraii generale, Revista de Chimie, volumul 32, nr.10, pag.982…987, Bucureti, 1981. [1.17] Volkart, P., Hänger, M. - Die Verwendug reibungsmindernder Zusätze in der Feuerlöschhechuik, Gas-Wasser-Abwasser, volume 54, nr.11, pg.501…506, R.F.G.,1974. [1.18] Leca, A., Leca, M. - Aditivarea lichidelor, soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti, 1982. [1.19] Leca, A., Hubert, I., Leca, M. - Pressure drop and heat transfer for water with polymer additives, Revista de Electrotehnic i Energetic, volumul 26, nr.2, pag. 305…314, Bucureti, 1981. [1.20] Sellin, R.,H.,J. - Drag reduction in sewers, first results form a permanent installation, Journal of Hydraulic Research, volume 16, nr. 4, pag. 357…371. S.U.A., 1978. [1.21] Leca, A., Leca, M., Chiujdea, C., Bedros, N., P. - Cercetri privind aditivitatea apei în vederea reducerii pierderilor de sarcin, Buletinul Institutului Politehnic Bucureti, seria Mecanic, volumul XLIII, nr. 4, pag. 195…198, Bucureti,1981. [1.22] Arnbom, L., Hagstrand, U. - Toms’effect in district heating tube systems, Report 1977, S.V.F.50, pg. 64, Suedia, 1977.


[1.23] Popescu, G. - Hidrauica fluidelor aditivate, Referat nr.3 pentru doctorat, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, 2006. [1.24] Chiujdea, C. - Contribuii privind utilizarea aditivilor polimerici asupra curgerii fluidelor cu aplicaii în hidroenergetic. Tez de doctorat, Facultatea de Energetic, Universitatea „Politehnica” Bucureti, 1998. [1.25] Tomita, Y. - Pipe flows of dilue agnuos polymer solution, part 1, experimental study of pipe friction coefficient, Bulletin of the J.S.M.E., pg. 926…933, volume 13, no. 61, S.U.A., 1970. [1.26] Chiujdea, C., Georgescu, A. - Efectul Toms. Studii i cercetri de mecanic aplicat, Editura Academiei Române, Bucureti, 1991. [1.27] Exarhu, M., Chiujdea, C. - Hidrodinamica lichidelor neomogene i a soluiilor de polimeri, Editura Bren, Bucureti, 2000. [1.28] Popescu, G. - Efectul Toms. Rezultate obinute în domeniul stingerii incendiilor, publicaia „Alo,981!”, nr. 52, Editor Brigada de Pompieri „ Dealul Spirii” a Capitalei, Bucureti, august, 1996.

[1.29] Mc Comb, W., D. - Turbulena fluidelor, Editura Tehnic, Bucureti, 1997. [1.30] Rdulescu, V., Rdulescu, N. - Curgerea prin conducte circulare cu aport de debit uniform distribuit, A doua Conferin a Hidroenergeticienilor din România, (24…25) mai, Bucureti, 2002. [1.31] Leca, A., Leca, M., Nistreanu, V., Bedros, N. P. - Posibiliti de reducere a energiei de pompare a lichidelor cu aditivi polimerici, Lucrrile Colocviului de Mecanica fluidelor i aplicaiile ei tehnice, pag. 137…142, (12…13) octombrie, Constana, 1980. [1.32] Leca, A., Leca, M., Bedros, N., P. - Reducerea energiei de pompare la curgerea prin conducte a lichidelor aditivate, Aplicaii practice, Revista “ Hidrotehnica”, volumul 28, pag.165…168, Bucureti, 1984. [1.33] Cioc, D. - Hidraulic, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1975. [1.34] Brown, G.,O. - The History of the Darcy - Weisbach, Equation for Pipe Flow Resistance, in Environmental and Water Resources History, A. Fredrich and J. Rogers eds., ASCE Reston, VA pg.34...43, 2002. [1.35] Brown, G.,O. - Henry Darcy’s perfection of the Pitot tube, in Henry P.G. Darcy and Pioneers in Hidraulics: Contributions in Celebration of the 200 th Birthday of Henry Philibert Gasparad Darcy, G.,O., Brown, J.,D., Garbrecht and W.,H., Hage, eds. ASCE Reston, VA pg.14...23, 2002. [1.36] Popescu, G., Buril, C. - Protecia mediului. Influena incendiilor i substanelor de stingere asupra mediului, Proiect de diplom, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliie “ Alexandru Ioan Cuza”, Bucureti. 2006. [1.37] Pavel, D., Darie, E., Popescu, G. - Aspecte termohidraulice privind utilizarea ceii de ap la stingerea incendiilor, Buletinul Pompierilor nr.2/2006, pag.152...151, Editura Ministerului Administraiei i Internelor, Bucureti, 2006. [1.38] *** Protecia rezervoarelor cu hidrocarburi prin introducerea pe la baz a spumei, Referat prezentat de delegaia pompierilor din Anglia, la al IX - lea Simpozion al Comitetului Tehnic Internaional pentru Prevenirea i Stingerea Incendiilor, 28 iulie/1 august, 1975, Londra, publicat în volumul: Studii i referate privind prevenirea i stingerea incendiilor, Manifestri tiinifice Internaionale, Londra 1975/Magdeburg 1975, pag.167...198, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1976. [1.39] *** Stingerea incendiilor la rezervoarele de petrol, Referat prezentat de delegaia pompierilor din Suedia, la Lucrrile celei de-a XI-a Consftuiri a pompierilor din unele ri socialiste, (7...15) septembrie, 1975, Magdeburg, R.D.German, publicat în volumul: Studii i referate privind prevenirea i stingerea incendiilor, Manifestri tiinifice Internaionale, Londra 1975/Magdeburg 1975, pag.204...206, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1976. [1.40] erban, M.- Aspecte privind utilizarea spumanilor concentrai biodegradabili. Terminologie specific, Lucrrile Sesiunii de comunicri tiinifice a Facultii de Pompieri, ediia a IV-a, “ SIGPROT- 2001” 25 mai 2001, pag.131…142, Editura Ministerului de Interne, 2001. [1.41] Golovanov, N., Eleonora, D., Darie, E, Popescu, G.- Analiza comparativ a unor sisteme de prevenire/stingere a incendiilor la transformatoarele de mare putere. Riscuri la funcionare i conexe, Conferina tehnico - tiinific naional cu participare internaional “ Instalaii pentru construcii i economia de energie” ediia a XVI-a, (6…7)iulie 2006, Iai, pag.255...263, Editura Cermi, Iai, 2006. [1.42] Horia, M., N. - Ageni ecologici alternativi pentru înlocuirea halonilor în sistemele de stingere a incendiilor prin inundare total, Conferin cu participare internaional “Calitatea materialelor, construciilor i instalaiilor - cerin esenial de protecie la foc”, 10 noiembrie 2004, Timioara, Editura Politehnica 2005. [1.43] Andersson, P., Arvidson, M., Holmstedt, G.- Aspecte teoretice i experimentale la scar mic ale stingerii cu cea de ap, Universitatea Lund, Institutul Tehnologic, Germania, 1996.


Capitolul 2 Elemente de hidrodinamic cu aplicaii la conducte cu seciune circular i furtunuri pentru stingerea incendiilor. Conceptul de turbulen 2.1 Caracteristici ale turbulenei lichidelor de tip newtonian Principalele caracteristici ale turbulenei sunt: [2.7] - neregularitatea: curgerea turbulent este neregulat, întâmpltoare i haotic; curgerea const într-un spectru de vârtejuri, în care cele mai mari vârtejuri, depind de lungimile caracteristice; la captul cellalt al spectrului de pulsaii, coexist vârtejurile mici care provin din forele de vâscozitate disipate în energie intern; dei turbulena se manifest haotic, în acelai timp, aceasta are caracter determinist, fiind descris de ecuaiile Navier - Stokes; - difuzivitatea: în curgerile turbulente aceasta crete, ceea ce înseamn c, rata de disipare crete pe msur ce curgerea devine turbulent; - numrul Reynolds: curgerile turbulente sunt caracterizate de numere Reynolds mari ( 3104 ⋅ /104...105); - tridimensionalitatea: curgerea turbulent este întotdeauna tridimensional; atunci când ecuaiile sunt mediate în timp, se poate considera curgerea ca fiind bidimensional; - disiparea: curgerea turbulent are caracter disipativ; vârtejurile mici primesc energia cinetic de la vârtejurile mai mari, acestea primindu-i energia de la vârtejurile mai mari decât ele, i aa mai departe; vârtejurile mari îi extrag energia din micarea propriu-zis a fluidului; procesul de transfer al energiei de la vârtejurile mari la vârtejurile mici, este denumit “proces în cascad ”; - continuitatea: dei vârtejurile de turbulen mici la curgere sunt mult mai mari decât scara molecular, se poate considera curgerea ca având caracter continuu; - vârtejurile de turbulen: exist o gam larg de vârtejuri în micarea turbulent; vârtejurile mai mari depind de lungimile caracteristice; aceste vârtejuri primesc energia cinetic din micarea propriu-zis a fluidului; pulsaiile de vitez care corespund vârtejurilor mici au o frecven mai mare în timp, decât cele ale vârtejurilor mari; - interaciunea dintre viteza de rotaie i gradientul vitezei: aceast interaciune este esenial pentru a genera i menine starea de turbulen; în acest proces de interaciune se identific dou fenomene, întinderea vârtejului i rotaia vârtejului. - spectrul energiei: vârtejurile turbulente sunt distribuite pe o scar care începe cu cele mai mari vârtejuri, care interacioneaz cu micarea principal, pân la cele mai mici, unde are loc fenomenul de disipare; energia vârtejurilor de la k la k + dk, poate fi exprimat prin:

dkkE ⋅)( , (2.1) pentru care, expresia de mai sus exprim contribuia vârtejurilor cu numr de und între k i k + dk, la energia cinetic turbulent .


Dimensiunea numrului de und este invers proporional cu lungimea de und; se deduce astfel, c numrul de und este invers proporional cu raza unui vârtej.

Energia cinetic turbulent, se obine prin integrare pe întreg domeniul numrului de und, adic:

∞

=0

)( dkkEk . (2.2)

Energia cinetic turbulent reprezint suma energiilor cinetice mediate în raport cu

cele 3 componente ale pulsaiilor de vitez, adic:

iizzx uuuuuk ⋅⋅=

++⋅=

2

1

2

1 222 . (2.3)

2.1.1 Pulsaiile turbulente Energia cinetic a vârtejurilor mari este disipat în favoarea vârtejurilor mai mici, cu

care acestea interacioneaz; de-a lungul procesului, considerat în “cascad”, energia cinetic este transferat de la vârtejurile mari la vârtejurile mici; pentru vârtejurile mici, forele de vâscozitate devin prea mari, energia cinetic disipându-se în energie intern.

Acest proces de disipare este cuantificat prin viteza de disipare ε a energiei cinetice turbulente, reprezentând energia disipat în unitatea de timp, de unitatea de mas [m2/s3]; disiparea este proporional cu vâscozitatea cinematic i cu ptratul gradientului vitezei pulsatorii.

Forele de frecare coexist în toate vârtejurile, fiind cu atât mai mari cu cât vârtejurile sunt mai mici; vârtejurile mai mari, nu transmit în totalitate energia ctre vârtejurile mai mici, o fraciune mic din aceasta fiind disipat. Se apreciaz c aproximativ 90 % din energia care se transmite vârtejurilor mari, este în final disipat în vârtejurile mici.

Vârtejurile cele mai mici, în care are loc disiparea sunt denumite vârtejuri Kolmogorov. Scara celor mai mici vârtejuri poart numele de scara lui Kolmogorov: scara vitezei,

scara lungimii i scara timpului. Considerând c aceste vârtejuri sunt determinate de vâscozitatea i de viteza de

disipare a energiei cinetice turbulente , se apreciaz c, cu cât vâscozitatea este mai mare cu atât vârtejurile sunt mai mari.

Cu cât este mai mare cantitatea de energie, care se transformat din energie cinetic în energie intern, cu atât mai mare este gradientul vitezei.

Presupunând c vârtejurile sunt determinate de vâscozitate i disipare, se poate exprima v, i utilizând analiza dimensional, prin:[2.7],[2.8]

yxu εν ⋅= , (2.4)

în care variabilele admit unitile de msur: u [m/s], ν [m2/s] i ε [m2/s3]; rezult astfel c 4/1== yx , de unde :

( ) 4/1εν ⋅=u . (2.5) În acelai mod, se obin expresiile pentru i , astfel c:


( ) 4/13 ενη = , (2.6)

i respectiv

( ) 2/1εντ = . (2.7)

2.2 Elemente generale privind micarea turbulent La micarea turbulent, între straturile vecine de fluid, se genereaz, în mod permanent, schimb de substan. Aceasta înseamn c pe lâng micarea principal exist i componente transversale ale vitezei. Msurând viteza local a micrii la curgere, se constat c aceasta nu este constant în timp, prezentând fluctuaii, în jurul vitezei medii . Viteza la un moment dat se definete ca fiind viteza instantanee; în intervalul de timp T se definete viteza medie:[2.7],[2.8],[2.9]

+

⋅⋅=Tt

t

o

dtuT

u0

1. (2.8)

Viteza instantanee se definete ca fiind:

`uuu += , (2.9) în care, u ' reprezint pulsaia vitezei sau fluctuaia vitezei. Aceasta poate avea valori mai mici sau mai mari decât viteza medie. Ca atare, micarea turbulent se compune dintr-o micare medie în timp, peste care se suprapune una de pulsaie. Micarea turbulent este o micare nestaionar; se poate pune în discuie micarea cvasipermanent, când viteza medie se menine constant în timp. Mrimile mediate nu dau o imagine complet asupra structurii interne a micrii turbulente, de aceea este necesar s se introduc urmtoarele mrimi:[2.2].[2.7]

- intensitatea turbulenei (gradul de turbulen):

3

12`2`2`

zyxu

uuu

uI

++⋅= , (2.10)

care are valori între 0,3% în atmosfera liber i de aproximativ(7...8)%, la curgerea din interiorul unei maini hidraulice;

- coeficientul de corelaie:

2`

22`

1

`2

`1

21

xx

xx

uu

uuR

⋅=− , (2.11)

care exprim gradul de legtur între pulsaiile vitezelor din dou puncte;


- scara turbulenei sau lungimea de corelaie:

∞

−=0

21 dlRLq , (2.12)

care, reprezint o lungime medie a domeniului în care pulsaiile turbulente sunt legate între ele; l este distana medie dintre cele dou puncte. 2.2.1 Ecuaia de micare Reynolds La micarea turbulent, între straturile de fluid, au loc schimburi permanente de substan. Datorit fluctuaiilor vitezei, se genereaz între straturile de fluid tensiuni tangeniale suplimentare; în regim turbulent, efortul tangenial este compus dintr-o tensiune principal, datorat vâscozitii i o tensiune suplimentar, datorat pulsaiilor:[2.1],[2.7],[2.26]

tτττ += 0 . (2.13)

Mrimea tτ , se numete efort de frecare aparent; acesta poate fi asemnat cu cel de

vâscozitate care ia natere datorit agitaiei microparticulelor. Valoarea medie în raport cu timpul, a acestui efort este:[2.1],[2.4]

``yxt uuρτ −= , (2.14)

Efortul tangenial mediu în regim turbulent, pentru micarea plan, admite expresia:[2.1],[2.4]

``yx

x uudy

udρητ −= , (2.15)

fiind compus dintr-o tensiune principal datorat vâscozitii i o tensiune suplimentar, datorat pulsaiilor. Tensiunile suplimentare astfel generate, se numesc tensiuni aparente sau tensiuni turbulente i sunt o consecin a trecerii dintr-un strat în altul a unor entiti de fluid care au viteze diferite fa de aceea a stratului în care ajung, deci a modificrii impulsului. În acest mod, expresiile tensiunilor de origine vâscoas, admit expresiile:[2.1]

```` ;2 yxyx

yxxyxxx

xx uux

u

y

uuu

x

up ρηττρησ −

∂

∂+

∂

∂==−

∂

∂== ; (2.16)

```` ;2 zyzy

zyyzyyy

yy uuy

u

z

uuu

y


∂

∂+

∂

∂==−

∂

∂== ; (2.17)

```` ;2 zxxz

xzzxzzz

zz uuz

u

x

uuu

z


∂

∂+

∂

∂==−

∂

∂== . (2.18)


În ecuaia de micare a fluidelor vâscoase newtoniene, pentru micarea turbulent, apare în plus, un termen fa de ecuaia de micare a lui Navier - Stokes:[2.1],[2.4]

( )`1uuuvpfuu

t

u⋅∇−∆+∇−=

∇⋅+

∂

∂

ρ . (2.19)

Ecuaia (2.19), se numete ecuaia lui Reynolds, care poate fi obinut i prin medierea tuturor mrimilor care apar în ecuaia de micare Navier- Stokes. Tensiunile tangeniale datorate turbulenei joac acelai rol ca i forele de vâscozitate, dar sunt mai mari; datorit generrii lor, în micarea turbulent are loc o uniformizare a vitezelor pe seciune.

2.2.2 Distribuia de viteze în vecintatea unui perete plan Conform teoriei lungimii de amestec a lui Prandtl, expresia tensiunii în zona nucleului turbulent este o funcie de densitate care admite exprimarea:[2.1]

γ

βαρτ

=

dy

dul x , (2.20)

i care, prin analogie cu legea lui Newton, depinde de gradientul vitezei i de lungimea de amestec; coeficienii α , β siγ se determin din condiia de omogenitate a analizei dimensionale LMT, de unde rezult: 2,1 === γβα . Aceasta conduce la expresia tensiunii aparente în nucleul turbulent:

2

2

⋅⋅=

dy

udl xρτ . (2.21)

În acelai context, Prandtl a presupus c lungimea de amestec este proporional cu distana la perete: yl ⋅= χ , (2.22) i cum stratul studiat este foarte aproape de perete, se poate admite c pττ = , de unde, tensiunea

în nucleul turbulent are expresia:

2

22

⋅⋅⋅=

dy

udy x

p ρχτ , (2.23)

pentru care, ρτ=∗u are dimensiunea unei viteze i se numete viteza tensiunii tangeniale, iar

relaia (2.23) devine:

∗=⋅⋅ udy

udy xχ , (2.24)

pentru care separând variabilele i integrând rezult:[2.1],[2.3]


2ln Cyu

u x +⋅= ∗

χ. (2.25)

În relaiile(2.22)…(2.25), poart numele de constanta lui Von Kármán i admite valoarea 0,4. Relaia (2.25) definete o distribuie logaritmic pentru nucleul turbulent, pentru ly > . Deplasarea particulelor de fluid în sensul transversal al stratului limit genereaz frânarea sau antrenarea particulelor vecine, dup cum viteza lor este mai mic sau mai mare decât cea a particulelor vecine;aceast frânare i antrenare determin în timp, variaia ale impulsului, care are drept consecin apariia unei fore tangeniale, condiionat de turbulen. Dup direcia axei x, expresia acestui efort, este: [2.1],[2.3],[2.5]

``yxt uuρτ = . (2.26)

În concluzie, apariia fluctuaiilor este echivalent din punct de vedere dinamic cu apariia efortului tangenial. ' Valoarea fluctuailor este determinat de variaia vitezei medii cu distana y; variaia vitezei unei particule care trece dintr-un strat în altul, admite expresia:

y

vll

y

uuuu xx

xxx∂

∂⋅=

⋅

∂

∂−−=` . (2.27)

Deoarece s-a considerat y suficient de mare, pentru ca peretele s nu influeneze procesul de amestecare turbulent, nu exist direcii prefereniale pentru fluctuaii. Se poate considera c, valorile fluctuaiilor sunt egale în toate direciile i admit expresia:

y

uv

y

u

y

ul

x

t

xx

t∂

∂=

∂

∂

∂

∂⋅⋅= ρρτ 2 , (2.28)

în care:

y

ulv

x

t∂

∂⋅= 2 , (2.29)

se numete coeficient de vâscozitate cinematic turbulent, prin analogie cu legea lui Newton. 2.2.3 Pierderea hidraulic în micarea turbulent Spre deosebire de micarea laminar, unde pierderea hidraulic nu depinde de proprietile suprafeei interioare ale conductei, în micarea turbulent, natura pereilor joac un rol important, i deci, cauzele generrii turbulenei trebuie s fie identificate în spaiul din vecintatea pereilor. Studiul regimurilor turbulent i laminar este important, deoarece pierderea de sarcin, sau pierderea hidraulic, depinde de regimul de micare al lichidului.


Rezultatele experimentale au confirmat c, la diferite regimuri de curgere, pierderea de sarcin este diferit în raport cu viteza. Reprezentând grafic, pierderea de sarcin liniar(distribuit), în funcie de vitez, în coordonate logaritmice, se observ c dependena ei de vitez (figura 2.1), este dat de relaia funcional:[2.1]

( )m

r ulichiduluinaturaconducteipereerenaturaconducteidiametrulfh ⋅= ,, , (2.30) în care exponentul, m este dependent de regimul de micare în conduct.

lg hr

lg u

= 450

> 450

B

A

K

Figura 2.1 - Diagrama logaritmic a pierderilor hidraulice. Exponentul m, este tangenta unghiului de înclinare a tronsonului de curb în raport cu axa absciselor. Pentru micarea laminar, 1=m (poriunea AK), iar pentru micarea turbulent,

275,1 ≤≤ m (tronsonul KB):[2.1]

umbhr lglglg ⋅+= . (2.31) Într-o conduct rectilinie, având seciune circular, de lungime l i diametru d, în micare turbulent, pierderea de sarcin se exprim cu relaia lui Darcy.

g

u

d

lh m

r2

2

21 λ=− . (2.32)

2.3 Calculul pierderilor de sarcin Soluionarea unor probleme legate de sistemele hidraulice, implic în majoritatea situaiilor, calculul pierderilor de sarcin. Pierderea de sarcin exprim în mod global, procesul de disipare a energiei mecanice a curentului de fluid. Prin intermediul cercetrilor teoretice, nu s-a reuit eliminarea necesitii cercetrilor experimentale, care stau la baza relaiilor practice utilizate. Rezolvarea problemei pierderilor de sarcin constituie un exemplu clasic de îmbinare a metodelor teoretice cu cele experimentale. Problema calculului pierderilor de sarcin, const în determinarea global a energiei disipate de curentul unidimensional de fluid între dou seciuni, date.


Pierderea de sarcin se exprim printr-o relaie de forma: [2.1],[2.5]

g

uhr 2

2

⋅= ξ , (2.33)

unde ξ este un coeficient adimensional, ca funcie de parametrii care determin fenomenul de disipare, care poart denumirea de coeficient de pierdere de sarcin. În funcie de structura micrii, pierderile de sarcin sunt: liniare, pentru micrile uniforme, i locale pentru micrile neuniforme; corespunztor, coeficientul ξ poate fi coeficient

de pierdere liniar de sarcin dξ , sau coeficient de pierdere local de sarcin lξ .

2.3.1 Pierderi liniare de sarcin 2.3.1.1 Factorii care influeneaz pierderile liniare de sarcin Factorii care influeneaz pierderile liniare de sarcin sunt:[2.1] - lungimea curentului: pierderea liniar de sarcin este direct proporional cu lungimea l a curentului de fluid aflat în micare uniform, coeficientul de proporionalitate fiind, panta hidraulic I; - raza hidraulic: între pierderea de sarcin hr i raza hidraulic R la aceeai mrime a seciunii de curgere, exist un raport de invers proporionalitate; pentru micrile sub presiune în conducte circulare, în locul razei hidraulice se poate utiliza diametrul conductei d sau raza acesteia r;

- viteza medie: creterea vitezei medii u , determin o cretere a pierderilor liniare de sarcin hr ; legea de variaie a pierderilor de sarcin este diferit, corespunztor structurii micrii: în micare laminar, pierderile de sarcin sunt proporionale cu viteza medie, în timp ce în micarea turbulent, este proporional cu viteza medie la o putere cuprins în intervalul (l,75 ... 2); - natura fluidului: pierderea liniar de sarcin este influenat de natura fluidului, care se identific prin densitatea ρ i prin coeficientul dinamic de vâscozitate µ ; - rugozitatea suprafeelor solide care mrginesc micarea; pentru valori relativ mari ale vitezelor medii, pierderea liniar de sarcin este influenat de rugozitatea pereilor, care este un parametru geometric caracteristic suprafeelor solide i care exprim gradul de asperitate i de neregularitate al acestora; rugozitatea depinde de natura materialului i de modul/metoda de prelucrare sau acoperire. 2.3.1.1.1 Elemente referitoare la conceptul de rugozitate

Rugozitatea poate fi considerat ca fiind de dou tipuri:[2.1],[2.7] - rugozitate tehnic sau natural, corespunztoare conductelor/canalelor utilizate în practic; - rugozitate artificial, pus în discuie, în scopul finalizrii unor studii, necesar realizrii unor experiene privind pierderile liniare de sarcin i poate fi definit ca mrimea geometric a neregularitilor. Rugozitatea artificial se precizeaz prin: - rugozitatea absolut: se exprim prin diametrul granulelor k sau prin mrimea

2k=∆ , care din punct de vedere dimensional este o lungime; - rugozitatea relativ: este o mrime adimensional care se exprim prin:


RrdR

k

r

k

d

k ∆∆∆;;;;; ; (2.34)

- netezimea relativ, mrime adimensional, egal cu inversul rugozitii relative. Rugozitatea natural are în general un caracter neregulat; aceasta depinde de natura materialului din care sunt realizate conductele, de modul de prelucrare/acoperire al conductelor; în figura 1- b), c), sunt prezentate dou dintre tipurile de rugoziti naturale; - rugozitatea ascuit : se regsete la oel turnat, font, beton, zidrie în general; - rugozitatea ondulat: se regsete la materiale plastice, azbociment, conducte din bitum etc. Rugozitatea echivalent, utilizat în calcule, este rugozitatea msurabil care în condiii similare de curgere ar produce o pierdere de sarcin egal cu aceea produs de rugozitatea natural. Rugozitatea echivalent se definete ca fiind absolut sau relativ; se utilizeaz, de asemenea, i mrimea netezime relativ echivalent. Rugozitatea variaz în timp, funcie de natura materialului din care este realizat conducta i de proprietile fizico-chimice ale fluidului transportat; dac fluidul care tranziteaz conducta este apa, rugozitatea crete în timp, pentru conductele metalice i scade pentru conductele din lemn, beton etc. În figura 2.2, se prezint tipurile de rugoziti, cu care hidraulica /mecanica fluidelor opereaz, în mod constant.

a)

b)

c)

Figura 2.2 - Tipuri de rugoziti:

a) - rugozitate artificial; b) - rugozitate natural ascuit; c) - rugozitate natural ondulat. În cazul conductelor circulare, relaiilor (2.34), le sunt echivalente relaiile:[2.1],[2.7]

RRdR

k

R

k

d

k ∆⋅=

∆=

∆⋅=⋅=⋅=

2

12

4

1

2

1. (2.35)


2.3.2 Date referitoare la calculul pierderilor liniare de sarcin În cadrul modelului de curent unidimensional, disiparea energiei în micarea uniform, adic pierderea liniar de sarcin, se exprim în funcie de mrimile caracteristice modelului, prin intermediul efortului tangenial mediu la perete 0τ , definit de relaia:[2.1],[2.7]

gRIρτ =0 . (2.36)

Influena factorilor asupra pierderilor liniare de sarcin, conduc la relaia : lIhd ⋅= , (2.37)

completat cu relaia : ),,,,(1 kuRfI µρ= . (2.38) Utilizând unele relaii din mecanica fluidelor rezult: ( )kuRfgRf ,,,,210 µρρτ == , (2.39)

gR

lhd

ρ

τ 0= . (2.40)

Aplicând relaiei funcionale (2.39), teorema π , se obine structura relaiei care exprim efortul 0τ în funcie de parametrii kuR ,,,, µρ , pentru care dac se aleg ca mrimi

principale ρ,,vR , se obine:

=

d

klfu ,

Re32

0 ρτ , (2.41)

respectiv:

g

u

R

lfhd 2

2

⋅⋅

= . (2.42)

Pentru conducte circulare 4dR = i notând , relaia (2.42) devine:

g

u

d

lhd 2

2

⋅⋅= λ . (2.43)

Coeficienii adimensionali i f se numesc coeficieni de rezisten hidraulic liniar; relaia (2.43) poart denumirea de relaia lui Darcy - Weissbach; în mod corespunztor, coeficientul λ se mai numete coeficientul Darcy - Weissbach sau coeficient de rezisten hidraulic liniar. Pierderea liniar de sarcin se poate exprima, utilizând relaia determinat prin similitudine de Chézy:


RICu = , (2.44) în care C, este coeficientul lui Chézy. Utilizând relaiile mecanicii fluidelor, rezult:

2

2u

RC

lhd = . (2.45)

Se poate exprima astfel, panta hidraulic I, adic, pierderea liniar de sarcin pe unitatea de lungime, în funcie de coeficienii f, λ , sau C prin:

CR

u

g

u

dg

u

R

fI

222

22=⋅=⋅=

λ, (2.46)

care, corespund relaiei structurale, dat de:

g

uh dd 2

2

ξ= , (2.47)

în care coeficientul de pierdere liniar de sarcin ξ d, se obine în funcie de f, sau C din relaiile:

RC

gl

d

l

R

lfd 2

2=

⋅=

⋅=

λξ . (2.48)

Din relaiile (2.48), cu Rd 4= , rezult:

2

84

C

gf ==λ . (2.49)

Rezult astfel c, prin (2.49), relaiile (2.41), (2.42) i (2.45) sunt echivalente. 2.3.2.1 Consideraii privind coeficienii de rezisten hidraulic liniar Coeficientul λ , depinde de: viteza medie, lungimea caracteristic seciunii de curgere (raza hidraulic, diametrul/raza conductei cilindrice), rugozitatea suprafeei de contact i de coeficientul cinematic de vâscozitate. Toi aceti parametri, sunt exprimai prin complexele adimensionale Reynolds i rugozitatea relativ; dac se consider coeficientul lui Darcy, legtura mrimilor menionate, acesta se poate exprima printr-o relaie de dependen funcional, dat de: [2.6]

=

d

kf Re,λ . (2.50)

Dependena relaiei (2.50), a fost pus în eviden/analizat, de cercettori ca: Nikuradse, Colebrook, Moody, evelev, White etc.


Cercetrile lui Nikuradse, publicate în perioada anilor 1932...1933, materializate în diagrama care îi poart numele (figura 2.3), reprezint practic, primele studii experimentale sistematice care dau o imagine complet a dependenei lui de Re i k/d.

Re

Laminar Turbulent

k/d

1

2

3

2300 4000 (10000)

Figura 2.3 - Diagrama lui Nikuradse. Studiile lui Colebrook i White (1938...1939) au fost efectuate pentru conducte tehnice, cu rugozitate natural. Ulterior în anul 1944, Moody sistematizeaz într-o diagram (figura 2.4), cercetrile referitoare la conductele tehnice. În anul 1953, evelev , pe baza unor studii experimentale realizate pe conducte din oel i font, confirm forma curbelor din diagrama lui Moody i, în plus, introduce o serie de corecii . Cercetrile realizate pentru micarea turbulent, stabilesc existena a trei zone de micare, crora le corespund coeficieni , funcie de Re i k/d, astfel : - zona I, este reprezentat prin curba notat cu (1), în care depinde numai de numrul Re: = (Re), (2.51) dar dup o lege diferit de aceea a micrii laminare care, corespunde micrii turbulente netede fiind limitat de condiia aproximativ:

( )k

d100...20Re3500 << , (2.52)

în care limita superioar nu mai este o constant, ci depinde de rugozitatea relativ k/d. - zona a II-a, este reprezentat prin familia de curbe notate în diagrame cu (2); dependena funcional este dat de :

=

d

kRe,λλ , (2.53)

domeniul de valabilitate fiind dat de relaia aproximativ:


( )λ

kdsau

k

d

k

d200560Re100...20 << , (2.54)

Re

Laminar Turbulent

k/d

1

2 3

2300 4000 (10000)

Figura 2.4 - Diagrama lui Moody. zon, care corespunde trecerii de la micarea turbulent neted la micarea turbulent rugoas; - zona a III -a, corespunztoare micrii turbulente rugoase (sau micarea turbulent în conducte hidraulic rugoase), este reprezentat prin familia de drepte paralele cu abscisa numrului Re, notate cu (3), pentru care funcia de dependen este:

=

d

kλλ , (2.55)

iar zona este delimitat de relaia:

λ

kdsau

k

d200560Re > . (2.56)

Existena, în cadrul micrii turbulente, a trei zone calitativ diferite se explic doar printr-o analiz a raportului dintre grosimea filmului laminar i rugozitatea absolut. În filmul laminar, expresia efortului 0τ , este asemntoare cu cea a lui Newton pentru

micarea laminar:

0

0δ

µτ δu

= , (2.57)

în care, 0δ este grosimea filmului laminar i δu - viteza local la distana 0δ de perete; ultima

relaie poate fi pus i sub forma:

*0

0

uu

==ρ

τ

ρυ δ , (2.58)


unde *u se numete vitez de frecare. Expresia se pune sub forma adimensional:

Nu

uu==

*

0 δ

υ

δ. (2.59)

Relaia (2.59), reprezint un criteriu care caracterizeaz schimbarea calitativ a micrii la distana 0δ de perete, acolo unde se face trecerea de la filmul laminar la sâmburele

turbulent; datele experimentale, verific aceast ipotez i indic ca valoare critic 11≅N . Efectuând o serie de calcule, grosimea filmului laminar, admite expresia:[2.1]

Re

180 ⋅=

λδ NR , (2.60)

care pune în eviden faptul c, 0δ scade o dat cu creterea numrului Re i raportul k/0 crete.

Aceast situaie pune în eviden modificarea formei de contact dintre sâmburele turbulent i peretele conductei materializat prin existena a trei zone de micare. Relaiile pentru calculul pierderilor de sarcin sunt prezentate la anexa 2.2, în care: R este raza hidraulic iar n - rugozitatea absolut. 2.3.2.2 Zone de micare turbulent Formele de contact corespunztoare celor trei zone, sunt prezentate mai jos.[2.1], [2.4],[2.5] Pentru zona a II-a, micare turbulent în conducte netede, contactul se face prin intermediul filmului laminar, 0 > k ; pentru zona a IlI-a, micare preptratic, contactul se face atât prin intermediul filmului laminar, cât i direct cu proeminenele asperitilor, 0 = k ; pentru zona a IV-a, micare ptratic, contactul se face direct, rugozitatea influenând nemijlocit micarea în sâmburele turbulent, 0 < k .

a) 5...1; *0 <

⋅>

υδ

kuk


b) 100...705...1; *0 <

⋅<≅

υδ

kuk

c) 100....70; *0 >

⋅<

υδ

kuk

Figura 2.5 - Forme de contact între sâmburele turbulent i

peretele conductei la micarea turbulent: a) neted; b) preptratic; c) ptratic (rugoas).

2.4 Elemente generale i specifice referitoare la pierderile locale de sarcin Pierderile locale de sarcin, caracteristice zonelor de micare cu grad pronunat de neuniformitate, se calculeaz cu relaia:[2.1],[2.2],[2.3],[2.8]

g

uh

2

2

11 ⋅= ξ , (2.61)

provenit din expresia structural a pierderilor de sarcin (2.61). Coeficientul ξ l , adimensional depinde de: - forma rezistenei hidraulice care genereaz neuniformitatea curentului de fluid; (caracteristicile geometrice ale formei fizice care determin apariia micrii neuniforme i structura acestei micrii); - structura fizic a curentului unidimensional de fluid, caracterizat de numrul Reynolds. Implicit, aceast dependen se poate exprima printr-o relaie de forma :


( )Re,formfi =ξ . (2.62)

Pentru o anumit form de rezisten hidraulic, dependena coeficient lξ de numrul

Re prezint un caracter complex, diferit, în funcie de tipul rezistenei. Se disting astfel, trei zone (figura 2.6): - zona micrii laminare, în care coeficientul lξ variaz liniar cu numrul

Reynolds; aceast zon are o întindere redus, datorit creia nu prezint importan practic; - zona micrii complet turbulente (micare turbulent rugoas sau ptratic) în care valoarea lui lξ se stabilizeaz, deci nu mai depinde de numrul Reynolds; pentru obstacole

cu muchii rotunjite zona se definete pentru Re > 510)10...6( ⋅ ; pentru forme fizice, ascuite zona

se definete pentru Re > 410)4...3( ⋅ ; - zona de tranziie dintre micarea laminar i micarea complet turbulent, în care modul de variaie este specific fiecrui tip de rezisten hidraulic.

Re

lzona miscarii laminare

zona de tranzitie

zona miscarii completturbulente; =const.

Figura 2.6 - Dependena coeficientului lξ de numrul Re.

Pentru calculul pierderilor locale de sarcin se mai utilizeaz, în locul coeficientului

lξ , lungimea echivalent le , care se definete ca fiind o lungime fictiv de curent de fluid în

lungul creia s-ar realiza o pierdere liniar de sarcin egal cu cea local considerat, adic:

g

u

g

u

d

ll

e

22

22

ξλ

=⋅ , (2.63)

de unde rezult:[2.1],[2.5],[2.8]

dl le ⋅=

λ

ξ. (2.64)

Utilizarea aditivilor polimerici de natur sintetic sau organic pentru controlul i reducerea pierderilor locale de sarcin nu poate fi pus în discuie, deoarece condiiile determinate de geometria traseelor nu sunt conforme cu proprietile aditivilor, acetia deteriorându-se rapid i neîndeplinindu-i astfel funcia pentru care au fost destinai.


2.5 Conceptul de turbulen. Criteriul Reynolds Cel mai important caz pentru clasificarea micrilor este cel din punct de vedere al structurii fizice a micrii. Cercetrile efectuate au artat c micarea turbulent are o structur aparent dezordonat, la care transferul de mas i de cantitate de micare între straturi este datorat, în principal, difuziei turbulente, cauzat de pulsaiile aleatoare în timp ale vitezei locale u în jurul unei valori medii locale u

.

Difuzia turbulent se suprapune difuziei moleculare, efectele fiind considerabil mai mari, deoarece prin pulsaiile de vitez sunt deplasate microparticule de fluid cu o capacitate de transport mult mai mare decât moleculele. Pulsaiile vitezei locale, notate cu 'u

, au un caracter

spaial, tridimensional, ceea ce constituie o caracteristic important a micrii turbulente.[2.9],[2.14],[2.19],[2.28],[2.29] Stabilirea regimului de micare, se face experimental, mai rar, de regul, fiind utilizat calculul, cu ajutorul numrului Reynolds, definit prin:[2.9],[2.13],[2.16],[2.17]

νη

du

F

Fi ⋅==Re , (2.65)

expresie care a fost adus la rang de criteriu, numindu-se criteriul Reynolds. În practic, stabilirea regimului de curgere se face foarte rar experimental, calculul efectiv al numrului Reynolds fiind cel pe baza cruia se poate stabili tipul regimului de curgere. Plecând de la criteriul Reynolds care se definete ca raportul dintre forele de antrenare (inerie) i cele rezistente (de vâscozitate), se poate face urmtoarea interpretare: [2.1],[2.13] - atunci când forele de vâscozitate sunt suficient de mari, se genereaz micarea laminar:

ηF >> iF Re << 2320; (2.66)

- pentru acelai fluid ( = const.) dac forele de inerie (antrenare) sunt suficient de mari, se genereaz turbulena: Fi >> ηF Re >> 4000(10000). (2.67)

Concluzia care rezult din analiza relaiilor (2.66) i (2.67) este aceea c turbulena este o proprietate a micrii, nu a fluidului în sine.

2.6 Pierderi de sarcin la curgerea prin conducte Pierderile de sarcin reprezint disipaiile energetice la curgerea fluidelor (fr transfer

de cldur) i sunt de dou tipuri, liniare (distribuite) i locale, care în general se manifest simultan. Pieredile liniare sunt determinate de frecrile dintre fluid i contururile solide (pereii conductelor, canalelor etc.) iar cele locale sunt determinate de efectele ineriale generate în curgerile neuniforme.

Pentru aplicaii, cuantificarea/evaluarea pierderilor de sarcin se realizeaz pe baza unor relaii semiempirice; acesta este practic, motivul pentru care este necesar analiza experimental.


2.6.1 Pierderi de sarcin liniare Pierderile de sarcin liniare dh , exprimate prin relaia (2.68) în m, reprezint singura

form de disipare energetic, la curgerea fluidelor în micare uniform, pentru care relaiile de calcul sunt:[2.10],[2.22],[2.28],[2.29]

RC

ul

gR

ulQ

d

l

g

u

d

lh

circulareconducte

d⋅

⋅=

⋅⋅⋅

⋅⋅=⋅

⋅⋅=⋅⋅=

2

222

5

2

240826,0

2

λλλ

, (2.68)

în care R este raza hidraulic, d - diametrul conductei în m, l - lungimea conductei, u - viteza medie în conduct în m/s, ( )Rk /Re,λλ = - coeficientul lui Darcy (adimensional), k - rugozitatea echivalent a conturului solid, Re - criteriul Reynolds, - coeficientul de vâscozitate cinematic, C - coeficientul lui Chézy; relaia dintre λ i C este gC ⋅= 8//1 2 λ . Problema cea mai important este aceea de a evalua cât mai exact coeficientul lui Darcy, care variaz în funcie de regimul de curgere; valorile lui k i n se determin experimental. 2.6.2 Pierderi locale de sarcin Pierderile de sarcin locale hl, exprimate în m, reprezint suplimentul de disipare energetic datorat neuniformitii micrii. Deoarece neuniformitile sunt induse de contururile solide, practic nu exist numai pierderi locale de sarcin, determinarea lor experimental fiind posibil ca o consecin a ordinului de mrime al acestora în raport cu pierderile liniare în anumite configuraii i prin determinarea mai întâi a pierderilor liniare de sarcin. Relaiile de calcul sunt:[2.19],[2.20],[2.22],[2.26],[2.28]

24

22

0826,022

Qdg

u

d

l

g

uh ech

l ⋅⋅=⋅

⋅⋅

=⋅

⋅=ξλ

ξ , (2.69)

în care λ este coeficientul lui Darcy corespunztor curgerii pentru care se calculeaz i echl - lungimea echivalent a unei conducte rectilinii care ar genera o pierdere liniar de sarcin egal cu pierderea local, indus de rezistena cu coeficientul , )(Re, geometrieξξ = care este coeficientul de rezisten local (adimensioanal) fiind parametrul esenial care trebuie evaluat, cât mai exact în calculul pierderilor locale de sarcin. Similar cu λ , coeficientul ξ depinde de regimul de curgere îns dependena de geometria rezistenei locale este mult mai important în determinarea cât mai exact a lui . Complexitatea fenomenului face ca determinarea teoretic a coeficientului s fie posibil doar pentru geometrii simple, cercetarea experimental fiind principalul mijloc de investigare. 2.7 Mecanismul generrii pulsaiilor de vitez


Variaiile spaiale ale vitezei, imprim turbulenei un caracter rotaional, turbulena fiind privit ca o suprapunere de micri periodice (vârtejuri) din ce în ce mai mici, a cror amplitudine este proporional cu perioada. Pulsaiile de vitez care corespund vârtejurilor mici au o frecven mai mare decât cele care corespund vârtejurilor mari. Dimensiunea maxim a vârtejurilor este limitat de lungimile caracteristice ale domeniului de micare; limita inferioar depinde de vâscozitate (direct proporional cu ) i de viteza medie în seciune (u ). Cu cât un vârtej este mai mic cu atât mai mari vor fi gradientul vitezei în vârtej i efortul tangenial de vâscozitate; exist astfel o limit inferioar statistic a dimensiunii celui mai mic vârtej, numit scara minim de turbulen la nivelul creia se produce disiparea energiei turbulente. Alocând prin mediere un anumit procent de energie cinetic unei anumite frecvene, distribuia obinut poart numele de spectru de energie. Vârtejurile mari (cu frecvene mici) concentreaz cea mai mare parte a energiei cinetice, a turbulenei existând un continuu transfer ctre vârtejurile cu dimensiuni din ce în ce mai reduse. La nivelul celor mai mici vârtejuri (cu frecvene mari) se genereaz disiparea energiei (transformare în cldur) datorit vâscozitii. Figura 2.7 ilustreaz în mod simplificat, modelul de disipare a energiei în fluid; se presupune c vârtejurile cu dimensiuni li se afl în interaciune, iar transferul energetic ctre vârtejurile cu dimensiuni din ce în ce mai reduse, este însoit de divizarea succesiv a acestora.[2.2] Exprimarea cantitativ a mecanismului, se face în spaiul numerelor de und obinut prin transformata Fourier a tensorului corelaiilor duble ale pulsaiilor de vitez. Noiunea de corelaie între dou variabile aleatoare permite s se aprecieze dac între acestea exist sau nu o legtur statistic în domeniul spaial i/sau temporal. Utilizând operaii de mediere, tensorul corelaiilor dintre pulsaiile de vitez pentru dou puncte, se scrie:[2.2]

( ) ( ),,),(,, 0''

0 trrutrutrrR iij

+⋅⋅⋅= i, j zyx ,,∈ . (2.70)

În general se presupune c dac distana 0r

între dou puncte, este suficient de mare,

pulsaiile corespunztoare devin independente (necorelate), din punct de vedere statistic, adic:

0lim =→

ijor

Ro . (2.71)

Din punct de vedere al studiului dinamicii turbulenei se pot utiliza dou direcii: - utilizarea teoriei spectrale, în care funciile spectrale sunt obinute prin utilizarea transformatei Fourier a tensorului Ri,j; - utilizarea funciilor de corelare bazate pe teoria probabilitilor. Obinerea componentelor tensorului Ri,j, este important pentru, determinarea eforturilor tangeniale turbulente ijτ care formeaz componentele tensorului TET; la fluidul

incompresibil TET difer de reprezentarea eulerian a lui Rij printr-un factor constant (densitatea fluidului). Generarea pulsaiilor asociate, pune în eviden faptul c exist o anumit legitate statistic în desfurarea fenomenului; faptul c în modelul micrii medii turbulente, pulsaia asociat se refer la interaciunea dintre macroparticulele învecinate permite estimarea


dimensiunii maxime a acestora, care trebuie s fie de ordinul de mrime al scrilor spaiale de turbulen (al dimensiunilor vârtejurilor). Distana parcurs de ctre o microparticul transportat dintr-o macroparticul în alta, pân când aceasta primete viteza macroparticulei în care ajunge, este o bun msur a dimensiunii macroparticulelor pe baza creia se poate discuta teoria lungimii de amestec.

Vârtejuriminime

Vârtejurimaxime

Tran

sfer

Aport

de en

ergie

Disipare

t it 0

t i+1

Figura 2.7 - Modelul simplificat al disiprii energiei.

Soluia teoretic a micrii turbulente nu se poate realiza fr introducerea unor ecuaii

suplimentare, întrucât mrimile necunoscute zyxiup i ,,,, ∈ la care se adaug cele ase eforturi

Reynolds, au numrul mai mare decât cel al ecuaiilor existente, respectiv trei ecuaii de micare i ecuaia de continuitate. Ecuaiile suplimentare se refer la eforturile Reynolds, fiind propuse de diferii cercettori pe baza unor considerente care încearc s conexeze turbulena de micarea medie.[2.2],[2.20] Mrimile imediate nu dau îns o imagine complet asupra structurii interne a micrii turbulente; pentru aceasta, se utilizeaz, în plus, trei parametri fundamentali: intensitatea pulsaiilor, corelaia pulsaiilor i frecvena pulsaiilor.[2.2],[2.19] 2.8 Stratul limit turbulent

În figura 2.8, se prezint în mod simplificat, o seciune normal pe curgere (planul

32 xx , în stratul limit turbulent), pentru care se subdivide stratul limit turbulent într-un strat interior, definit de limitele ( ]δ⋅∈ 2,0,02x i un strat exterior definit prin ( ]δδ ,2,02 ⋅∈x . [2.20] Necesitatea subdivizrii, este determinat de concluziile rezultate în urma determinrilor experimentale, care arat c tensiunea de frecare total 12τ , este aproximativ constant i egal cu valoarea tensiunii la peretele conductei 12ττ =p .[2.20]

Stratul interior (de tensiune constant) poate la rândul su, s fie împrit în funcie de contribuia vâscozitii moleculare i a fluctuaiilor turbulente la stabilirea tensiunii totale de frecare, dat de ecuaia: jiijij uus ,⋅−= ρτ , (2.72)

în care tensorul tensiunilor vâscoase ijs este dat de ecuaia:


∂

∂+

∂

∂⋅⋅=

i

j

j

iij x

u

x

us υρ , (2.73)

în care υ este vîscozitatea cinematic a fluidului. În particular:

212

112 uu

dx

ud⋅−⋅⋅= ρυρτ , (2.74)

în care primul termen corespunde tensiunii vâscoase newtoniene, iar cel de-al doilea termen, reprezint componenta tensorului tensiunii Reynolds.

x2=

x2=0,2

x2=0

substrat vâscos

x3

x2

regiuneexterioarã

regiuneinterioarã

frontierã medie

frontierãinstantanee

Figura 2.8 - Seciune transversal printr - un strat limit turbulent

(curgerea se realizeaz în direcie perpendicular pe figur, în sensul lui 1x .

Lâng perete, condiia 021 == uu , pentru ,02 =x implic faptul c produsul 021 →⋅ uu ; ca atare, la perete, tensiunea se datoreaz numai fenomenului de frecare vâscoas, definit prin:

2

112

xd

udp ⋅⋅== νρττ , (2.75)

În aceste condiii, se poate defini substratul vâscos ca fiind regiunea de lâng perete, în care membrul drept din relaia (2.74) are caracter predominant; acest caracter, este determinat de creterea lui 2x (zona fiind denumit ca strat complet turbulent de tensiune constant). Exist astfel, o zon intermediar, în care, cele dou contribuii la tensiunea de frecare total admit valori aproximativ egale; aceast zon este cunoscut ca fiind denumit substrat de tranziie/ substrat tampon sau “buffer layer”, în care raportul 2

21

2 xdud , admite valori foarte mari. Analiza dimensional, confirmat experimental, indic faptul c, viteza pentru stratul interior este:

( )2

1

12 ρττ =u , (2.76)


astfel c, scara de lungime corespunztoare poart numele de scara de lungime a “stratului interior”, care admite expresia : τυ ν ul = , (2.77) în care τu , este denumit “vitez de frecare”. Denumirea acestei viteze pare a fi neconform, deoarece nu exist suport fizic; cu toate acestea, mrimea este utilizat, în mod frecvent, fiind o msur adecvat pentru definirea intensitii medii ptratice a fluctuaiilor de vitez. Utilizând relaiile (2.76) i (2.77), se deduc relaiile adimensionale pentru stratul interior definit de :

ν

τuxx

⋅=+ 2

2 , (2.78)

i de expresia:

τu

uu 1

1 =+ . (2.79)

Datele experimentale, realizate în acest domeniu, de ctre diferii cercettori, sugereaz faptul, c urmtoarea clasificare relev cel mai bine definirea straturilor/substraturilor din imediata vecintate unui perete solid:[2.20] - pentru stratul interior : ( ]δ⋅∈ 2,0,02x ; - pentru stratul exterior: ( ]δδ ,2,02 ⋅∈x . Stratul interior, se subdivide în substraturi, definite dup cum urmeaz: - pentru substratul vâscos : ( ]5,02 ∈+x ;

- pentru substratul de tranziie: ( ]30,52 ∈+x ;

- pentru substratul de frecare turbulent : 302 >+x .

Este necesar s se menioneze faptul c valorile numerice alese pentru 2x i +2x ,

variaz în literatura de specialitate; acest fapt relev dificultatea stabilirii unor criterii exacte pentru frontierele dintre substraturile de lichid.[2.20] 2.9 Distribuia universal a vitezei medii în vecintatea unui perete solid În stratul interior, determinrile experimentale, relev faptul c distribuia de vitez medie, se reduce la forma universal dat de :[2.20] )( 21

++ = xfu , (2.80) cunoscut sub numele de”legea la perete”. În ipoteza c, peretele conductei este neted hidraulic, ecuaia (2.80), este valabil. Pentru stratul exterior, determinrile experimentale, pun în eviden, o expresie de forma:[2.20]


)/( 21 δxguu =− ++∞ , (2.81)

cunoscut sub numele de “legea deficitului de vitez”. În anul 1975, Hinze, public rezultatele determinrilor sale, obinând pentru f i g , funcii logaritmice de tipul ecuaiei (2.85).[2.33] Distribuia logaritmic, dat de relaia (2.85), pentru viteza medie, este considerat ca fiind o lege cu caracter natural. Cu toate acestea, se observ c pentru 2x = 0 nu rezult 01 =u i ca atare, ecuaia (2.85), nu reprezint corect zona din imediata vecintate a peretelui i de asemenea, nici zona de la frontiera exterioar. Cu toate acestea, se poate stabili expresia distribuei vitezei medii lâng perete, utilizând relaia (2.74); în aceast zon 12ττ =p i tensiunea Reynolds tinde ctre zero; rezult c:

2

112

x

ud

∂⋅=υ

ρ

τ, pentru 52 <+x . (2.82)

Întegrând în raport cu 2x , i utilizând relaia (2.76), rezult:

υ

τ 22

1

xuu

⋅= , (2.83)

care în zona stratului intermediar, devine: ++ = 21 xu , (2.84) pentru care, prin impunerea condiiei de vitez nul la perete, constanta de integrare se anuleaz. Relaia (2.84) este aplicabil doar în substratul vâscos, fiind bine confirmat experimental. 2.10 Distribuia vitezei medii i a valorii medii ptratice a fluctuaiei în curgerile prin conducte cu seciune circular

În figura 2.9, se prezint distribuia vitezei medii la curgerea apei, prin conducte circulare pentru trei numere Reynolds diferite. Rezultatele obinute de Nikuradse în anul 1922, sunt tipice curgerilor turbulente în conducte.

Se evideniaz faptul, c aceast alur este mai pronunat pe msur ce crete numrul Reynolds. [2.20]

În figura, 2.10, se pune în eviden universalitatea „legii de perete” la care s-a redus setul de date din figura 2.9 considerând abscisa de scar logaritmic lg +

2x ; liniaritatea dispunerii datelor, pune în eviden caracterul logaritmic al profilului de vitez pentru o mare parte a seciunii conductei i pentru un interval mare de numere Reynold (constanta a este determnat experimental i admite valoarea 0165,0=a ).

Acest mod de reprezentare a fost confirmat de numeroi cercettori cum sunt de exemplu Goldstein în anul 1938 i Hinze în anul 1975, care au pus în eviden faptul c, ecuaia (2.72) este confirmat experimental.:


bxau +⋅= ++21 ln , (2.85)

0,2 0,4 0,6 0,8 1

0,2

0,4

0,6

0,8

1

u1 uτ

x2+ a

Figura 2.9 - Distribuii ale vitezei medii în seciunea unei

conducte circulare la diverse numere Reynolds:

Re = 3104 ⋅ ; Re = 5101,1 ⋅ ; Re = 6102,3 ⋅ .

în care, a i b sunt constante care se determin din compararea cu rezultatele determinate experimental.

Diferena în reprezentarea datelor experimentale particulare provine din alegerea constantelor a i b; în figura 2.10, dreapta este dat de ecuaia:

5,5lg75,5 21 +⋅= ++ xu = 5,5ln5,2 2 +⋅ +x . (2.86)

uτ

1

5

2 3 4 5

10

15

20

25

30

35

u+1 u1

u+1 x+

2

u+1 x+

25,75lg 5,5

lg x+2

Figura 2.10 - Distribuia logaritmic a vitezei medii în conducte circulare;

forma universal a legii la perete pentru :

Re = 3104 ⋅ ; Re = 5101,1 ⋅ ; Re = 6102,3 ⋅ .

care, prin transformare în logaritmi naturali, rezult a = 2,5 (constanta Kármán k = 0,40). O discuie particular asupra alegerii optime a constantelor a i b, o d Hinze în anul 1975, care a pus în eviden faptul, c valorile a = 2,4 i b = 4,9 reprezint o „medie acceptabil” pentru majoritatea datelor experimentale, pentru care s-a notat ( )υτuxx ⋅=+

22 .


Acelai autor, menioneaz c majoritatea cercettorilor, utilizeaz valorile a = 2,5 i 5,2 b 5,5, valoarea b = 5,5, fiind cea mai des utilizat pentru calcule .[2.20] 2.11 Comportarea fluidelor de tip nenewtonian

2.11.1 Elemente generale Curgerea fluidelor newtoniene în prezena unor frontiere solide flexibile, determin un comportament diferit de cazul în care, acestea sunt rigide. Este adecvat, în acest mod, s se considere corelarea fluidului newtonian cu frontierele flexibile ca o curgere nenewtonian. [2.20] Aceast afirmaie este susinut i de faptul c, turbulena dezvoltat în prezena aditivilor, este diferit de turbulena dezvoltat numai în fluidul neaditivat.[2.20],[2.26] 2.11.2 Comportarea nenewtonian a fluidelor aditivate cu polimeri Fluidele care satisfac relaia :

dy

ud ⋅= , (2.87)

poart numele de legea lui Newton; ca atare, orice fluid care nu respect relaia (2.87), se consider prin definiie, un fluid nenewtonian. În figura 2.11, se prezint clasificarea reologic a fluidelor, pentru care efortul tangenial de frecare se definete prin:[2.22],[2.23],[2.27],[2.30],[2.31]

α

⋅=

dy

udk . (2.88)

Constanta k , este un coeficient specific curgerii; pentru 1=α , valoarea numeric a sa, este η=k .

τ

τ

du/dy,d/dt,(u)

(F)Tensiune

corp pseudoplastic (1)

corp plastic (2)

corp plastic-dilatant (3)

corp pseudovâscos (4)

fluid newtonian (5)

corp dilatant (6)0

Figura 2.11 - Clasificarea reologic a fluidelor:

1) ( ) 1,0 <⋅+= αττα

dyudk ; 2) ( )dyudk ⋅+= 0ττ ;

3) ( ) 1,0 >⋅+= αττα

dyudk ;4) ( ) 1, <⋅= ατα

dyudk ;


5) ( )dyudk ⋅+= 0ττ ; 6) ( ) 1, >⋅= ατα

dyudk .

2.11.3 Fluide vâscoplastice

Aceast comportare, este considerat ca fiind cea mai simpl; una dintre relaiile utilizate pentru a descrie o asemenea curgere, este cea dat de Bingham:[2.17]

dy

ud0

0

τηη += , (2.89)

sau pentru raportare la legea lui Newton:

dy

ud 00xy ⋅+= , (2.90)

în care 0η reprezint panta funciei xy .

Dac 0ττ ≤ , fluidul are structur molecular foarte rigid i se comport ca un corp

solid, iar dac 0ττ ≥ , fluidul se comport ca un lichid cu proprieti modificate:[2.22],[2.31],[2.32]

2.11.4 Fluide pseudoplastice

Din aceast categorie fac parte fluidele pentru care derivata pentru vâscozitatea aparent în raport cu derivata vitezei de deformare, admite expresia: 0≤da uddη . (2.91)

2.11.4.1 Modele reologice pseudoplastice

Principalele relaii matematice aduse la rang de modele reologice pseudoplastice se

prezint în tabelul 2.1.[2.22],[2.31],[2.32]

Tabelul 2.1 - Tipuri de modele pseudoplastice Autorul Modelul propus

Oswald de Wode ( ) 10 ,dyudk xy <<⋅= αα

Ellis de Haven dy

ud

1

1-xy

0xy ⋅

⋅+=

αc, c +∈ *R

Sisko ( ) ( ) 10 ,dyuddyuda xy <<⋅+⋅= ααb ,

a,b +∈ *R

Reiner - Philippoff ( ) dy

ud

a/1

2xy

a0axy ⋅

τ+

−+= , a +∈ *R

Williamson

( )( ) dy

ud

dyudb

dyuda xy ⋅+

+

⋅= a , a, b +∈ *R


2.11.5 Fluide dilatante

Din aceast categorie fac parte fluidele pentru care, derivata vâscozitii aparente în raport cu derivata vitezei de deformare, admite expresia:[2.22],[2.31]

0≥da uddη . (2.92)

2.11.6 Tensorul tensiunilor i expresia vâscozitii aparente

Din punct de vedere reologic, pentru un fluid dat, este important s se exprime

tensorul tensiunilor în funcie de tensorul deformaiilor. Pentru obinerea unei expresii adecvate, este convenabil s se utilizeze o lege de

putere, conform creia tensorul tensiunilor se scrie:[2.20]

2

2

112

⋅=

dy

udks , 0>k . (2.93)

Utilizând vâscozitatea aparent aη prin relaia :

2

112 dy

uds a ⋅= η , (2.94)

rezult expresia vâscozitii aparente:

1

2

1

−

⋅=

α

ηdy

udka , 0>k . (2.95)

Dac 1<n , pe msur ce curgerea are vitez din ce în ce mai mare, în aceeai msur

se dezvolt fenomenul de forfecare (vâscozitatea aparent descrete odat cu dezvoltarea fenomenului de forfecare), situaie care corespunde în particular substanelor polimerice. În mod uzual, se introduce un coeficient de rezisten la alungire, notat prin *λ , denumit vâscozitate extensional; pentru fluidele nenewtoniene, acest coeficient admite exprimarea: ** 3 ηλ ⋅= , (2.96) parametrul *η fiind denumit vâscozitate de frecare. În cazul soluiilor polimerice, Metzner în anul 1970, respectiv, Brag i Olive în anul 1973, au pus în eviden faptul c, vâscozitatea extensional poate fi cu de 104 ori mai mare decât

*η . Pentru soluiile de poliacrilamid i polietilenoxid, raportul ** /ηλ admite valori cu ordinul de mrime, egal cu 103.


În anul 1974, Mewis i Metzner, a pus în eviden pentru curgerile extensionale având în coninut, suspensii din fibre macroscopice, faptul c, raportul lungime/diametru, variaz în intervalul (280...1260). 2.11.7 Curgerea fluidelor nenewtoniene în conducte Determinri în acest sens, au fost efectuate de ctre Metzner i Reed în anul 1955, i de ctre Shaver i Merrill în anul 1959, respectiv de ctre Dodge i Metzner în anul 1959, care au promovat ipoteza fluidului nenewtonian, astfel c vâscozitatea aparent a acestuia poate fi exprimat printr-o lege de putere, sub forma relaiei (2.95). 2.11.7.1 Generalizarea numrului Reynolds Numrul Reynolds se definete :

η

ρ

ν

⋅⋅=

⋅=

duduaRe , (2.97)

în care mrimile u , d, ρ au fost definite anterior.

Vâscozitatea aparent se obine din ecuaia (2.95):[2.20]

1−

⋅≅

α

ηd

uka . (2.98)

Utilizând relaiile anterioare, se obine:

12

1

111Re

−−

−−−

⋅

⋅⋅=

⋅≅

αα

ααα

ρ

ηη

d

kd

uk aa

a , (2.99)

de unde, rezult

ν

η

α

α

⋅

⋅=

−

−

1

1

2

1

1

1

Re

k

da . (2.100)

Pentru o serie de valori ale lui Rea i α , autorii au pus în eviden o serie de date

experimentale care, se pot corela printr-o modificare specific a coeficientului de rezisten hidraulic liniar, a lui Blasius, sub forma:

maRe

079,05 ⋅

=α

λ , (2.101)

în care m are valoarea:

α5,10

63,2=m . (2.102)

Pentru 1=α , relaia (2.101) devine :


25,0Re

079,0=λ . (2.103)

2.11.7.2 Funcii vâscometrice Fluidele nenewtoniene se comport la fel ca fluidele vâscoelastice, ceea ce înseamn

c, în anumite împrejurri, acestea pot s manifeste proprieti elastice, ca rspuns la diferitele solicitri; în acest mod, fluidele se pot descrie prin modele în care expresiile nenewtoniene se pot modifica prin introducerea unor termeni care sunt funcie de timp, i de o serie de parametri pentru relaxare.

Modelele cele mai cunoscute, includ i pe cel al lui Maxwell, caracterizat prin vâscozitate newtonian i timp de relaxare pentru tensiune, respectiv al lui Oldroyd, caracterizat prin vâscozitate i timpi de relaxare pentru tensiune i deformaie.[2.22],[2.24],[2.25],[2.31]

Funciile vâscometrice corespunztoare, au fost introduse de Noll, i admit exprimrile:[2.24]

)(13311 kσσσ =− , )(23322 kσσσ =− , )(12 kττ = , 01323 == ττ . (2.104) Funciile vâscometrice 2,1, ∈jjσ au semnificaie mecanic de diferene ale

tensiunilor normale, iar funcia vâscometric τ reprezint o tensiune . Funciile )(⋅jσ se numesc funcii vâscometrice normale, iar funcia )(⋅τ se numete

funcie vâscometric ; scalarul k poart numele de vitez.

2.11.7.2.1 Proprieti ale funciilor vâscometrice

Funciile vâscometrice precizate anterior, au urmtoarele proprieti:[7]

)()( kk jj −= σσ , )()( kk ττ −=− , Rkj ∈∀∈ )(,2,1 , (2.105)

astfel, funciile vâscometrice normale sunt pare, iar funcia vâscometric de forfecare este impar.[2.24]


Anexa 2.1 Diagrama lui Moody

k/d

Re103

104

105

106

107

108

6 8 3 4 5 6 82 3 4 5 6 82 3 4 5 6 82 3 4 5 6 82 3 4 5 6 820.0070.0080.0090.010

0.0140.0160.0180.020

0.025

0.030

0.040

0.050

0.1000.0900.0800.0700.060

0.012

0.000010.00002

0.000040.000060.000100.00020.00030.00060.00100.00150.0020.0030.004

0.006

0.0080.010

0.015

0.0200.0250.030

0.0400.0500.060

Figura A.2.1.1 - Diagrama (Re)λλ = . [2.1]


Anexa 2.2 Relaii pentru λ i C pentru calculul pierderilor liniare de sarcin

Tabelul A.2.2.1 - Relaii pentru calculul pierderilor liniare de sarcin[2.1]

Relaia de calcul Domeniul de valabilitate

Observaii

Re

a=λ 2300Re <

Relaia lui Hagen-Poiseuille; a = 64 pentru conducte circulare

425,0 Re100

1

Re

3164,0==λ 510Re4000 <<

Relaia lui Blasius; cercetrile recente extind domeniul pân la

7103Re ⋅<

( )264,1Relg8,1

1

−=λ kd /23Re3000 <<

Relaia Filonenko-Altul, recomand coeficientul 1,50

în loc de 1,64

( ) 8,0Relg21

−= λλ

kd /23Re3000 << Relaia Prandtl-Nikuradse

2

Re

42,1

⋅

=

k

dλ 01,0/001,0 << dk

kdk /560Re23 << Relaia lui Lobaev

d

klg214,1

1−=

λ kd /560Re > Relaia Prandtl-Nikuradse

6/11R

nC = kd /560Re > Relaia lui Manning ;

n este funcie de rugozitate

yRn

C1

= kd /560Re > Relaia lui Pavlovski ;

n este în funcie de rugozitate

( ) mRnRny 3,1,075,013,05,2 <−−−=

R

nnC

231

128

+

+= k560Re > Formula Ganguillet-Kutter ;

n este în funcie de rugozitate


Bibliografie capitolul 2 [2.1] Anton, L.,E., Baya, A. - Mecanica fluidelor, maini hidraulice i acionri, Editura Orizonturi Universitare Timioara, 2002. [2.2] Iamandi, C., Petrescu, V., Sandu. L., Damian , R., Anton, A.- Hidraulica Instalaiilor, Editura Tehnic, Bucureti, 1994. [2.3] Iamandi, C, Petrescu, V., Sandu, L., Damian, R.- Hidraulica instalaiilor. Elemente de calcul i aplicaii, Editura Tehnic, Bucureti, 1985. [2.4] Cioc, D. - Hidraulic, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1983. [2.5] Ionescu, G.D., Isboiu, E., Ioni, I. - Mecanica fluidelor i maini hidraulice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1980. [2.6] Idelcik, I., E. - Îndrumtor, pentru calculul rezistenelor hidraulice, Editura Tehnic, Bucureti, 1984. [2.7] Reynolds, O. - Curgeri turbulente în tehnic, Editura Tehnic Bucureti, 1982. [2.8] White, F. M. - Fluid Mechanics, Mc Graw Hill, International Edition, 1999. [2.9] Popescu, G., Manuel, . - Elemente fenomenologice privind pierderile de sarcin în conducte circulare, Conferina Facultii de Pompieri - Academia de Poliie „ Alexandru Ioan Cuza”, “SIGPROT-2001”, ediia a IV-a, Buletinul Pompierilor nr.1(5)/2001, Editura Ministerului de Interne, Bucureti,2001. [2.10] Popescu, G. - Determinarea pierderilor liniare sarcin la furtunurile pentru pompieri, Revista „Alo,981!” nr. 19/1993., editor Brigada de Pompieri “Dealul Spirii” a Capitalei, Bucureti, 1993. [2.11] Popescu, G. - Variaia parametrilor vitez medie, debit i presiune într-o conduct de seciune circular, Revista „Alo,981!” nr. 21/1993, editor Brigada de Pompieri“ Dealul Spirii “a Capitalei, Bucureti, 1993. [2.12] Popescu, G.- Aplicaii în mecanica fluidelor, Revista „Pompierii Români” nr.3/1993, editor Inspectoratul Generaql pentru Situaii de Urgen, Bucureti,1993. [2.13] Golovanov, N., Popescu, G., Dumitrana, T., Coatu, S. - Evaluarea riscurilor generate de descrcrile electrostatice, Editura Tehnic, Bucureti, 2000. [2.14] Popescu, G., Manuel .- Metode de reducere a pierderilor de sarcin la transportul apei prin conducte circulare, Conferina Facultii de Pompieri - Academia de Poliie “ Alexandru Ioan Cuza”, „SIGPROT- 2001”, ediia a IV-a, Buletinul Pompierilor nr.1(5)/2001, Editura Ministerului de Interne Bucureti, 2001 [2.15] Seteanu, I., Popa, R., Grigoriu, N. - Mecanica fluidelor i maini hidropneumatice, Culegere de probleme, volumul 1, litografie, Universitatea „Politehnica” Bucureti, 1984. [2.16] Kiselev, P.G. - Îndrumtor de hidraulic, Editura Tehnic, Bucureti, 1988. [2.17] Popescu, G. - Hidraulica fluidelor aditivate, Referat nr.3 pentru doctorat, Universitatea Tehnic de Construcii, Bucureti, 2006. [2.18] Robescu, D., .a. - Dinamica fluidelor polifazate poluante, Universitatea „Politehnica”, Bucureti, litografie, 1998. [2.19] Iamandi, C., Petrescu, V., Damian, R., Sandu, L., Anton, A., Degeratu, M. - Hidraulic i maini hidraulice. Elemente de calcul i aplicaii, Institutul de Construcii, Bucureti, 1982.

[2.20] Mc Comb, W.D. - Turbulena fluidelor, Editura Tehnic, Bucureti, 1997. [2.21] Isboiu, Gh., Georgescu, C. - Mecanica fluidelor, Editura Tehnic, Bucureti, 1995.

[2.22] Exarhu, M., Chiujdea, C. - Hidrodinamica lichidelor neomogene i a soluiilor de polimeri, Editura Bren, Bucureti, 2000. [2.23] Renardy, M. - On the mechanism of drag reduction, nonnewtonian fluid mechanical, S.U.A., 1995. [2.24] igoiu, S.C., igoiu, V. - Reologie i termodinamic, partea I, Reologie, Editura Universitii Bucureti, 1998. [2.25] Goldshtik, M.A., Zametalin, V.V., Shtern, V.N. - Simplified theory of the near - wall turbulent layer of newtonian and drag - reducing fluids, J.Fluid mech., pg.119, 423, S.U.A., 1982. [2.26] Leca, A., Leca, M.- Aditivarea lichidelor, soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti, 1982. [2.27] Gowier, G.W., Aziz, K. - The Flow of Complex Mixtures in Pipes, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1972. [2.28] Luca, O.,Tatu, G., Petrescu, V. - Hidrodinamica cursurilor de ap, Editura Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, 1998. [2.29] Luca, O., Tatu, G. - Environmental import of free surface flows. Evolutions and protection, Editura Orizonturi Universitare, Timioara, 2002. [2.30] Chiujdea, C. - Rezultate teoretice i experimentale privind influena aditivilor polimerici asupra curgerii fluidelor, Referat de doctorat, 1992, catedra de Hidraulic i Maini Hidraulice, Universitatea “Politehnica” Bucureti. [2.31] Robescu, D. .a. - Curs de dinamica fluidelor polifazate poluante, Editura Universitii “Politehnica” Bucureti, 1998. [2.32] Chiujdea, C. - Contribuii privind utilizarea aditivilor polimerici asupra curgerii fluidelor cu aplicaii în hidroenergetic, Tez de doctorat, Facultatea de Energetic, Universitatea “ Politehnica „ Bucureti, 1998. [2.33] Hinze, J., O. - Turbulence, 2nd edn, Mc Graw- Hill, New York, 1975.


Capitolul 3

Substane utilizate pentru stingerea incendiilor

3.1 Elemente generale Substanele utilizate pentru stingerea incendiilor, permit controlul/întreruperea

procesului de ardere a substanelor combustibile/inflamabile, urmare unor efecte, cum sunt: rcire (apa, spuma); izolare (apa, spuma); diluare (apa, gaze inerte); inhibare (pulberi, haloni); efect chimic (haloni, pulberi).[3.1],[3.4],[3.8], [3.9], [3.10]

În funcie de starea de agregare, substanele de stingere se pot clasifica în: solide (pulberi); lichide (apa, spumele); gazoase (gaze inerte, haloni, vaporii/cea de ap).

3.1.1 Domenii de utilizare a substanelor de stingere Apa are o mare capacitate de absorbie a cldurii raportat la cldura specific i

cldura latent de vaporizare; este deosebit de eficient la stingerea incendiilor de substane/materiale solide, în prezena unor materiale metalice înclzite, a unor substane solide cu temperatur relativ mare, care pot genera reaprinderea unor lichide combustibile deja stinse.[3.3]

La stingerea incendiilor, spumele nu prezint riscuri pentru om i mediu, datorit structurii chimice proprii, acestea fiind biodegradabile ( netoxice, necorozive). Cele mai utilizate substane pentru stingerea incendiilor sunt: apa; spuma; pulberile; halonii, gazele inerte (CO2, N2 etc). Apa se utilizeaz pentru stingerea incendiilor sub form de: jet compact; jet pulverizat (ploaie); cea de ap/pulverizare fin; abur.[3.22]

3.1.2 Elemente generale referitoare la clasele de incendiu Incendiile, se definesc prin natura tipului de incendiu în: [3.1],[3.3],[3.5]

- clasa A: sunt incendiile de materiale solide, în general de natur organic, a cror combustie în aer are loc, în condiii normale, cu formare de jar;

- clasa B: sunt incendiile de materiale lichide sau solide lichefiabile; - clasa C: sunt incendiile de gaze; - clasa D: sunt incendiile de metale.


Clasificarea lichidelor inflamabile, se realizeaz în funcie de temperatura de inflamabilitate a vaporilor raportat la clasa de combustibilitate a lichidelor, dup cum urmeaz : ti 28 0C/L I; 28 < ti 55 0C/L II; 55 < ti 100 0C/L III; ti < 100 0C/L IV.[3.14]

3.1.3 Ecuaia cauzei unui incendiu

Ecuaia cauzei de incendiu se definete ca fiind o funcie implicit, dat de:[3.13] ψ = == ),,,,(),,,( 4323121143211 xxxxxxxxx ψψ ),,( 411 xxarderii∆ψ . (3.1)

Variabilele kx , 4,1=k i variabilele intermediare, sunt dependente de timpul t i de

spaiul s , adic:

),( stxx kk = , 5,1=k , (3.2)

cu particularitatea c variabilele enumerate, prezint proprietatea c pot fi dependente sau independente între ele. Variabilele utilizate în relaia (3.1) sunt: 1x este mijlocul sau elemente componente din

structura sa; 2x - sursa ; 31x - primul material care se poate aprinde; 32x - aerul atmosferic, care,

pentru a contribui la iniierea i dezvoltarea unui incendiu este necesar i suficient s conin oxigen în limitele (16...⋅21)%; 4x - împrejurarea; t, s - momentul de timp respectiv spaiul(volumul) la/în care se realizeaz simultan condiiile precizate mai sus.

Pentru generarea temperaturilor de: aprindere/autoaprindere sau inflamare /autoinflamare dup caz, este necesar ca variabila 2x s aib energia suficient necesar pentru iniierea unui eveniment de tip incendiu/explozie, ultima urmat dup caz, de incendiu. Stingerea incendiilor, se realizeaz prin aciunea substanelor de stingere enumerate în capitolul 3.1, dup caz, asupra variabilelor 31x i/sau 32x i/sau 1x i celorlalte materiale

supuse fenomenului de combustie la incendiu, prin metode specifice.[3.15]

3.2 Stingerea incendiilor prin controlul procesului de ardere 3.2.1 Elemente generale

Controlul procesului de ardere, se realizeaz practic, din momentul începerii unei intervenii pentru stingerea incendiilor, i reprezint un cumul de aciuni, materializate, prin modaliti i procedee specifice.[3.13] Întreruperea procesului de ardere, se realizeaz prin : rcirea spaiului de ardere; izolarea produselor combustibile de aerul atmosferic; reducerea coninutului minim de oxigen; introducerea de inhibitori în spaiile în care au loc reacii de ardere; utilizarea unor substane explozive; îndeprtarea substanelor combustibile/inflamabile din spaiul de ardere/combustie etc.

3.2.2 Rcirea spaiului de ardere

Acest procedeu se realizeaz prin introducerea în spaiul incendiului(focarul incendiului), a unor substane cu temperatur mai sczut i temperatur specific mai mare, astfel încât s se poat prelua o parte din cldura necesar întreruperii procesului de ardere/combustie; în consecin, viteza de ardere se reduce i cantitatea de cldur degajat, scade.


Pentru aceasta, este necesar, ca temperatura fluidului la suprafa, s ajung, în urma utilizrii de substane stingtoare, sub temperatura de aprindere, situaie posibil, prin preluarea cldurii degajate i existente în vecintatea suprafeelor atât la corpurile solide, cât i în cazul lichidelor.

Scderea temperaturii stratului de la suprafa se poate realiza doar, ca urmare a contactului direct al acestuia cu agentul/substana de rcire.

Eficiena stingerii depinde de: suprafaa de contact dintre substana de stingere i materialul care arde; diferena dintre temperatura stratului i a substanei de rcire; capacitatea materialului de a absorbi cldur/cldura specific; debitul cu care se refuleaz substana de stingere asupra materialului sau substanei combustibile aprinse; zona din jet (figura 3.1)cu care se acioneaz la aciunea de stingere a incendiilor, trebuie acionat cu a), zona compact, sau dup caz, cu b) zona strivit/destrmat din jet; în cazul zonei c) care reprezint zona stropilor/pulverizat, aciunea de stingere este ineficient, prin faptul c, odat cu introducerea stropilor de ap, se introduce i aer atmosferic, în focar, situaie prin care se accelereaz arderea produselor combustibile/inflamabile.

lc cos(/2)

/2

a) b) c)

Figura 3.1- Zone din jetul de ap refulat dintr-o eav de pompieri tip: a) zona compact; b) zona destrmat; c) zona stropilor. Cele mai eficiente substane de stingere cu aciune de rcire sunt: apa; dioxidul de

carbon refulat sub form de zpad carbonic; zpada, dac apa lipsete.

3.2.3 Izolarea materialelor i substanelor combustibile de aerul atmosferic

Acest procedeu const, fie în izolarea materialului supus arderii, de aerul atmosferic,

fie prin controlul aerului i gazelor combustibile în spaiile de ardere. Izolarea focarelor prin utilizarea unor substane de stingere adecvate, se realizeaz prin

aplicarea acestuia la partea inferioar a flcrilor, aciunea având drept urmare, reducerea cantitii de gaze combustibile i încetarea degajrii de vaporii acestora; ca atare, procesul de ardere/combustie se întrerupe.[3.3]

De exemplu, stratul de spum dispus pentru izolare i stingere a unui incendiu pe suprafaa unei substane combustibile care arde, într-un volum dat, întrerupe transferul de cldur prin radiaie, convecie i conducie, în mod simultan, consecina, fiind aceea de rcire i stingere a incendiului la suprafaa materialului combustibil lichid, supus arderii.

Accesul aerului i gazelor combustibile în spaiile de ardere, se poate controla prin închiderea golurilor determinate de unele elemente de construcie: ferestre, ui, canale de ventilaie etc.; în consecin, fumul se poate acumula în interiorul spaiilor respective, arderea


devenind din ce în ce mai incomplet, procentul de oxigen din spaiul respectiv scade, intensitatea arderii se reduce, rezultatul fiind, creterea coninutului de: CO, CO2, HCl, etc., cu risc foarte mare de asfixiere pentru ocupani/servanii pompieri.[3.16]

3.2.4 Reducerea coninutului minim de oxigen din aer

Acest procedeu const în introducerea de substane care nu întrein arderea, în aerul, amestecul aer - vapori sau de substane gazoase care particip la ardere. Consecina direct este micorarea vitezei de propagare, urmat de întreruperea procesului de ardere, fenomen cauzat de scderea treptat a degajrilor de cldur.

Se aplic cu eficien mare în încperi relativ închise sau la arderea unor lichide combustibile pe suprafee reduse, în cazul accesului liber al aerului.

Procesul de ardere înceteaz ca urmare a micorrii coninutului de oxigen în aer, în zona de ardere, la o valoare sub (14...16)% volum de oxigen în aer. 3.3 Apa utilizat ca substan de stingere

Dei în prezent se dispune de o gam extrem de variat de substane de stingere, apa

este substana de stingere având caliti care o fac s fie cel mai mult utilizat: se gsete în cantiti nelimitate; admite costuri reduse; este relativ uor de produs; are mare eficien la rcire; Apa poate fi utilizat la generarea unor atmosfere inerte, atunci când trece din starea lichid în starea de vapori, rezultând o mrire a volumului su de 1700 ori, ceea ce conduce la deplasarea aerului i a vaporilor inflamabili din zonele de manifestare a arderii/incendiului.[3.3]

De asemenea, apa se utilizeaz împreun cu alte substane stingtoare (pulberi stingtoare, lichide vaporizatoare) pentru realizarea unei stingeri complete i în timp relativ sczut.

Efectul de stingere al apei se realizeaz prin: rcirea materialului combustibil supus arderii; izolarea suprafeei supuse arderii de oxigenul din aer; aciune mecanic, atunci când apa se utilizeaz sub form de jet compact.

Efectul principal al apei la stingerea incendiilor îl constituie rcirea materialului care arde, prin fenomenul de absorbie a cldurii degajat în urma arderii cu vitez mai mare decât viteza cu care materialul combustibil absoarbe cldura, necesar dezvoltrii incendiului.

3.3.1 Apa utilizat sub form de jet pulverizat Efectul principal de aciune pentru aceast alternativ este rcirea, întrucât pe timpul

utilizrii acesteia, crete suprafaa de contact cu flcrile/produsele de ardere; cu cât se evapor cantiti mai mari de ap, cu atât cantitatea de cldur preluat este mai mare i în consecin, efectul de rcire este mai mare.[3.8]

Capacitatea de ptrundere a jetului pulverizat, în focarul incendiului, este dependent în principal de: dimensiunile picturilor, presiunea dinamic în jet, dimensiunea flcrilor, existena curenilor de aer, produsele combustibile implicate în procesul de ardere, viteza picturilor, gradul de evaporare al apei, în zona flcrilor etc.

Efectul de stingere, este cu atât mai mare cu cât se evapor mai mult ap; un litru de H2O are nevoie pentru a se evapora în totalitate, de 629 kcal, generându-se astfel 3m)8,1...6,1( de abur.

Efectul de stingere maxim (cu cea mai mare eficien), în cazul apei sub form dispers i pulverizat, se obine în încperi închise.


3.3.2 Apa utilizat sub form de jet compact

Prin utilizarea acestui procedeu se obine creterea eficacitii i capacitii de oc a apei, întrucât, cantitatea de ap refulat este foarte mare comparativ cu cantitatea de ap din jetul pulverizat i aplicarea unei presiuni mai mari genereaz efecte de dislocare, mari.

3.3.3 Apa utilizat sub form de abur

Aceasta se utilizeaz ca agent de stingere având drept efect reducerea coninutului de

oxigen din aer. Pentru stingere este necesar concentraia de 35% în volum de aer. Se poate utiliza atât abur saturat cât i abur supraînclzit, primul fiind cel mai eficient.

Se recomand utilizarea în instalaiile: fixe, semifixe, de preferat acolo unde exist un proces tehnologic care utilizeaz sau produce abur.

3.3.4 Apa îmbuntit chimic Întrucât apa umezete, în mod nesatisfctor majoritatea substanelor combustibile

solide, ptrunzând cu greu în structura acestora, se reduce efectul de izolare în detrimentul creterii inutile a consumului de ap.

Pentru a spori capacitatea de ptrundere a apei în masa materialelor cu care vine în contact, s-a acionat asupra tensiunii superficiale a acesteia (care reprezint rezistena pe care o opune lichidul la mrirea suprafeei sale), prin tratarea sa cu diveri detergeni, ca de exemplu cu dero 73, în procent de (0,2...0,3)%, a crui denumire este alchil aril sulfonat de sodiu, soluie 33%, care reduce la jumtate tensiunea superficial, reduce timpul de ptrundere de pân la trei ori, consecina fiind capacitatea de rcire i de izolare a apei utilizate la stingerea incendiilor.[3.1]

Prin scderea tensiunii superficiale se asigur i o pulverizare mai fin a produsului refulat asupra focarului/incendiului, ceea ce mrete absorbia cldurii produse prin ardere, deci i capacitatea de rcire a materialului aprins.

Utilizarea apei îmbuntit chimic determin scderea cu (35...50)% a cantitii de ap utilizat i creterea eficienei de stingere, deoarece nu exist tendin de reaprindere; aceasta se utilizeaz la stingerea incendiilor de materiale având coninut de celuloz: lemn, textile, bumbac, hârtie, în msura în care se dispune de mijloace tehnice care s realizeze amestecul de detergent/ap la un raport de 3/1000.

3.3.5 Apa pulverizat fin/ceaa de ap

Ca substan de stingere, aceasta genereaz reducerea coninutului de oxigen, cu condiia, ca particulele de ap, s fie de aproximativ 100µm, situaie care se poate realiza tehnic, prin pulverizarea apei la presiune înalt sau utilizând evi de pulverizare în construcie special. [3.22]

La pulverizarea uniform/fin a apei, în spaiile de ardere, ia natere aburul, care dilueaz i rcete substanele combusibile/inflamabile care particip la ardere, generându-se simultan i un proces de inhibare a reaciilor care au loc.


Urmare experienelor/determinrilor realizate, ceaa de ap poate fi utilizat la: stingerea incendiilor; controlul dezvoltrii incendiilor; aciunile de salvare pentru reducerea efectului radiaiei termice excesive asupra cldirilor/obiectivelor din vecintatea incendiului; stingerea incendiilor la unele instalaii electrice etc. Avantajele utilizrii ceii de ap, sunt în principal urmtoarele:[3.22] - nu se înlocuiete aciunea direct asupra focarului de incendiu, ci în principal se urmrete s se îmbunteasc condiiile de mediu pentru servanii pompieri i s se previn posibilitatea generrii unui flash-over sau a unui backdraft; - se realizeaz o disipare a cldurii degajate de flcrile din incendiu cu o eficien mult mai mare decât în cazul utilizrii jeturilor compacte de ap; - poate fi utilizat la generarea unei atmosfere inerte, atunci când apa trece din starea lichid în starea de vapori, consecina fiind mrirea volumului acesteia, de aproximativ 1700 ori, situaie care genereaz deplasarea aerului i a vaporilor inflamabili/combustibili, în afara spaiilor de manifestare a focarului de incendiu; Dezavantajele utilizrii ceii de ap, sunt în principal urmtoarele:[3.1],[3.8] - poate determina un risc mare de generare a unor cantiti de abur cu temperaturi ridicate, care pot determina accidente de munc în rândul servanilor pompieri; - poate genera posibile distrugeri ale echilibrului termic în spaiul incendiat; - poate determina în unele cazuri, riscuri pentru disconfortul servanilor pompieri( reducerea vizibilitii, umiditate ridicat etc.) 3.3.5.1 Cerine necesare pentru realizarea ceii de ap Ca substan de stingere, ceaa de ap acioneaz prin reducerea coninutului de oxigen, din aerul care particip la incendiu, fiind necesar îns, ca dimensiunea particulelor de ap generate, s fie de aproximativ 100 µ m, situaie care se poate realiza prin urmtoarele metode prin: pulverizarea apei la presiune înalt (0,5...10)MPa; utilizarea unor evi pulverizatoare în construcie special, la presiuni de (0,2...1)MPa; utilizarea aerului comprimat. Operaia de pulverizare a apei, utilizând aerul comprimat, este posibil, îns necesit compresoare în construcie special; exist în acest caz, cel puin un risc, nu îns de factur potenial, ca prin posibilele deteriorri ale furtunurilor de alimentare cu aer comprimat, acesta s poat fi refulat în mod necontrolat, i în situaii/împrejurri dificile de intervenie (iluminare insuficient, numr redus de servani etc.) s se accelereze procesul de ardere. Utilizând presiuni de (5...10)MPa, exist riscuri determinate de unele dificulti în utilizarea evilor manuale de pulverizare; în acelai context, pentru pulverizare sunt necesare evi cu ajutaje speciale, furtunuri de mare rezisten, deci, pompe speciale, dei, efectul de stingere este acelai ca în cazul utilizrii ceii de ap de joas presiune. Efectul de stingere este determinat de gradul de uniformitate al picturilor i de intensitatea jetului de ap. Timpul necesar pentru ca o pictur de ap cu un anumit diametru, refulat la o anumit presiune s ajung la cota zero, în ipoteza c penetrarea se realizeaz de sus în jos i este de 3m, este redat în tabelul 3.1.[3.2],[3.18],[3.19] Tabelul 3.1 - Timpul de rmânere în aer al picturilor de ap

Presiunea de refulare [MPa] 5 10 30 68

Diametrul picturii [µm]

Timpul [s] 200 3 2 1,12 0,74


300 2,7 1,75 0,96 0,64 500 1,16 0,77 0,41 0,27 1000 0,86 0,57 0,3 0,2

3.3.5.2 Termohidraulica utilizrii ceii de ap la stingerea incendiilor Mecanismul prin intermediul cruia ceaa de ap realizeaz stingerea unui incendiu, implic: extragerea cldurii (fenomen de rcire); deplasarea oxigenului în afara spaiului incendiat (mai uor pentru incendii mari); absorbia radiaiilor.[3.2] La proiectarea sistemelor de stingere cu ceii de ap trebuie s se in seama de: compartimentarea încperilor, posibilitile de ventilare, natura materialului combustibil care va dota spaiile respective . Ceaa de ap, prin intermediul picturilor de ap, realizeaz un schimb termic datorat energiei generate în spaiul de ardere, consecina fiind, de control a creterii temperaturii în incendiu. Schimbul de energie este proporional cu suprafaa acoperit de picturile de ap i nu cu volumul acestora; pentru acelai volum, cu cât picturile de ap sunt mai mici, cu atât suprafaa pe care se realizeaz schimbul energetic este mai mare. În aceeai ordine de idei, norul care este format din picturi fine de ap, filtreaz radiaia infraroie emis de turbulena flcrilor, reducând astfel, fluxul termic din spaiile incendiate, asigurând în acest mod i o anumit izolare termic. În cazul incendiilor de substane combustibile solide (clasa A), utilizarea ceii de ap este foarte eficient dac incendiul se manifest la suprafa; în cazul, în care arderea se manifest în interiorul substanei combustibile, ceaa de ap este mai puin eficient comparativ cu jeturile refulate din furtunurile tip standard . Durata de via a picturilor de ap în funcie de temperatur i diametrul acestora este prezentat în tabelul 3.2. [3.2],[3.18],[3.19] Tabelul 3.2 - Durata de via a picturilor de ap în funcie de temperatur

Diametrul picturii [µm] 100 200 300 500 1000

Temperatur [0C]

Timpul [s] 200 0,8 1,6 2,4 4 8 300 0,533 1,06 1,6 2,66 5,33 400 0,4 0,8 1,2 2 4 600 0,26 0,52 0,78 1,3 2,6 800 0,2 0,4 0,6 1 2 1000 0,16 0,32 0,48 0,8 1,6

3.2.6 Apa uoar (light - water) Aceasta se obine dintr-un spumant fluorurat, i se refuleaz asupra incendiilor de

lichide nemiscibile cu apa, formând la suprafaa acestora o pelicul care împiedic evaporarea lor; fenomenul face ca gradul de volatilitate al lichidului aprins s scad pân la valori care reduc aproape total intensitatea arderii.[3.1],[3.3],[3.22]


Apa uoar este compatibil cu spuma proteinic i într-o oarecare msur cu pulberile stingtoare; în general, pelicula de ap uoar poate rezista pe suprafaa lichidului timp de (5...6)min., dup care este indicat ca lichidul s fie acoperit cu spum proteinic.

Pelicula de protecie nu se realizeaz prin simpla refulare a soluiei de substan tensioactiv în ap, ci prin realizarea mai întâi a unui strat de spum.

Cele mai utilizate substane tensioactive pentru realizarea apei uoare sunt cele din categoria AFFF (Aqueos Film Formin Foam - spum cu formare de pelicul de ap).

3.2.7 Apa aditivat cu aditivi polimerici

Principalii aditivi utilizai la stingerea incendiilor sunt din punct de vedere al

compoziiei chimice: aditivi de natur proteinic; aditivi de natur sintetic.[3.20],[3.22] În România, nu se utilizeaz apa cu aditivi polimerici în scopul reducerii i

controlului pierderilor de sarcin, deci a reducerii: consumului de carburant, energie electric etc, atât la stingerea incendiilor cât i în alte domenii de activitate cum sunt industria chimic/petrochimic, sistemele de înclzire i distribuie la consumatorii casnici /industriali, industria energetic etc.[3.1],[3.11],[3.12],[3.20]

Utilizarea aditivilor la ap, face obiectul urmtoarelor capitole din tez. 3.3 Spumele ca substane de stingere

Spumele utilizate în concentraii mai mari decât cele recomandate pot s aib efecte

negative asupra personalului de intervenie prin gazele toxice generate, dar i asupra focarului/incendiului, nerealizându-se rolul de stingere a acestuia. La impactul asupra mediului, rolul important îi revine compoziiei spumantului utilizat; cei mai utilizai spumani sunt:[3.1],[3.17],[3.21] - spumani proteici, realizai din proteine hidrolizate, la care se adaug conservani (antifungice, antinicotice) i stabilizatori (sruri ale metalelor grele) sau, în cazul spumanilor proteici aditivai, un complex activ (aminometalic); în cazul spumanilor fluoroproteici se adaug ageni de suprafa, perfluorurai speciali; - spumani sintetici, obinui pe baz de ageni tensioactivi (sulfai sau sulfonai ai alcoolilor superiori) care conin stabilizatori i antigel.

Determinrile experimentale au pus în eviden c spumanii sintetici sunt mult mai toxici decât cei proteici, de aproximativ (9...45) ori, datorit faptului c cei proteici se obin pe cale natural, prin degradarea alcalin a coarnelor i copitelor de bovine, iar cei sintetici nu apar în nici un ciclu natural de transformare.

Dei concentraia spumanilor este foarte mic (1...6) %, spuma rezultat are un impact puternic asupra mediului, în special asupra acvifaunei.

Toate produsele obinute pe baz de spumani au pH-ul ridicat (10...11), ceea ce modific structura solurilor afectate.

Urmare utilizrii pulberilor stingtoare, se manifest efecte negative puternice asupra vegetaiei, care se usuc ireversibil; în schimb, nu s-au înregistrat efecte de durat asupra solului.

Spumele, în comparaie cu pulberile stingtoare, sunt mult mai duntoare ecosistemului; un factor edificator este biodegradabilitatea acestora, care reflect timpul în care substanele chimice din spume sunt descompuse în mediul înconjurtor de ctre bacterii; bacteriile le utilizeaz ca hran, asimilând carbonul, pe care-l oxideaz.


Numeroase studii, au pus în eviden faptul c majoritatea tipurilor de spume sunt biodegradabile; cu toate acestea trebuie manifestat grij, în cazul incendiilor, pentru a evita deteriorarea calitii apelor potabile sau deversarea unor reziduuri din aceast categorie la sistemele de canalizare.

Nerespectarea concentraiilor de spumogen în ap (în sensul mririi acestora), deci nerespectrii condiiilor emise de fabricant, poate s s genereze efecte negative asupra apei i vegetaiei, în general.

De asemenea, nu trebuie neglijat factorul ecologic, având în vedere faptul c experimentele pe suprafee mari, afecteaz prin fumul i gazele toxice degajate, precum i prin substanele de stingere i combustibilul nears/neconsumat, calitatea mediului ambiant.

Din categoria substanelor de stingere prin izolare, face parte i spuma, care este un sistem dispers gaz i lichid, mediul de dispersie fiind apa în care s-a dizolvat spumantul iar faza dispersat este gazul (aer, N2, CO2).

Realizarea spumelor pe cale mecanic (aeromecanic) i evoluia acestora, în timp, reprezint una dintre cele mai importante realizri în domeniul stingerii incendiilor de lichide combustibile.

Spuma are, dup ap, domeniul cel mai larg de aplicabilitate la stingerea incendiilor; spre exemplu, incendiile generate de substanele combustibile lichide nu se pot stinge cu ap sub form de: jet compact, jet pulverizat sau cea.

Pentru unele lichide combustibile/inflamabile, cum sunt: petrolul, benzina etc., proprietile pe care le are apa, sunt insuficiente, aceasta, fiind mai dens în comparaie cu acestea; produsele respective, se separ la suprafaa apei i ard în continuare.

O mare parte dintre substanele care se încadreaz în categoria lichidelor inflamabile, au greutatea specific mai mic decât a apei; unele dintre acestea, prezint proprietatea c nu sunt solubile în ap.

Combustibilii lichizi care ard, degaj vapori i astfel, întrein fenomenul de ardere; datorit acestui fenomen, spumanii pentru stingerea incendiilor au fost realizai astfel încât, s poat pluti pe suprafaa lichidului i s creeze astfel, o „barier” între vapori i aer, efectul, fiind de stingere a incendiului.

Principalele proprieti ale spumanilor sunt : controleaz, în sensul c nu permit alimentarea cu aer a spaiului incendiat; rein/controleaz vaporii inflamabili sub o „ ptur ” continu de spum; rcesc spaiul incendiat, prin cantitatea de ap existent în coninutul acestora.

Efectul de rcire, se bazeaz pe preluarea unei cantiti de cldur din focarul incendiului, necesar evaporrii apei, simultan cu separarea lichidului inflamabil, de spum, în general ap, care se evapor prin absorbia de cldur. 3.3.1 Domenii de utilizare pentru spume

Spumele se recomandat în special pentru controlul i stingerea incendiilor din clasa

B (incendii de lichide). De asemenea spumele se pot utiliza pentru prevenirea aprinderii lichidelor inflamabile

i, în anumite cazuri, pentru stingerea incendiilor din clasa A (incendii de solide care prin ardere formeaz jar).

Spumanii nu se utilizeaz pentru stingerea incendiilor de, gaze lichefiate (cu temperatura de fierbere sub cea a mediului ambiant ca: butan, butadien, propan etc.), sau lichide criogenice; excepie fac în acest sens, spumele cu coeficient mare de înfoiere.


Este contraindicat utilizarea spumelor la stingerea materialelor care reacioneaz virulent cu apa din spum, cum sunt de exemplu metalele alcaline (sodiu, potasiu etc.).

3.3.2 Cerine de calitate ale spumelor Pentru a avea eficien, spumele utilizate la stingerea incendiilor, trebuie s

îndeplineasc urmtoarele cerine de calitate: [3.6],[3.7],[3.17],[3.21] - fluiditate: pentru a curge bine i a acoperi rapid întreaga suprafa a lichidului incendiat; - coeficient de înfoiere: care se recomand s aib o valoare cât mai mare, pentru a rezulta un volum cât mai mare de spum; - densitate, care se recomand a fi cât mai mare pentru a nu fi dispersat de flcri la suprafaa lichidului incendiat; - persisten: care se recomand a fi cât mai mare, pentru a permite scderea temperaturii lichidului stins sub temperatura de autoaprindere, pân când spuma îi pierde capacitatea de izolare; - aderen: pentru a realiza rapid efectul de izolare al lichidului de mediul înconjurtor; - timp de stingere minim: pentru a crete eficiena stingerii i a diminua pierderile de bunuri. Spumogenul lichid se depoziteaz i se pstreaz numai la temperaturi peste +5 °C; în caz contrar acesta se degradeaz. Soluiile spumante se prepar în general cu ap dulce (ap potabil/industrial).

3.3.3 Principalele spume utilizate la stingerea incendiilor

Principalele tipuri de spume utilizate la stingerea incendiilor sunt:

[3.6],[3.7],[3.17],[3.21] - din punct de vedere al procedeului de obinere:

- spum chimic; - spum aeromecanic, obinut prin dispersia unui gaz sub presiune într-o soluie apoas de spumant.

- în funcie de coeficientul de înfoiere k: - spum de joas înfoiere, k ≤ 20; - spum de medie înfoiere, 20 < k ≤ 200; - spum de înalt înfoiere, k > 200.

- din punct de vedere al compoziiei chimice: - spumani de natur proteinic; - spumani de natur sintetic.

- în funcie de natura lor : - spumani proteinici: spumant proteinic clasic: spumant proteinic (P); spumant proteinic rezistent la alcooli; spumant fluoroproteinic: spumant fluoroproteinic (FP); spumant fluoroproteinic care formeaz film apos rezistent la alcooli; - spumani sintetici: spumant sintetic cu formare de film apos: spumant cu formare de film apos (AFFF);spumant cu formare de film apos rezistent la alcooli;


spumant sintetic pe baz de detergeni: spumant pe baz de detergent; spumant pe baz de detergent rezistent la alcooli;

- în funcie de tipul spumei pe care firmele productoare o produc: proteinic (P); fluoroproteinic (FP); fluoroproteinic generatoare de pelicul (FFFP); spum generatoare de pelicul apoas (AFFF); spum generatoare de pelicul rezistent la alcooli (AR); spum sintetic cu medie i înalt expansiune.

3.3.3.1 Spuma chimic Spuma chimic este o substan de stingere, al crei principal efect, este de izolare;

din punct de vedere chimic, aceasta reprezint, o mas compact de bule, fiecare dintre acestea, fiind coninut într-o membran lichid umplut cu dioxid de carbon, care se genereaz în urma reaciei dintre o substan acid i o substan bazic.[3.17],[3.21]

Soluia acid, este format, de regul, din sulfat de aluminiu, sau acid sulfuric, cu o anumit concentraie, iar soluia bazic, din bicarbonat de sodiu, sau de potasiu.

Prin reacia bicarbonatului de sodiu cu sulfatul de aluminiu, se genereaz hidroxidul de aluminiu gelatinos, care constituie, masa vâscoas în care sunt înglobate bulele de dioxid de carbon, care rezult din aceeai reacie.

Pentru obinerea spumei chimice în instalaiile fixe din dotarea autospecialelor de prevenire i stingere a incendiilor, care utilizeaz spuma chimic ca substan de stingere, se folosete praful chimic, denumit praf unic, ap i generatoare special construite.

Coeficientul de înfoiere k, se definete ca fiind raportul dintre volumul spumei generate V i volumul soluiilor considerate în mod separat, V1 i V2:

)( 21 VVVk += . (3.3) 3.3.3.2 Spuma fizic /mecanic Spuma mecanic se obine prin dispersarea aerului în soluii de spumani în ap;

acestea prezint persisten , nu sunt corosive în comparaie cu spumele chimice.[3.1],[3.3],[3.17] Ca spumant, se utilizeaz spumogenul lichid sau praful/pulberea; spumogenul cu

cea mai ridicat calitate se obine din proteine (fin din copite/coarne de bovine i /sau ovine ). Acest tip de spum acioneaz asupra focarului prin efect de izolare/ rcire (datorit

prezenei apei) i de înbuire în urma generrii microvaporilor de ap, situaie care conduce la scderea coninutului de oxigen sub valoarea 7,5%.

Efectul de stingere al oricrei spume, const în realizarea unui microstrat cu o anumit grosime, care genereaz rcirea parial a suprafeei aprinse, împiedic migrarea vaporilor spre zona cu flcri i accesul aerului atmosferic.

3.3.3.3 Ecospumele

Eco Foam AFFF este cea mai avansat spum ecologic din lume produs pentru

nevoile moderne ale pompierilor ; nu este corosiv, este biodegradabil, are un nivel de toxicitate extrem de redus. [3.17]

Acest tip de spum, este compatibil în totalitate cu orice tip de echipament care pompeaz ap, fcând-o ideal pentru orice varietate de aplicaii. Poate fi utilizat pentru incendiile din clasa A i este clasificat fr risc material în conformitate cu testele DOT i EPA; aceasta este ideal ca agent de stingere la incendii de hidrocarburi de orice tip în: rafinrii


petrochimice, depozite de distribuie carburani, porturi, industria chimic, aeroporturi, autocisterne/trenuri cistern, procese tehnologice din industria cauciucului; poate fi de asemenea utilizat pentru stingerea de incendii din clasa A.

Acest tip de substan, se poate depozita pentru o durat de aproximativ 25 de ani, când este depozitat conform cu condiiile recomandate de productor, fiind compatibil cu spumanii AFFF i FFFP.

Se poate aplica simultan, la un incendiu, utilizând alte tipuri de substane de stingere. Eco Foam AFFF nu conine nici o substan interzis de legislaia european în

vigoare. 3.3.4 Spumanii concentrai Cerinele impuse spumanilor concentrai pentru utilizarea acestora la stingerea

incendiilor, sunt: stingere a flcrii în timp determinat; rezisten la reaprindere; durat mare de depozitare; impact minim(risc foarte redus) asupra mediului înconjurtor, prin faptul c acetia sunt biodegradabili. Spumanii proteinici sunt produse spumante de tip organic obinute prin descompunerea chimic (hidroliz) a proteinelor naturale din coarne i copite de ovine i bovine; acetia conin adaosuri de substane conservante i stabilizatori de spum care le mresc durata de pstrare la depozitare i eficien la stingere; în general spuma obinut, are coeficient de înfoiere redus (6...10), prezint fluiditate, stabilitate bun i rezisten termic mare determinat de riscul mare de reaprindere.

Spumanii proteinici utilizai la aciunea de stingere a incendiilor, admit tipurile:[3.6],[3.7],[3.17] - profoam 803, 806, este un spumant concentrat, obinut dintr-un amestec de proteine hidrolizate, amplificatori de spumare, stabilizatori i conservani; - fluorofoam 803,806, 903,906, este un spumant fluoroproteinic (FP) coninând surfactani fluorurai într-o baz de spumant lichid fluoroproteinic; - centrifoam, care admit urmtoarea clasificare: - 903, 906, este un spumant fluoroproteinic cu formare de pelicul (FFFP), coninând proteine hidrolizate, conservani i amestecuri de surfactani fluorurai; - A 936, este un spumant concentrat cu formare de pelicul rezistent la alcooli (FFFP/AR).

Spumanii sintetici, sunt produse spumante pe baz de ageni tensioactivi (sulfonai ai alcoolilor grai superiori), care conin stabilizatori de spum i substane anticoagulante.

Spumanii sintetici lichizi sunt de urmtoarele tipuri: - filfoam 911, 913, 916, 216 (AFFF), este un spumant sintetic cu formare de pelicul apoas, un amestec de surfactani fluorocarbonai / hidrocarbonai; - filfoam A 836 (AFFF/AR), este un spumant sintetic cu formare de pelicul apoas rezistent la alcooli; - filfoam centrium A 933 (AFFF/AR).

Spumanii antialcooli AR , au proprietatea c pot forma un strat de polimeri la suprafaa de separare dintre lichidul combustibil/inflamabil în stare de ardere i spum, nu permite distrugerea spumei. În general, spumele utilizate pentru stingerea incendiilor pot genera riscuri din punct de vedere al polurii mediului, atunci când sunt utilizate în cantiti mari; cele mai importante efecte, sunt asupra apei existente în circuitul natural. Spumanii concentrai prezentai, nu prezint riscuri din acest punct de vedere, datorit faptului c acetia nu conin sruri ale metalelor grele, cum este de exemplu, clorura de zinc;


acetia nu sunt toxici/ corosivi i sunt biodegradabili, astfel c în condiii normale de utilizare, nu prezint riscuri de poluare, pentru ap, sau pentru mediul înconjurtor. Principalele tipuri de spumani sunt prezentai în anexa 3.2

Anexa 3.1 Instalaii cu funcii de protecie / stingere a incendiilor

În funcie de rolul pe care îl au în asigurarea proteciei: cldirilor industriale, de producie, depozitare i a spaiilor publice, la aciunea incendiilor, instalaiile de protecie se clasific în:[3.1],[3.2],[3.3],[3.8],[3.10] - instalaii de prevenire, limitare i control a producerii/ propagrii unui incendiu, cum sunt: - instalaii de detecie i semnalizare a incendiilor; - instalaii (sisteme, dispozitive) pentru evacuarea fumului i a cldurii/gazelor fierbini generate la incendiu; - instalaii de limitare/ stingere a incendiilor: - instalaii de protecie cu perdele de ap produse de drencere, pentru protejarea: golurilor, cortinelor de siguran, uilor, obloanelor antifoc, protejarea structurilor metalice, elementelor de faad etc; - instalaii de rcire, în special a parcurilor de rezervoare cu produse inflamabile, pentru rcirea obiectelor din vecintatea zonei incendiate etc;

- instalaii de stingere ultrarapid. Din punct de vedere al modului de acionare i funcionare a instalaiilor de protecie

împotriva incendiilor, acestea pot fi: - instalaii cu acionare manual;

- instalaii automate; - instalaii cu acionare manual i/sau automat.

Din punct de vedere al substanelor utilizate pentru stingerea incendiilor, instalaiile se clasific în:

- instalaii de stingere cu ap: instalaii de hidrani interiori i exteriori de incendiu;instalaii cu sprinklere;instalaii cu drencere; instalaii cu ap pulverizat;instalaii de cea cu ap;

- instalaii de stingere cu substane speciale: dioxid de carbon;spum; azot (IG-100); argon (IG-01); inergen (IG-541); substane de tip FM 200 (HFC- 227); substane de tip Ecaro (HFC-125); substane de tip naf SIII (HCFC / A);aerosoli; automate; manuale;

- autospeciale de prevenirea i stingere a incendiilor.


Anexa 3.2 Spumani concentrai utilizai la stingerea incendiilor Principalele tipuri de spumani concentrai utilizai pentru stingerea incendiilor,

sunt:[3.1],[3.3],[3.4],[3.6],[3.7],[3.9],[3.10],[3.17],[3.21] Profoam 803/ 806 Este un spumant concentrat proteinic, obinut prin amestec de proteine hidrolizate,

amplificatori de spumare, stabilizatori i conservani; are un coeficient mic de înfoiere; dup ce a fost refulat, conduce la formarea unui fluid spumant stabilizat, dur, rezistent la cldur, care acoper eficient suprafaa de ardere a combustibilului/lichidului inflamabil, controlându-se astfel, aportul de aer ctre substanele implicate în procesul de ardere(combustie).

Ptura de spum astfel generat, are proprietatea de control pentru riscul determinat de a reaprinderea materialelor implicate în incendiu.

Profoam se recomand pentru stingere în concentraie de 3% (803) i 6% (806) în ap, fiind destinat stingerii incendiilor de clas A i B, în special: iei, petrol, combustibil de aviaie.

Intervalul de temperatur recomandat pentru depozitare este de (-12...49) °C, durata de valabilitate este mai mare de 10 ani.

Fluorofoam 803/ 806/903 Plus/ 906 Acesta este un spumant fluoroproteinic concentrat, coninând surfactani fluorurai într-o baz

de spum lichid fluoroproteinic, care asigur producerea unei spume fluide stabile, cu coeficient mic de înfoiere, având capacitatea de acoperire rapid a focarului; stinge incendii de clas A i B, utilizându-se în special în rafinrii i în aviaie.

Durata de valabilitate a produsului este 10 ani, dac se respect intervalul de temperatur (-13 ... 49) °C.

Centrifoam 903/ 906 Este un spumant concentrat fluoroproteinic cu formare de pelicul (FFFP) coninând proteine

hidrolizate i conservani, împreun cu un amestec de surfactani fluorurai.


Amestecul de produse chimice din Centrifoam acioneaz atât în sensul reducerii tensiunii de suprafa a apei, cât i a tensiunii la interfaa dintre ap i produsul petrolier incendiat, obinându-se o stingere mai rapid decât în cazul compuilor sintetici.

În urma refulrii, spumantul cu coeficient mic de înfoiere formeaz, împreun cu apa, o ptur de spum care nu permite reaprinderea lichidului inflamabil.

Centrifoam este disponibil în concentraie de 3% (903) i 6% (906), recomandându-se a se utiliza pentru stingerea incendiilor de clas A i B în: rafinrii, aeroporturi, rezervoare de petrol, hidrocarburi.

Termenul de valabilitate este de 10 ani, dac se respect intervalul de temperatur de (-17 ... 49) °C.

Centrifoam A 936 Este un spumant concentrat fluoroproteinic asemntor cu Centrifoam 903; 906 îns se

utilizeaz la stingere în concentraie de 3% la incendii de hidrocarburi i 6%,pentru incendii de solveni polari.

Filmfoam 811/ 813/ 816/ 911/ 913/ 916 Este un spumant concentrat cu formare de pelicul apoas (AFFF) care conine surfactani de

fluorocarburi în amestec cu diveri solveni, conservani i stabilizatori. Spuma formeaz o pelicul apoas care împiedic degajarea vaporilor de combustibil, în timp

ce ptura de spum elimin oxigenul din aer de la suprafaa combustibililor, generând stingerea incendiului i împiedicând astfel reaprinderea; apa asigur i un efect de rcire.

Filfoam se utilizeaz la incendii din clasa A i B, la hidrocarburi ca: iei, petrol, combustibil pentru aeronave.

Este compatibil cu toate tipurile de pulberi uscate; depozitarea se face în intervalul de temperatur (1,7 ... 49) °C.

Filmfoam 216 Este un spumant concentrat cu formare de pelicul apoas, creat special pentru orice tip de

stingtor, având utilizare în incendii de clas A i B, incendii de profunzime, la scurgerile/deversrile de combustibil lichid, la hidrocarburi i uleiuri minerale.

Pelicula care se formeaz, are efect imediat, prin împiedicarea degajrii vaporilor combustibili în exterior i a aportului de oxigen în spaiul de ardere; prezint proprietatea c nu permite reaprinderea combustibilului.

Filfoam A 836 Este un spumant sintetic cu formare de pelicul apoas rezistent la alcooli (AFFF/AR), fiind

foarte eficient la stingerea incendiilor de clas A i B, acizi organici, solveni polari, hidrocarburi. Se folosete într-o concentraie de 3% la stingerea hidrocarburilor în rafinrii, aeroporturi i

de 6% la incendii de solveni polari, prin adugarea de polimeri, la care pelicula polimeric asigur stingerea eficient a unui incendiu.

Filfoam A 836 este compatibil cu alte tipuri de spume i pulberi uscate. Termenul de valabilitate este de zece ani, în condiii de stocare în intervalul (-8 ... 49) °C.

Centrium A 933

Este un spumant sintetic cu formare de pelicul rezistent la alcooli (AFFF/AR), se

rspândete rapid pe suprafaa incendiat i este eficient în cazul incendiilor de clas A i B, solveni polari, amestecuri de hidrocarburi, scurgeri de combustibil, gazolin, acizi organici.


Are coeficient mic de înfoiere, în incendii de hidrocarburi i solveni polari se utilizeaz în concentraie de 3%.

Hifoam Este un spumant sintetic cu aciune eficient la stingere datorat nivelrii rapide a stratului de

spum pe lichidele combustibile/inflamabile i rcirii în scurt timp a zonei de ardere. Se utilizeaz la stingerea incendiilor în diferite domenii/situaii: gaze lichefiate, subsoluri

tehnologice, erupii de sonde, depozite de materiale de mari dimensiuni, tuneluri, cldiri, pduri. Nicerol Nicerol este un spumant proteinic concentrat, cu cost eficient, destinat stingerii incendiilor de

hidrocarburi lichide inflamabile i securizrii ariei de stingere. Aceast substan este adecvat la stingerea incendiilor unde petrolul brut, benzinele i

uleiurile petroliere sunt depozitate, procesate sau transportate. Elemetntele proteinice din coninutul substanei, creeaz o ptur de spum, cu o puternic

coeziune împreun cu o înalt rezistent la cldur care, se asigur o acoperire eficient, rapid, rcete i ermetizeaz spaiul de ardere.

Nicerolul, ca substan de stingere, este biodegradabil, netoxic pentru organisme în general; acesta are în compoziia sa, un agent spumant proteinic, natural i nu conine detergent sintetic sau eteri glicoli, care poate s genereze riscuri pentru oameni i mediu

Nicerolul spumant concentrat este destinat utilizrii în soluie apoas de concentraie 6% (6 pari concentrat i 94 pri ap).

Nicerol este indicat s se utilizeze în dispozitive de descrcare cu aspirare de aer, cum sunt: evile de refulare de joas expansiune, tunurile autospecialelor, în instalaiile de sprinklere de ap/spum etc.

Nicerol este un spumant adecvat pentru utilizarea combinat cu: ap proaspt, de orice duritate sau ap de mare; ali ageni spumani, proteinici sau sintetici, cu aplicare separat/simultan; nu este adecvat utilizrii în combinaie cu ageni de stingere cum este pulberea uscat .

Tridol C6 Tridol C6 este un spumant (AFFF) sintetic concentrat, având cost redus, destinat pentru

stingerea i securizarea spaiilor de incendiu generate de lichidele inflamabile pe baz de hidrocarburi. Tridol C6 este o combinaie între hidrocarburi i ageni activi de suprafa fluorochimici; acest

spumant realizeaz acoperirea, generând o pelicul apoas de vapori care se dezvolt rapid peste suprafaa incendiat oferind astfel un control rapid i, în final stingerea incendiului.

Acest spumant este utilizat în zonele cu risc mare, unde se depoziteaz, proceseaz sau transport hidrocarburi, cum sunt de exemplu: petrolul crud (ieiul), benzin, combustibil Diesel sau benzina de aviaie (kerosenul).

Se utilizeaz de asemenea pe autospeciale de intervenie rapid, în marile aeroporturi/ baze militare, unde stingerea rapid i cu cantiti limitate de spum este esenial pentru salvarea de bunuri/viei; alte sectoare de aplicare includ rezervoare de depozitare a hidrocarburilor, zonele de procesare, depozite, staii de încrcare (rutier/cale ferata), staii de transformare a energiei electrice, platforme maritime.

Tridol C6 genereaz o ptur de spum care suprim vaporii de hidrocarburi i poate fi utilizat de asemenea i ca agent de umectare în combaterea incendiilor din clasa A materiale, cum sunt de exemplu : lemnul, hârtia i cauciucul.

De asemenea, poate fi utilizat cu dispozitive de descrcare fr aspiraie, cum sunt evile de refulare sau duzele de cea/sprayuri-le, tunurile autospecialelor, în instalaiile de sprinklere de cea/spray; este un spumant adecvat pentru utilizarea combinat cu: ap proaspt de orice duritate sau ap de mare; ali ageni de stingere de tip pulbere uscat, atât cu aplicare separat cât i în sistem comun.


FP 600 FP 600 este un spumant concentrat fluoroproteinic de calitate superioar, destinat stingerii

incendiilor de hidrocarburi lichide inflamabile. Conceptul dup care a fost realizat acest produs, este acela prin care, baza proteinic, a

substanei, genereaz o ptur de spum cu rezisten mare la degradare termic care se disperseaz rapid, rcind spaiul incendiat. Agenii activi de suprafa, cum sunt de exemplu, cei de natur fluorochimic, combinai cu baza proteinic, determin fluiditatea i impermeabilitatea spumei fa de combustibilul supus fenomenului de combustiei/incendiului.

FP 600 este necesar s se utilizeze, în cazurile, în care, trebuie protejat/intervenit pentru stingerea unor incendii, în cazul unor cantiti mari de combustibil, în stare lichid, cum sunt spre exemplu: petrolul brut, benzinele/uleiurile petroliere depozitate/procesate/transportate; acest spumant este utilizat de ctre o serie de mari companii petroliere/ petrochimice din întreaga lume.

De asemenea, acest tip de spum, are aplicaii practice pentru: zonele în care se realizeaz procesarea; în depozitele de încrcare, staii de transformare a energiei electrice, în terminalele marine/dane i aeroporturi.

FP 600 este destinat utilizrii în soluie apoas cu concentraie 6%, pentru utilizarea sa în echipamente de dozare convenionale cum sunt: dozatoarele Venturi fixe/mobile, dozatoarele cu echilibru de presiune la curgere variabil etc.; tridol C6 poate fi utilizat în dispozitive de descrcare cu aspirare de aer cum sunt: evile de joas expansiune, tunurile de ap, capetele deversoare, deversoare cu etanare, instalaiile de sprinklere etc.

În acelai context, FP 600, este un spumant, care se utilizeaz prin combinare cu: ap având duritate într-o plaj de valori mare, sau cu ap de mare; diferii ageni spumani, cu natur proteinic sau sintetic, cu aplicare separat sau combinat; substane de stingere de tip pulbere uscat prin aplicare separat/ combinat.

FP 600 este biodegradabil, netoxic pentru organisme, în general; FP 600 are la baz un agent spumant proteinic natural i nu conine detergeni sintetici sau eteri glicoli, care prezint riscuri pentru oameni i mediu.


Anexa 3.3 Sisteme/instalaii i dispozitive de limitare / stingere a incendiilor

Principalele sisteme/instalaii i dispozitive de limitare i stingere a incendiilor sunt prezentate în tabelul A.3.3.1. Tabelul A 3.3.1- Sisteme, instalaii i dispozitive de limitare i stingere a incendiilor [3.9]

Tipuri Funcii îndeplinite Substane de

stingere

Tip sprinkler convenionale

ap-ap, ap-aer, ap-antigel

Detectare, avertizare, stingere automat

Ap

Tip sprinkler rezideniale Detectare, avertizare,

stingere automat Ap

Tip drancer(cu acionare automat/manual)

Limitare, stingere, rcire Ap

Pulverizatoare(cu acionare

automat/manual)

Limitare, stingere, degazare

Ap

Hidrani interiori Limitare, stingere Ap, spum Hidrani exteriori Limitare, stingere, rcire Ap, spum

Instalaii de stingere cu ap

Coloane uscate Stingere Ap Instalaii de stingere cu spum

semifixe/fixe Stingere, protecie

Spum aeromecanic

Instalaii de stingere cu gaze inerte (joas/înalt presiune, cu acionare

automat/manual) Stingere,rcire,inertizare

Dioxid de carbon,azot,

alte gaze

Instalaii de stingere cu înlocuitori de haloni

Stingere Înlocuitori de

haloni

Instalaii de stingere cu abur (semifixe/fixe, cu acionare

automat/manual)

Limitare, stingere, diluare atmosfer potenial

exploziv Abur

Instalaii de stingere cu pulberi (fixe/mobile, cu acionare

automat/manual) Stingere

Pulberi stingtoare

Sisteme i instalaii de stingere cu aerosoli

Stingere Aerosoli


Dispozitive i sisteme de evacuare a fumului i gazelor fierbini produse de

incendiu(volet,trap,cupolet)

Limitare a propagrii incendiilor

-

Dispozitive i sisteme de autoînchidere Acionare; ui, obloane, cortine de siguran etc.

-

Anexa 3.4

Tipuri de substane pentru stingerea incendiilor

Principalele tipuri de substane pentru stingerea incendiilor sunt prezentate în tabelul A.3.4.1. Tabel A3.4.1- Substane de stingere a incendiilor [3.9]

Tipuri de substane Ap

Ap Ap îmbuntit chimic

Proteinici (P) Fluoroproteinici (FP)

Fluoroproteinici cu formare de film apos(FFFP) Sintetici (S)

Fluorosintetici cu formare de film apos(AFFF)

Spumani

Rezisteni la alcool (AR) Pulberi ABC Pulberi BC

Pulberi stingtoare

Alte tipuri de pulberi(speciale) Abur saturat

Abur Abur supraînclzit

Gaze inerte Dioxid de carbon,azot

Înlocuitori de haloni Hidrofluorocarburi (HFC)

Hidroclorofluorocarburi(HCIFC) Înlocuitori de tip gaze inerte

Ageni stingtori sau neutralizatori

speciali Aerosoli

Anexa 3.5

Compatibilitatea substanelor de stingere cu clasele de incendiu

Compatibilitatea substanelor de stingere a incendiilor cu clasele de incendiu sunt prezentate în tabelul A.3.4.1.

Tabel A3.5.1- Compatibilitatea substanelor de stingere cu clasele de incendiu [3.9]

Clasa de incendiu Substana de stingere A B C D Instalaii electrice

sub tensiune Ap(jet compact) + - - - - - -

Ap(jet pulverizat) + ± - - - - - Ap îmbuntit + ± - - - - -

Spum + + - - - - - Pulberi ABC + + + - - + Pulberi BC - + + - - +


Pulberi speciale D - - - + - Abur + + - - - +

Gaze inerte ± + + - - + Înlocuitori de haloni + + + - - +

Aerosoli + + + - - + (+) eficien; (±) eficien parial; (-) ineficien; (- -) utilizare interzis Bibliografie capitolul 3

[3.1]Popescu, G., Buril, C. - Protecia mediului. Influena incendiilor i substanelor de stingere asupra mediului, Proiect de diplom, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliie“ Alexandru Ioan Cuza”, Bucureti. 2006.

[3.2] Pavel, D., Darie, E., Popescu, G.- Aspecte termohidraulice privind utilizarea ceii de ap la stingerea incendiilor, Lucrrile celei de a patra Conferine a hidroenergeticienilor din România, (26...27) mai, 2006, volumul 1, Editura Printech, Bucureti, 2006.

[3.3] Crciun, I., Blulescu, P. - Agenda pompierului, Editura Tehnic, Bucureti. [3.4] erbu, T., Mitrea, M. - Analiza substanelor de stingere, Proiect de diplom curs postuniversitar,

Facultatea de Pompieri, Academia de Poliie, “ Alexandru Ioan Cuza”, Bucureti, 2003. [3.5]*** SR EN 2/1995 - Clase de Incendiu, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1995. [3.6]***SR ISO 7203/ 1 - Produse de stingere a incendiilor, Spumani concentrai, Partea 1: Specificaii pentru spumanii concentrai de medie i înalt înfoiere pentru aplicare pe lichide nemiscibile cu apa, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998. [3.7]***SR ISO 7203/ 2 - Produse de stingere a incendiilor, Spumani concentrai, Partea 2: Specificaii pentru spumanii concentrai de joas înfoiere pentru aplicare pe lichide nemiscibile cu apa, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998. [3.8] Drago, P., .a - Utilizarea apei pulverizate la stingerea incendiilor, Conferin Internaional “ Calitatea materialelor, construciilor i instalaiilor - cerin esenial de protecie la foc “, 10 noiembrie, 2004, Timioara , Editura Politehnica Timioara, 2005. [3.9]***O.M.I. nr. 88 pentru aprobarea Dispoziiilor generale privind echiparea i dotarea construciilor, instalaiilor tehnologice i a platformelor amenajate cu mijloace tehnice de prevenire i stingere a incendiilor, D.G.P.S.I - 003., Monitorul Oficial al României, partea I, 18 septembrie 2001. [3.10] Calot, S., Lencu, V., Traiean, . - Protecia împotriva incendiului, Ghid pentru manageri, patroni, primari, pompieri, volumul 1, ediia a III-a, Editura Service Pompieri, Bucureti, 2003.

[3.11] Popescu, G., Tcacenco, V., Viorel, G. - Utilizarea polimerilor colagenici la stingerea incendiilor, Proiect de diplom, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliie “ Alexandru Ioan Cuza”, Bucureti. 2001.

[3.12] Popescu, G., Tcacenco, V., Petre, P. - Dispozitive de dozare a aditivilor polimerici, Proiect de diplom, Facultatea de Pompieri, Academia de Poliie “ Alexandru Ioan Cuza”, Bucureti. 2001.

[3.13] Golovanov, N., Popescu, G., .a.- Riscuri la funcionarea transformatoarelor de mare putere. Elemente de prevenire /stingere a incendiilor, Conferina tehnico-tiinific, Instalaii pentru construcii i economia de energie, (6…7) iulie 2006, Iai, Editura Cermi, 2006. [3.14] *** O.M.I. 775/1998 - Norme generale de prevenire a incendiilor, publicat în Monitorul Oficial al României, nr. 384/9.X.1993. [3.15]*** P-118/1999 - Normativ de siguran la foc a construciilor, Editura I.P.C.T., Bucureti, 1999. [3.16] Briceag, Gh., Avram, V., Drguoiu, C., Dasclu, C., Balint, I., Pari, F., Moraru, I. - Tactica

stingerii incendiilor, volumul 1, Editor Comandamentul Pompierilor, Ministerul de Interne, Bucureti, 1979. [3.17] erban, M. - Aspecte privind utilizarea spumanilor concentrai biodegradabili. Terminologie specific, Lucrrile Sesiunii de comunicri tiinifice a Facultii de Pompieri, “ SIGPROT-2001”, ediia a IV-a, 25 mai, 2001, pag. 131...142, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 2001. [3.18]Andersson, P., Arvidson, M., Holmstedt, G. - Small scale experiments and theoretical aspects of flame extinquishment with water mist, Lund Institute of Tehnology, Lund University, Germania, Report 3080, May 1996. [3.19] Williams, A.- Combustion of spray of Liquid Euels, Elerk Science, London,1976. [3.20] Burlacu, L.,I. - Modaliti de mrire a eficienei apei la stingerea incendiilor, Conferina naional cu participare internaional “ Materiale pentru construcii i confortul ambiental “, ediia a12-a (10..11) aprilie 2003, Timioara. [3.21] Burlacu, L.,I., erban, M., Popescu, G., Opri, M. - Instalaii de stingere cu spum mecanic pentru protejarea spaiilor închise, Conferina naional cu participare internaional “Materiale pentru construcii i confortul ambiental “, ediia a 12-a (10..11) aprilie 2003, Timioara.


[3.22] Burlacu, L.,I., Popescu, G., erban, M., Verde, M.- Instalaii cu cea pentru combaterea incendiilor, Conferina naional cu participare internaional “Materiale pentru construcii i confortul ambiental “, ediia a 12-a (10..11) aprilie 2003, Timioara.

Capitolul 4

Stadiul actual al cercetrilor privind influena aditivilor polimerici la curgerea lichidelor prin conducte cu seciune circular

4.1 Aplicaii ale fenomenului de reducere a pierderilor de sarcin la curgerea

lichidelor aditivate cu soluii diluate de polimeri în S.U.A. i în Europa

4.1.1 Conducte industriale de ap Utilizarea de aditivi în reelele industriale de ap are ca scop reducerea pierderilor de sarcin, deci în consecin, reducerea energiei de pompare. Puterea necesar unei pompe este definit de relaia:[4.6],[4.8]

p1 hQconstP ∆⋅⋅=⋅∆⋅= −

pppQ η , (4.1)

în care: P este puterea necesar funcionrii pompei, în kW; Q - debitul de ap pompat, în m3/s;

pp∆ - cderea de presiune la pomp, în MPa; ph∆ - echivalentul de înlime la pomp, în m col.

ap; pη - randamentul pompei.

Satisfacerea funciei pentru care o pomp este proiectat/construit, implic ca la refulare, aceasta s acopere pierderile de sarcin liniare i locale; acestea se pot raporta i ca o cdere de presiune între dou puncte, considerate de referin/msurare. Este cunoscut faptul c, aditivii polimerici pot contribui în mod semnificativ doar la reducerea/controlul pierderilor de sarcin liniare.[4.1] În acest mod, efectul aditivului exprimat prin reducerea puterii necesare de pompare, depinde direct de ponderea pe care o reprezint lin.p∆ în cderea total de presiune p∆ ; aditivii

polimerici au contribuie la reducerea energiei de pompare, în sistemele de conducte, cu aspiraia i refularea în atmosfer i cu trasee preponderent liniare.[4.1] Dintre fenomenele asociate utilizrii aditivilor polimerici în reelele de ap se menioneaz: modificarea regimului hidraulic de funcionare a pompelor i a reelei, modul de introducere a aditivului în reea, comportarea mecanic i chimic a aditivului, calculul economic al circuitelor pentru conductele de ap în care se utilizeaz aditivi. [4.6],[4.11]

Determinrile experimentale efectuate, utilizând poliacrilamida, la conducte din diferite materiale metalice i nemetalice (oel, cupru, policlorur de vinil, cauciuc etc.), au pus în eviden, faptul c, aditivul polimeric îi pstreaz eficiena în toate aceste cazuri.

Pentru conducte din metal cu diametre de 13, 19 i 25 mm, s-a pus în eviden majorarea cu aproximativ 2% a reducerii coeficientului de rezisten hidraulic liniar λ , în


comparaie cu apa fr coninut de poliacrilamid. Acest fenomen poart numele de „efect de diametru”.[4.8],[4.9],[4.17]

Modificarea condiiilor de funcionare ale unui ansamblu pomp - reea sunt prezentate în figura 4.1.

Figura 4.1- Curbe caracteristice de funcionare ale unui ansamblu pomp - reea.

Punctul (1), aflat la intersecia curbelor ( 1CR ) i ( 1CP ), reprezint punctul de funcionare al ansamblului pomp - reea în absena aditivului; la introducerea aditivului în sistemul de conducte, este generat o reducere a cderii de sarcin linp∆ , i implicit a pierderii

de sarcin, astfel încât caracteristica ( 1CR ) se deplaseaz ctre ( 2CR ).

În noul punct de funcionare (2), 12 QQ > iar înlimea de refulare 12 HH < . În acest

caz, pentru aproximativ aceeai putere de pompare 2211 HQ~HQ~P ⋅⋅ , introducerea aditivului are ca efect majorarea debitului de ap prin instalaie. Noul punct de funcionare (3) va avea debitul 31 QQ = i înlimea minim de refulare

123 HHH << . Aceast metod este cea mai economic din punct de vedere energetic, întrucât

reducerea puterii de pompare pP devine maxim i are valoarea proporional cu produsul:

( )3111p HHQHQ~P −⋅=∆⋅ . (4.2)

Referitor la modalitile practice de dozare a aditivilor în conductele de ap, sunt

considerate urmtoarele: - în circuitele deschise de conducte pentru transportul apei la distan, soluia

concentrat de aditiv polimeric poate fi introdus prin injecie continu sau discontinu; pentru a realiza o anumit economie de aditiv, se recomand injecia discontinu pentru care raportul dintre timpul de injecie al polimerului tp i timpul t de trecere a debitului de ap, s admit

ordinul de mrime 1p 10101tt −== s;[4.8]


- în circuitele închise de conducte pentru ap, cu condiia unei bune solubiliti a aditivului, introducerea acestuia se poate realiza fie direct în bazinul colector al apei din circuit, fie cu ajutorul unei pompe dozatoare la aspiraia pompei/pompelor de circulaie a apei.

Referitor la injecia soluiei concentrate de aditiv în sistemul de conducte, aceasta se poate realiza în axa conductei, sau la peretele acesteia, în mai multe puncte dispuse perimetral, în interiorului conductei.

La utilizarea aditivilor polimerici în conductele de transport, în special, în circuitele închise de reele de conducte, este necesar, s se in seama de faptul c are loc fenomenul de degradare mecanic a aditivului la trecerea acestuia prin pompe. De asemenea, mai trebuie menionate încercrile efectuate la conductele cu ap, utilizând ca aditiv, poliacrilamida, în prezena unor inhibitori de coroziune cu concentraia de 100ppm.[4.1]

4.1.2 Sisteme de canalizare

Utilizarea aditivilor în acest domeniu, are importan practic în reelele urbane de canalizare, pentru mrirea capacitii de transport a acestora, cu precdere în perioadele cu precipitaii toreniale, pentru controlul riscurilor determinate de inundaii. Sunt de evideniat, în acest sens, determinrile efectuate în Dallas/Texas (S.U.A.), în anul 1969 pe un canal cu diametrul de 610 mm i cele din Bristol/Anglia(U.K.), în anul 1978.[4.10],[4.11] Principiul de funcionare al instalaiei de dozare a polimerului, utilizat la sistemul de canalizare din oraul Bristol( U.K.), se prezint în figura 2.2. Aditivul utilizat a fost polietilenoxidul (cu denumirea comercial, Polyox WSR-301), care este un polimer neafectat de prezena în ap a srurilor dizolvate i a suspensiilor solide. Polimerul sub form de praf/pulbere a fost depozitat într-un rezervor cu capacitatea de 0,35 m3 (170 kg de substan); pentru un debit maxim de 510 m3/h, concentraia medie a polimerului în apa uzat a fost de aproximativ 33 ppm.[4.8] Canalul colector pe care s-au realizat determinrile experimentale, a avut diametrul de 300 mm i lungimea de 380 m, corespunztor unei zone urbane cu aproximativ 10000 locuitori;aditivul a fost injectat discontinuu pe durata a (4...6) min., cu pauze de (7...8) min.[4.8] De asemenea, se remarc faptul c se pot obine reduceri importante ale cheltuielilor totale pentru viteze mari de curgere a apei prin circuitul hidraulic, în timp ce pentru viteze reduse efectul utilizrii aditivilor scade. Pentru aceste circuite, prin introducerea a 15 ppm aditiv, cheltuielile totale s-au redus cu peste 28%. Determinrile experimentale efectuate în acest sens, în Dallas(S.U.A) i Bristol(U.K.) au demonstrat posibilitatea obinerii unei creteri cu (60...70)% a vitezei de curgere, pentru pant hidraulic constant, ceea ce corespunde unei reduceri cu (60...65)% a pierderilor de sarcin la vitez constant de curgere; concentraia aditivului utilizat, fiind de 40 ppm. Evaluând investiiile, la nivelul anului 1978, au rezultat urmtoarele: - costul construciei unui nou canal colector pentru debitul majorat a fost estimat la aproximativ 90000 £, în timp ce costul instalaiei de dozare cu echipamentele anexe costau aproximativ 10000 £, din care 17% partea de depozitare i alimentare cu polimer, 16% sistemul de msur i control, iar 67% partea de proiectare, construcie, montaj i probe; - cheltuielile anuale de exploatare cu polimerul au fost apreciate la (200…800) £. Utilizarea aditivilor în sistemele de canalizare, a atras atenia prin importana posibilitilor de aplicare a acestora în economie, în general.


Au fost realizate studii, care pun în eviden faptul c utilizarea aditivilor polimerici conduc la reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar cu (40...70)%, cu observaia c, pentru conducte de diametre mai reduse, sunt necesare concentraii mai mari de polimer.

Determinri experimentale privind reducerea coeficientului pe o conduct având lungimea de 4 km i diametrul de 200mm, indic reduceri pân la (40...45)%.

Figura 4.2 - Dispozitiv de dozare a aditivului introdus în reeaua de canalizare a oraului Bristol, Anglia.

Calculul tehnico - economic comparativ (cu aditiv/fr aditiv) al unui circuit închis industrial pentru rcire, cu lungimea de 5 km, capacitatea de 2000 m3 de ap, debitul pompat de 1000 m3/h i înlimea geodezic neglijabil (zero), în ipoteza utilizrii unui aditiv polimeric cu concentraia optim de 3 ppm, indic o reducere a cheltuielilor anuale de pompare cu 27% respectiv cu 23,5% pentru costul aditivului, în comparaie cu cheltuielile anuale pentru apa fr coninut de aditiv. În cazul circuitelor deschise, utilizarea aditivilor se justific, în special, pentru distane mari de transport. Astfel, pentru un traseu de 50 km, la o concentraie de 10 ppm, cheltuielile anuale pentru transportul apei aditivate au fost reduse cu 18%, în comparaie cu cele pentru transportul apei fr coninut de aditiv. Cercetrile efectuate au artat c este posibil s se realizeze creteri ale vitezelor de (60...70)%, ceea ce corespunde unei reduceri de (60...65)% a coeficientului de rezisten hidraulic liniar obinut pentru vitez de curgere constant.

Concentraia de polimer utilizat pentru aceste determinri a fost de 40 ppm; rezultatele sunt puse în eviden prin figura 4.3, care prezint dou serii de determinri privind creterea vitezei la curgerea prin canal, în funcie de concentraia polimerului. În figura 4.4 prezint creterea debitului în procente obinute la staia Knowle construit în estul oraului Bristol (U.K.) pentru diferite tipuri i concentraii de aditivi.[4.8]


Seria de m sur toriIII

Figura 4.3 - Viteza medie de curgere în canal, în funcie de concentraia polimerului.

Figura 4.4 - Variaia debitului realizat la staia Knowle, Bristol(U.K.).

4.1.3 Reele de termoficare O caracteristic principal a alimentrii centralizate cu cldur, o constituie concentrarea producerii cldurii într-o central de termoficare i transportul acesteia sub form de ap cald prin reelele de conducte pentru transport i distribuie la consumatorii industriali / urbani.


Distanele de transport spre utilizatori/beneficiari au valori cuprinse între (5...15)km i se apreciaz mrirea acestora la (40...50)km; în aceste condiii, consumul de energie pentru pompare, reprezint un aspect economic deosebit de important. În legtur cu utilizarea aditivilor în reelele de termoficare, au fost efectuate în Suedia, o serie de determinri experimentale, punându-se în eviden urmtoarele:[4.8],[4.10] - aditivul utilizat în timpul încercrilor a fost poliacrilamida, urmrindu-se efectul acesteia asupra pierderilor de sarcin, randamentelor pompelor i transferului de cldur în aparatele schimbtoare de cldur; - în prezena polimerului, pierderile de sarcin liniare, s-au redus cu aproximativ 70%, efectul de reducere a acestora sczând în timp datorit procesului de degradare termic i/sau mecanic la trecerea prin pompe; se apreciaz c nivelul final la care se stabilizeaz procesul de degradare justific utilizarea aditivilor polimerici în reelele de termoficare; - aditivul polimeric precum i produsele de descompunere ale acestuia nu sunt corosive; - aditivul polimeric a avut un efect neglijabil asupra randamentului pompelor din reea; - economia de energie care se obine prin utilizarea aditivilor, se poate realiza prin reglajul turaiei pompelor pentru circulaie, utilizat frecvent, ca metod de reglaj a debitului în reelele de termoficare; - coeficienii globali pentru schimbul de cldur, s-au redus într-o anumit msur, fr s se modifice sensibil caracteristicile de funcionare ale schimbtoarelor de cldur.

4.1.4 Sisteme hidroenergetice La nivel mondial, diveri cercettori au studiat posibilitatea aplicrii aditivilor polimerici pentru reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar, la curgerea prin: conductele de evacuare, canale de derivaie, cât i prin galeriile de drenaj din sistemele hidroenergetice; aceste conducte, sunt caracterizate printr-o lungime relativ mic, l/d >100. Cercettorul englez Tullis, a obinut reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar pân la 80% în conducte scurte cu diametrul de 305 mm, injecia de polimer realizându-se pe întreaga circumferin a diametrului conductei. [4.3],[4.18] Moksimovici a studiat influena polimerilor asupra curgerii prin canale de derivaie; astfel de canale au dimensiuni de la 2 m pân la 10 m în diametru, i de la 10 m pân la 100 m lungime. [4.3],[4.18] Acelai autor, a dezvoltat diverse cercetri în legtur cu canalele de derivaie, sugerând c un canal de derivaie mic poate fi construit cunoscând c se poate realiza o cretere de (20...30)% în capacitatea de descrcare, utilizând injecia de polimer; în acest caz, se genereaz o cretere a puterii disponibile a turbinelor, prezentând avantaje economice în perioadele de vârf ale sarcinii.

4.1.5 Sisteme de irigaii în agricultur

Cercetri la scar industrial, au fost efectuate în fosta Cehoslovacie - oraul Brno, utilizându-se conducte din p.v.c., având diametrul egal 55 mm i lungimea egal cu 250 m. Din motive economice s-au utilizat aditivi polimerici în perioadele de consum maxim; rezultatele obinute sunt prezentate în tabelul 4.1.[4.18]


Pentru diferite tipuri de polimeri, rezultatele pun în eviden faptul c, reducerea coeficienilor de rezisten hidraulic liniar , variaz procentual între (22...34)% în funcie de cantitatea de polimer utilizat (0,4...25) kg/ha.

Tabelul 4.1- Reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar

Aditivul folosit Reducerea

coeficientului [%]

Polimer [kg/ha]

Percol 140 22 20 ...25 Polyox UR WAF 34 0,4...0,5

Nalco 673 34 2,8...3,5 Polyox WSR–301 30 20... 25

4.1.6 Instalaii de stingere a incendiilor

Primele încercri de utilizare a aditivilor în domeniul stingerii incendiilor s-au realizat în anul 1969, de ctre Brigada de Pompieri din New York, în cadrul experimentelor de utilizare a „ apei fr frecare”(„slippery water”), utilizând ca aditiv polimeric, polietilenoxidul.

Utilizând o autospecial de stingere a incendiilor, echipat cu un rezervor suplimentar pentru soluia concentrat de aditiv, s-au obinut o serie de rezultate: [4.7],[4.13],[4.14]

- debitul de ap la eava de refulare, crete cu 60%; - presiunea la pomp, se reduce cu 20% pentru debit constant; - distana de aciune (btaia) i presiunea în jet, crete cu 100%; - reacia în eava de refulare, crete cu (75...100)%.

Înc de la început, s-a apreciat c utilizarea aditivilor poate conduce la reducerea presiunii de pompare necesar stingerii incendiilor, situaie care ar permite ca, la aceeai presiune de refulare s se poat realiza un debit mai mare i o btaie mai mare a jetului. Pe de alt parte, la aceeai presiune de refulare, se poate realiza un debit egal, utilizând o conduct de diametru mai mic, care poate fi mai uor de utilizat. O serie de determinri experimentale privind utilizarea aditivilor în domeniul stingerii incendiilor au fost efectuate la Zürich (Elveia), rezultatele fiind publicate în anul 1974; au fost comparai 20 de polimeri în vederea utilizrii acestora în instalaiile speciale pentru stingerea incendiilor.[4.8] Determinrile au pus în eviden faptul c, pierderile de sarcin liniare într-un furtun cu lungimea de 10 m i diametrul interior de 19 mm, pentru debitul apei egal cu 1 l/s, viteza de curgere prin furtun 4 m/s, la numere Reynolds de 6·104; aditivii au fost introdui ca soluii apoase concentrate cu ajutorul aerului comprimat. Într-o alt serie de determinri experimentale, a fost msurat creterea debitului de ap prin furtunuri, la meninerea constant a pierderilor de sarcin, precum i creterea distanei de aciune a jetului (btaia).


Determinrile experimentale, au pus în eviden faptul c, polimerii cei mai eficieni sunt polietilenoxidul i poliacrilamida. În figura 4.5, se prezint unele rezultate pentru aditivul, polietilenoxid. Au rezultat valori maxime pentru reducerea pierderilor de sarcin hr i respectiv, pentru creterea debitului Q cu aproximativ 45%, concomitent cu o mrire a distanei (btaia) jetului liber l cu aproximativ 80%. Creterea l rezult, pe de o parte, din creterea debitului dup introducerea aditivului la meninerea constant a presiunii, iar pe de alt parte, din reducerea tendinei de dispersie a jetului. Concentraia utilizat pentru polietilenoxid a fost de (2…4)ppm. Rezultate similare au fost obinute i pentru poliacrilamid, valorile de mai sus realizându-se îns, la concentraii ceva mai mari, de (10...20) ppm.

Rezult c, sub aspectul cantitii de aditiv consumat pentru acelai efect, polietilenoxidul este mai eficient decât poliacrilamida.[4.16] Ca alte aspecte, specifice utilizrii aditivilor, în instalaiile de stingere a incendiilor se evideniaz urmtoarele observaii: - se apreciaz c pentru polietilenoxid i pentru poliacrilamid, costurile de utilizare sunt suficient de sczute pentru justificarea utilizrii în mod economic, a aditivilor în domeniul stingerii incendiilor; - polietilenoxidul i poliacrilamida nu sunt produse toxice (nu prezint risc toxic) fiind ecologice pentru: oameni, peti, alge etc.; de asemenea, temperatura de descompunere a acestora este de aproximativ(200...300)°C, i ard în totalitate pe parcursul aciunii de stingere a incendiilor; - cantitatea de depozitare a polietilenoxidului i poliacrilamidei sub form de praf/pulbere este practic nelimitat; duratele de depozitare pot atinge (1...2) ani.

0 3 6 9 12 15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Concentra ia aditivului [ppm]

∆∆

∆h

, Q

, l, [%

]

Re=6 10

Q=1,15l/s

⋅4

∆h

∆Q

∆l

Figura 4.5 - Rezultate ale determinrilor pentru polietilenoxid: h – reducerea pierderilor de sarcin la debit constant Q; Q - mrirea debitului de ap la meninerea constant a presiunii p; l – creterea lungimii de aciune a jetului la meninerea constant a presiunii p.


4.1.7 Reducerea pierderilor de sarcin liniare utilizând aditivi la alte lichide

Se cunoate faptul c fenomenul de reducere a frecrii la curgerea lichidelor, a fost precizat pentru prima dat, de ctre cercettorul Toms, la utilizarea monoclorbenzenului, în care s-a dizolvat polimetacrilat de metil.[4.8],[4.12],[4.15] Sfâritul celui de-al doilea rzboi mondial a constituit momentul principal de plecare în descoperirea fenomenului, când Mysels, a observat c, benzina în care s-a introdus napalm, prezint pierderi de sarcin mai mici decât benzina fr coninut din aceast substan; la curgerea prin conducte; napalmul se recupa ulterior; procedeul a fost brevetat în anul 1949. [4.8],[4.15]

Determinrile experimentale realizate pân în prezent, se refer la utilizarea substanelor tensioactive i a polimerilor, mai frecvent utilizai ca solveni, fiind toluenul i benzenul, deoarece s-au utilizat substane pentru care aceste dou lichide sunt solveni buni.

Alte exemple de solveni, sunt: oleat de aluminiu-toluen, polimetacrilat de metil-toluen, poliizobutilen-toluen, poliizobutilen-benzen, poliizobutilen-ciclohexan, polietilenoxid-benzen, polistiren-toluen, polistiren-benzen, poliizobutilen-decalin, alchilstireni, alchil-metacrilaihidrocarburi, polistiren-toluen-izooctan, poliizobutilen-xilen-benzen etc.[4.14],[4.27] În acest sens, au fost studiate, efectul distribuiei maselor moleculare asupra reducerii pierderilor de sarcin, degradrii, influenei masei moleculare i a conformaiei macromoleculelor asupra fenomenului, efectul naturii solventului asupra degradrii mecanice a polimerilor în soluie, în funcie de numrul de treceri prin conduct, influena masei moleculare i a structurii polimerului asupra reducerii frecrii în micarea turbulent, dependena masei moleculare limit, la care se degradeaz polimerul în funcie de diametrul conductei etc.

Un domeniu tehnic cu importan mare, în care s-au utilizat aditivi polimerici pentru reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar la curgere, este transportul produselor petroliere prin conducte. Au fost realizate experiene la scar industrial, utilizând o conduct cu diametrul de 20,3 cm i lungimea de 45 km, pentru a se certifica dac rezultatele obinute în laborator rmân valabile i la aceast scar i dac apar efecte secundare.

Utilizând concentraii de 300ppm, 600 ppm i 1000 ppm s-au obinut, pentru iei, reduceri ale pierderilor de sarcin cu: 16%, 21% i respectiv 25% la viteze de 0,13 m/s.[4.8] S-a constatat c, efectul aditivului scade odat cu scderea vitezei; utilizând o conduct cu diametrul de 30,5 cm i lungimea de 50 km, rezultatele obinute au fost similare; de asemenea, a fost studiat efectul poliizobutilenei asupra curgerii în micare turbulent a ieiului i petrolului lampant. Determinrile experimentale, au pus în eviden faptul, c atât în laborator, cât i la scar industrial, fenomenul de reducere a pierderilor de sarcin în cazul altor lichide, este analog cu cel observat pentru ap; valorile diferiilor parametri variaz, aa cum era de ateptat, în funcie de natura solventului i a polimerului utilizat.

4.1.8 Alte domenii de utilizare a aditivilor Dintre domeniile de utilizare ale aditivilor, pentru creterea debitului de lichid i/sau reducerii consumului energiei de pompare, se menioneaz urmtoarele: [4.2],[4.4],[4.5],[4.26] - irigaiile reprezint unul dintre cei mai importani consumatori de energie; o serie de încercri au fost efectuate de ctre Union Carbide (S.U.A), utilizând polietilenoxidul ca aditiv injectat într-un sistem tipic de pulverizare a apei pe un teren cultivat; s-au obinut creteri cu 215% a densitii plantelor cultivate;


- în fosta Cehoslovacie s-a utilizat poliacrilamida pentru alimentarea cu ap a terenurilor agricole, constatându-se c polimerul este un produs ecologic; de asemenea, determinrile efectuate pe o conduct din polietilen, cu diametrul interior de 55 mm i lungimea de 250 m au condus la o reducere cu 22,5% a presiunii de pompare necesar pentru o concentraie în ap, de 48 ppm polimer; - numeroase lucrri efectuate în Anglia au pus în eviden, utilizarea aditivilor în vederea reducerii coeficientului de rezisten hidraulic liniar respectiv, a rezistenei la înaintare a navelor; deoarece, pentru injecia continu în stratul limit al navei, este necesar o cantitate mare de polimer; aplicaia rezid ca fiind neeconomic; - în transportul hidraulic al particulelor solide s-a artat c, prezena aditivilor micoreaz frecarea în conducte i prin urmare, puterea necesar pentru pompare; - utilizarea substanelor de reducere a fenomenului de frecare a lichidelor poate îmbuntii performanele mainilor i echipamentelor hidraulice; s-a constatat c polietilenoxidul poate inhiba generarea iniial a fenomenului de cavitaie, iar zgomotele specifice acestui fenomen pot fi mult diminuate. - studiul circuitului închis de rcire al unui compresor de aer, la care substana de rcire utilizat, (apa) a fost aditivat cu carboximetilceluloz i poliacrilamid în concentraii de (0,07…0,3)%, s-a pus în eviden faptul c tipul i concentraia aditivului nu influeneaz capacitatea instalaiei, dar amelioreaz în mod semnificativ consumul de putere i eficien termic; - utilizri biomedicale prin utilizarea aditivilor în scopul ameliorrii circulaiei sanguine.

4.2 Determinri experimentale realizate în România

4.2.1 Elemente de reologia aditivilor polimerici

Au fost efectuate determinri pentru poliacrilamide hidrolizate solubile în ap, cu caracter anionic i mase moleculare mari, având ordinul de mrime egal cu 106; probele de poliacrilamide utilizate au fost produse în România.[4.19],[4.20] Soluiile supuse determinrilor, au cuprins o plaj larg de valori, studiindu-se efectul concentraiei i temperaturii asupra tensiunii tangeniale tτ .

Caracterul vâscoelastic al soluiilor determinate experimental de ctre cercettorii din domeniul reologiei, a fost confirmat i de rezultatele experimentale obinute.[4.19],[4.20] Dintre parametrii studiai, concentraia masic a soluiei de polimer influeneaz foarte mult gradul de vâscoelasticitate al soluiei, deoarece procentul de macromolecule determin comportamentul reologic al fluidelor, acesta variind direct proporional cu concentraia.[4.19],[4.20],[4.17] În anexa A.4.1, se prezint o serie de poliacrilamide i polietilienoxizi la diferite concentraii i temperaturi, pentru care rezult c pe msur ce temperatura crete, scade tτ , deci

scade i vâscozitatea intrinsec. [4.14],[4.17] Acest fapt, a condus la concluzia c în condiii de temperatur ridicat exist posibilitatea degradrii polimerului, deci trebuie avut în vedere modificarea concentraiei în timp cu temperatura i compensarea acestui efect, dup caz. Rezultatele studiilor privind comportarea reologic pentru soluiile de aditivi polimerici, au confirmat caracterul vâscoelastic al acestora, fapt presupus anterior, precum i observaiile privind comportarea aditivilor polimerici la curgerea prin conducte, pentru determinarea pierderilor de sarcin liniare.[4.17]


4.2.2 Instalaii de hidrani pentru stingerea incendiilor 4.2.2.1 Generaliti Programul de cercetri experimentale s-a efectuat utilizând o instalaie experimental în cadrul laboratorului C.E.T. din cadrul Facultii de Energetic, Universitatea „Politehnica” Bucureti, în perioada anilor 1978...1983. [4.8],[4.19],[4.20],[4.21]

Instalaia utilizat a fost astfel conceput, încât s satisfac condiiile funcionale ale reelelor de stins incendii, permiând reglarea principalilor parametrii, într-un domeniu suficient de larg pentru obinerea unor regimuri de curgere variate.

Determinrile au avut ca scop stabilirea influenei concentraiei aditivilor i a regimului de curgere asupra pierderilor liniare de sarcin precum i asupra debitului i a lungimii jetului de ap refulat prin evi de refulare standardizate, utilizate la stingerea incendiilor direct de la hidranii interiori/exteriori sau de la autospecialele de prevenire i stingere a incendiilor.

4.2.2.2 Modul de utilizare a tehnicii de lucru

Determinrile experimentale s-au realizat în dou etape, considerate principale:

[4.14],[4.8] - prima, în care substana de lucru a fost apa fr coninut de aditiv, pentru care s-a urmrit determinarea legturii dintre debit i pierderea de sarcin, pentru realizarea, astfel, a unei baze de referin; - a doua, în care au fost introdui aditivi la diferite concentraii, urmrindu-se influena acestora asupra unor parametri cum sunt: pierderea de sarcin, debitul, btaia jetului etc.

În prima etap, s-au msurat mrimile primare pentru 16 regimuri de curgere; debitul de ap fiind reglat la diferite valori cuprinse între (3...10) m3/h, presiunea apei la intrare având valori de 5102,2) ... (0,27 ⋅ Pa.

În cea de-a doua etap a determinrilor experimentale, a fost introdus în instalaie, aditivul polimeric, cu diferite concentraii, a cror valori au variat în intervalul (1,3...45,04) ppm, numrul de regimuri testate, fiind de aproximativ 100.

Tehnica de lucru a urmrit realizarea determinrilor, în anumite condiii: - pstrarea unui debit constant cu modificarea concentraiei de aditiv de la un regim la altul; aceasta s-a realizat prin acionarea unui robinet de reglare a cantitii de aditiv injectat; - meninerea unei presiuni constante la intrarea în furtunurile destinate stingeii incendiilor, cu modificarea concentraiei aditivului, de la un regim la altul.

Determinrile efectuate, au urmrit: efectul aditivilor pentru reducerea pierderilor de sarcin; variaia lungimii jetului în funcie de concentraia aditivului, pentru un anumit debit. [4.8],[4.11],[4.18]

4.2.3 Rezultate ale determinrilor experimentale 4.2.3.1 Reducerea pierderilor de sarcin

În figura 4.6 i în figura 4.7, se prezint reducerea pierderilor de sarcin în funcie de

concentraia aditivului pentru dou valori ale numrului Reynolds corespunztoare debitelor de 10,8 m3/h i 6 m3/h; a rezultat c pentru numere Reynolds mari, exist concentraii de


(10…15)ppm pentru care, reducerea pierderilor de sarcin este maxim, adic de 40 % fa de apa fr coninut de aditiv.[4.16],[4.19] 4.2.3.2 Influena aditivilor asupra debitului /lungimii jetului

În figura 4.3, se pune în eviden, variaia debitului în cazul meninerii constante a

pierderii de sarcin, în funcie de concentraia aditivului. S-au obinut creteri maxime de 27,5 % pentru debitul de ap vehiculat în comparaie

cu apa fr aditivi, pentru aceeai pierdere de sarcin. Urmare utilizrii aditivilor, lungimea jetului a crescut cu aproximativ 60 %, urmare

creterii debitului (figura 4.9 ). În figura 4.10, se prezint variaia debitului i distanei (btaia) de refulare, în funcie

de concentraia aditivului. La meninerea constant a debitului de ap, lungimea jetului (btaia) variaz în raport

cu concentraia, urmare introducerii aditivului, creterea având valori de (9...13)%. Variaia coeficientului de rezisten hidraulic liniar în funcie de concentraie

pentru diferite numere Reynolds, este prezentat în figura 4.11. Se deduce i în acest caz, c efectul de reducere a pierderilor de sarcin este mai

semnificativ la turbulen mai mare, situaie care concord cu rezultatele din literatura de specialitate, reducerea maxim a coeficientului , fiind de aproximativ 40% .

∆

Figura 4.6 - Pierderi de sarcin pe traseul experimental la concentraii date ce aditivi.


∆

Figura 4.7 - Reducerea pierderilor de sarcin pe traseul experimental în funcie de concentraia aditivului.

∆

Figura 4.8 - Variaia debitului prin instalaie în funcie de concentraia aditivului.

∆

Figura 4.9 - Variaia distanei de refulare în funcie de concentraia aditivului la debite date .


Figura 4.10 - Variaia debitului i a distanei de refulare în funcie de concentraia aditivului.

Figura 4.11 - Variaia coeficientului de rezisten liniar λ , în funcie de concentraia aditivului.

4.2.3.3 Unele concluzii i rezultate

Rezultatele obinute, în urma determinrilor experimentale, în cazul utilizrii aditivilor polimerici la ap, comparativ cu situaia în care, se utilizeaz numai ap, fr coninut de de aditivi, conduc la urmtoarele concluzii: [4.19],[4.20],[4.21],[4.11],[4.21],[[4.25] - s-au obinut reduceri pentru pierderile liniare de sarcin cu pân la 40%; - reducerea maxim a pierderilor de sarcin liniar, este cu atât mai mare cu cât debitul este mai mare; - reducerea pierderilor de sarcin liniare, prezint cea mai bun eficien pentru concentraii cuprinse în intervalul (10...15) ppm de aditiv utilizat; - valoarea coeficientului s-a redus cu 40 %, reducerea fiind mai mare cu cât fenomenul de turbulen este mai intens (numere Reynolds mai mari); - s-au obinut creteri cu 27% ale debitului de ap având coninut de aditivi, comparativ cu debitil de ap fr coninut de aditivi ; - lungimea total a jetului (btaia), a crescut cu aproximativ 60 %.


4.2.4 Autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor 4.2.4.1 Instalaia de pompe a autospecialelor pentru stins incendii

Autospecialele de prevenire i stingere a incendiilor din dotarea pompierilor au instalaii de lucru cu ap, care sunt deservite de pompa centrifug de tipul p.s.i.50/8 (anexa A.4.2)[4.19],[4.20],[4.21],[4.12],[4.13]

Instalaia de lucru cu ap permite ca autospeciala s lucreze independent, alimentarea cu ap, asigurându-se din cazanul acesteia sau prin aspiraia din surse naturale/artificiale de ap.[4.12]

Schema de principiu a instalaiei hidraulice pentru autospeciala APCA 12215 este prezentat în anexa A 4.2.

4.2.4.2 Elemente generale

Determinrile experimentale efectuate cu aditivi polimerici au pus în eviden faptul c pentru reducerea pierderilor de sarcin în condiii economice, este necesar o concentraie medie de circa c med. = ( 10...30 )ppm.[4.18],[4.19],[4.20],[4.24]

Din considerente de exploatare a instalaiei pentru aditivare, precum i pentru a reduce volumul rezervorului care a fost montat pe autospecial (anexa 4.1), s-a stabilit c aditivul este necesar s fie preparat la concentraii cuprinse în intervalul )%5,0...4,0(=c .

4.2.4.3 Instalaia hidromecanic pentru soluia concentrat de aditiv în ap

Pentru elaborarea schemei de principiu a instalaiei s-au avut în vedere urmtoarele

condiii considerate ca necesare:[4.28],[4.30] - instalaia trebuie s asigure obinerea concentraiei propuse, asdic, de

(10...20)ppm la orice valoare a debitului de ap pompat indiferent de mrimea sarcinii de aspiraie sau de refulare;

- modificrile constructive s-au realizat astfel încât s nu se diminueze capacitatea autospecialei de funcionare în condiii de siguran la exploatare;

- utilizarea instalaiei s permit exploatarea sa, astfel încât numrul de operaii pentru deschiderea/închiderea circuitului hidraulic, s dureze perioade de timp cât mai reduse.

4.2.5 Reacia în eava de refulare

Utilizarea aditivului Ancol Aen 195 în apa refulat, a determinat reducerea pierderilor de sarcin i creterea distanei de intervenie. [4.15] Utilizând polimerul Polyox WSR301, care este un polietlenoxid, cu masa molar

mol/g1005,5 6⋅ pentru diferite debite de ap, s-au obinut reduceri importante ale pierderilor de sarcin pentru furtunurile destinate pompierilor, cu lungimea de 30m (tabelul 4.1).[4.15],[4.22] Prin introducerea polimerului în ap, s-au obinut pe furtunuri cu diametrul interior de 44mm, pierderi de sarcin de dou ori mai reduse decât pe furtunurile cu diametrul de 38mm, în aceleai condiii de refulare; în acest mod, se crete debitul de refulare, se realizeaz reducerea consumului de ap i implicit reducerea consumului de energie.


Tabelul 4.1 - Determinri experimentale pentru polietilenoxid

Debit refulare [l/min]/[m3/s]

Pierderi de sarcin liniare

la ap [m]

Pierdere de sarcin soluie 0,3% polyox

[m]

396/ 3106,6 −⋅ 1,18 0,49

576/ 3106,9 −⋅ 2,42 1,01 756/0,0126 4 1,69

945/0,01575 6,02 2,51 1134/0,0189 8,133 3,47

De asemenea, la aceleai valori ale presiunilor la ajutajul evilor de refulare, creterile

de debit, în cazul utilizrii polimerului Polyox WSR301, sunt prezentate în tabelul 4.2.[4.15],[4.23]

În figura 4.12, se pune în eviden variaia forei de reacie a evii de refulare cu ajutajul de 25 mm, în funcie de presiunea pentru refulare a apei fr coninut de aditiv, comparativ cu cantitatea de ap refulat, având în coninut aditiv (polimer Polyox WSR301).[4.14],[4.15],[4.23]

Tabelul 4.2 - Determinri experimentale pentru polietilenoxid Diametrul ajutajului

[mm]

Numr de furtunuri

Presiune [MPa]

Cretere debit [%]

25 2 0,3 27 25 2 0,4 26 25 4 0,5 30 28 4 0,6 30 28 4 0,7 30 28 4 0,8 30


p Pa[ ]

200 400 600 800

10

8

6

4

2

0

Polyox WSR301

Apa

F N[ ]

Figura 4.12 - Fora de reacie a evii de refulare cu ajutajul de 25mm, în funcie de presiunea de refulare a apei comparativ

cu ap care conine polimerul PolyoxWSR301.

În anexa nr. 4.1, se prezint reogramele unor soluii de polimeri, determinate experimental.[4.14],[4.23],[4.24] Este necesar de remarcat faptul c, preocupri în acest sens, au avut i unii cercettori din cadrul Catedrei de Hidraulic a Universitii Tehnice din Cluj-Napoca, în perioada anilor 1990...1992 [4.32],[4.33]

Anexa 4.1

Reograme ale unor soluii de polimeri

300 600 900 1200

75

150

225

300

τ

dudy

0

!

(1)

(2)

(3)(4)

Figura A 4.10 - Reograme poliacrilamid 10‰ la valori de temperatur:

1) 20 ºC; 2) 40 ºC; 3) 60 ºC; 4) 80 ºC.

500 1000 15000

20

40

60

τ

dudy

80

100

120 !

"

(1)

(2)

(3)

(4)


Figura A 4.11- Reograme poliacrilamid

20‰ la valori de temperatur:

1) 20 ºC; 2) 40 ºC; 3) 60 ºC; 4) 80 ºC.

0 300

50

600 900 1200 1500

100

150

200

250

300

τ [Pa]

du/d [s ]y -1

(1)

(2)

(3)

(4)

Figura A 4.12 -Reograme polietilenoxid

20‰ la valori de temperatur: 1) 20ºC ; 2) 40 ºC; 3) 60 ºC; 4) 80 ºC.

0 300

30

600 900 1200 1500

60

90

120

150

τ [Pa]

du/dy [s ]-10

(1)

(2)(3)

(4)

Figura A 4.13 - Reograme polietilenoxid

15 ‰ la valori de temperatur: 1) -20ºC; 2) - 40 ºC; 3) - 60 ºC; 4) - 80 ºC.


1

Anexa 4.2

Autospeciala de prevenire i stingere a incendiilor APCA R 12215 DFA

Autopompa cistern de alimentare cu ap, APCA R 12215 DFA, face parte din grupa autospecialelor de stins incendii de mare capacitate, care dispune de un rezervor de ap de 9000 litri, rezervor de spumant de 800 l i un rezervor de detergent cu capacitatea de 200 l.[4.22],[4.31] Capacitile autospecialei sunt: rezervorul pentru ap, 9000l; rezervorul pentru spumogen lichid , 800 l; rezervorul pentru detergent, 100 l. Instalaia pentru generat spuma mecanic: debit de ap refulat prin generator (1000l/min.); consumul nominal de spumogen lichid (240l/min.); debitul nominal de spum utilizând 6 evi generatoare tip B(30 m3/min.). Instalaia pentru amestec cu detergent: asigur concentraia de (2...5)‰. Principalele operaii care se pot realiza cu aceast autospecial, sunt: - refularea apei pe linii de furtunuri echipate cu evi de mân; - producerea i refularea spumei aeromecanice prin linii de furtunuri echipate cu evi portative generatoare, pentru care se asigur un debit maxim, de 30 m3/min. În figura A.4.2.1 se prezint instalaia pentru spum i amestec cu detergent.

Figura A.4.2.1 - Instalaia pentru spum i amestec cu detergent 1) - rezervor spumogen lichid 800l; 2 ) - robinet fluture; 3) - racord cauciuc;

4) - pregenerator (ejector); 5) - robinet dozator; 6) - conduct legtur pregenerator aspiraie pomp 50/8;

7) - aerisitor; 8) - sprgtor de valuri; 9) - instalaie barbotare; 10) - rezervor de detergent 100 l; 11) - dozator cu 5 poziii; 12) - amestector

13) semnificaia culorilor: ap; spumant; soluie spumant în ap; soluie de detergent în ap; ap; soluie de spumant în ap; soluie detergent în ap;

detergent; aer.


2

În figura A.4.2.2 se prezint schema instalaiilor speciale, care doteaz autospeciala la care se face referire. [4.22],[4.31]

Figura A 4.2.2 - Schema instalaiilor speciale: 1) - rezervor de ap 9000l; 2) - rezervor spumogen lichid 800l; 3) - robinet golire ap din rezervor;

4 ) - pomp centrifug ap; 5) - conducte aspiraie; 6)-conducte refulare pomp centrifug; 7) - robinet fluture; 8) - robinet alimentare cu ap amestector; 9) - robinet conduct alimentare cu detergent;

10) - robinet alimentare rezervor ap; 11) - pregenerator; 12)- amestector; 13) - robinet dozator; 14) - dozator cu 5 poziii;15) - robinet conduct barbotare spumant;16) - conduct barbotare spumant;

17) - rezervor de detergent 100l;18) - butelie aer; 19) - pomp vid cu ejector; 20) - robinet pomp vid cu ejector; 21) - pomp vid cu rotor;22) - robinet pomp vid cu rotor; 23) - robinet ulei pomp vid cu rotor;

24) - rezervor ulei pomp vid cu rotor; 25) - vacuummetru; 26) - robinet vacuummetru; 27)- manometru; 28) semnificaia culorilor: ap; spumant; soluie spumant în ap; soluie de detergent în ap; ap; soluie de spumant în ap; soluie detergent în ap; detergent; aer.


3

Bibliografie capitolul 4

[4.1] Toms, B.A. - Some observations on the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds number, Proc. 1st Inter. Congr. on Rheology, volume 2, pg.135...141, North Holland, 1949. [4.2] White, A., Hemmings, J.A.G. - Drag reduction by additives, Review and bibliography. B.H.R.A. fluid engineering, S.U.A., 1976. [4.3] Lumley, J.L. - Drag reduction in turbulent flow by polymer additives, J. Polymer Science, Macromol. Reviews, volume 7, pg.263...290, S.U.A., 1973. [4.4]∗∗∗Lucrrile primei conferine internaionale asupra reducerii frecrii în lichide, B.H.R.A. fluid engineering, Cambridge, United Kingdom,1974. [4.5]∗∗∗ Lucrrile celei de-a doua conferine internaionale asupra reducerii frecrii în lichide, B.H.R.A. fluid engineering, pag. 20...30, Cambridge , United Kingdom,1977. [4.6] Leca, A., Hubert, I., Ionescu, D. - Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor cu ajutorul aditivilor, Consideraii generale, Revista de Chimie, volumul 32, nr. 10, pag.982...987, Bucureti,1981. [4.7] Volkart, P., Hänger, M. - Die Verwendug reibungsmindernder Zusätze in der Feuerlöschhechuik, Gas - Wasser - Abwasser, volume 54, nr. 11, pg. 501...506, R.F.G.,1974. [4.8] Leca, A., Leca, M. - Aditivarea lichidelor, soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti, 1982. [4.9] Leca, A., Hubert, I., Leca, M. - Pressure drop and heat transfer for water with polymer additives; în revista Electrotehnic i Energetic, volumul 26, nr. 2, pag. 305...314, Bucureti, 1981. [4.10] Sellin, R.H.J. - Drag reduction in sewers: first results form a permanent installation, Journal of Hydraulic Research, volume 16, nr. 4, pg. 357...371,S.U.A.,1978. [4.11] Leca, A., Leca, M., Chiujdea, C., Bedros, N.P. - Cercetri privind aditivitatea apei în vederea reducerii pierderilor de sarcin, Buletinul Institutului Politehnic Bucureti seria Mecanic, volumul XLIII, nr. 4, pag. 195...198, Bucureti, 1981. [4.12] Arnbom, L., Hagstrand, U. - Toms’ effect in district heating tube systems, in Report 1977, S.V.F.50, pg. 64, Suedia,1977. [4.13] Popescu, G. - Hidraulica fluidelor aditivate, Referat nr.3 pentru doctorat, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, 2006. [4.14] Chiujdea, C. - Contribuii privind utilizarea aditivilor polimerici asupra curgerii fluidelor cu aplicaii în hidroenergetic, Tez de doctorat, Facultatea de Energetic, Universitatea „Politehnica” Bucureti, 1998. [4.15] Tomita, Y. - Pipe flows of dilue agnuos polymer solution, part 1, experimental study of pipe friction coefficient, Bulletin of the J.S.M.E., pg. 926...933, volume 13, no. 61, S.U.A.,1970. [4.16] Chiujdea, C., Georgescu, A. - Efectul Toms, Studii i cercetri de mecanic aplicat, Editura Academiei Române, Bucureti, 1991. [4.17] Exarhu, M., Chiujdea, C. - Hidrodinamica lichidelor neomogene i a soluiilor de polimeri, Editura Bren, Bucureti, 2000. [4.18] Chiujdea, C. - Rezultate teoretice i experimentale privind influena aditivilor polimerici asupra curgerii fluidelor, Referat de doctorat nr.1, Catedra de Hidraulic i Maini Hidraulice, Universitatea ” Politehnica” Bucureti,1987. [4.19] Leca, A., Leca, M., Chiujdea, C., Bedros, N.P. - Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor cu ajutorul aditivilor, Contract 6-0-1/1980-cercetri experimentale pentru stabilirea concentraiei optime a aditivilor i pentru stabilirea efectului de diametru, Facultatea de Energetic, Universitatea „Politehnica”, Bucureti, beneficiar I.C.P.A.O.- Media, Bucureti,1980. [4.20] Leca, A., Leca, M., Chiujdea, C., Bedros, N.P. - Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor cu ajutorul aditivilor, Contract de cercetare tiinific, Facultatea de Energetic, Universitatea “ Politehnica” Bucureti, 1981. [4.21] Leca, A., Leca, M., Chiujdea, C., Bedros, N.P. - Aplicarea produsului Solacril RPC la aditivarea apei pentru reducerea pierderilor de sarcin, Contract de cercetare tiinific, 6-2-14/1982, Facultatea de Energetic, Universitatea „Politehnica” Bucureti,1982. [4.22] Bedros, N.P., Vasiliu, M., Dumitrescu, D. - Observaii preliminare privind influena aditivilor polimerici asupra performanelor pompelor cu aplicaii la sistemele de irigaii prin aspersiune, revista „Hidrotehnica”, volumul 29, nr.6, pag.169...172, Bucureti, 1984. [4.23] Cavaropol, D.V. - Elemente de dinamica jeturilor de fluid folosite la stingerea incendiilor, Editura Printech, Bucureti, 2002. [4.24] Leca, A., Bedros, N.P.- Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor cu ajutorul aditivilor, contract nr. 428/1977, Facultatea de Energetic, beneficiar I.C.P.A.O. - Media, Universitatea “Politehnica” Bucureti, 1977.


4

[4.25] Bedros, N.P. - Aplicarea produsului Solacril RPC la aditivarea apei pentru reducerea pierderilor de sarcin. Sisteme de diluare cu aplicaii în agricultur, contract 7-3/1983, beneficiar I.C.P.A.O.- Media, Facultatea de Energetic, Universitatea „Politehnica” Bucureti, 1983. [4.26] Chiujdea, C., Georgescu, A. - Efectul Toms. Studii i cercetri de mecanic aplicat, Editura Academiei Române, Bucureti, 1991. [4.27] Georgescu, A., Chiujdea, C. - On the mechanism of drag aduction in Maxwell fluids, Conference on applied and industrial mathematics, Oradea, 1997. [4.28] Tcacenco, V. V., .a. - Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea fluidelor cu ajutorul aditivilor polimerici; aplicaie la stingerea incendiilor, Sesiunea tiinific a Facultii de Pompieri - Academia de Poliie „Alexandru Ioan Cuza” „Protecia la foc a construciilor i instalaiilor. Sigurana utilizatorilor i protecia mediului”, Bucureti, 30 aprilie 1998. [4.29] Cavaropol, D.V. - Contribuii în dinamica jeturilor, Tez de doctorat, Universitatea Tehnic de Construcii, Bucureti, 1999. [4.30] Leca, A., Bedros, N.P., .a. - Cercetri privind utilizarea aditivilor polimerici în instalaiile de stins incendii, contract nr. 6-18/1981, beneficiar I.G.C.P.M. Bucureti, Facultatea de Energetic, Universitatea “Politehnica” Bucureti, 1981. [4.31] Leca, A., Bedros, N. P., .a. - Cercetri experimentale pentru selecionarea aditivilor polimerici indigeni, contract nr. 28/1979, beneficiar I.C.P.A.O.- Media, Facultatea de Energetic, Universitatea “Politehnica” Bucureti, 1979. [4.32]Marian, l.,Indolean,R. - Consideraii privind determinarea coeficientului λ pentru hidrotransport, prin aplicarea teoriei numrului Reynolds extins, Simpozionul “tiina modern i energia”, Cluj-Napoca, 1992, ediia I-a. [4.33] Marian, l., Indolean,R. - Determinarea coeficientului de pierdere de sarcin liniar λ pentru soluii de saramur prin aplicarea teoriei numrului Reynolds extins, a XXVI-a Conferin de Instalaii “ Echipamente i sisteme de instalaii”, (7…8) octombrie, Sinaia, 1992.

Capitolul 5

Soluii de polimeri utilizate pentru reducerea pierderilor de sarcin. Elemente de fenomenologie 5.1 Fenomene asociate soluiilor de polimeri

5.1.1 Soluii diluate de polimeri

Pentru reducerea pierderilor de sarcin în condiii de curgere turbulent se indic urmtoarele trei clase de soluii: diluate de polimeri; de materiale i coloizi de asociaie; de particule fibroase.[5.3],[5.7],[5.8] În figura 5.1 se prezint raportul dintre reducerea relativ a pierderilor de sarcin în funcie de concentraie pentru diferii polimeri naturali i sintetici studiai; la început se observ o cretere liniar, brusc a reducerii pierderilor de sarcin în raport cu concentraia, dup care urmeaz o plafonare caracteristic pentru fiecare polimer, determinrile fiind efectuate pentru o singur trecere; fenomenul poart denumirea de saturare. Dependena coeficientului de rezisten hidraulic liniar în funcie de numrul Reynolds, pentru diferite concentraii de polietilenoxid, în ap, este prezentat în figura 5.3. Acest


5

mod de reprezentare pune în eviden limita asimptotic spre care tinde reducerea maxim a pierderilor de sarcin. Majoritatea aditivilor polimerici utilizai în cadrul determinrilor experimentale, i-au diminuat eficiena în condiiile supunerii lor, la tensiuni tangeniale continue; reducerea eficienei se datoreaz divizrii permanente prin rupere a lanurilor macromoleculare lungi în altele mai scurte i mai puin eficiente, fenomen denumit degradare mecanic; fenomenul are loc la trecerea repetat a aceleiai soluii printr-un circuit dat, precum i la utilizarea circuitelor închise sau a circuitelor deschise cu lungimi foarte mari. Kenis, a comparat riscurile privind rezistena la degradare a aditivilor polimerici în timp, i a constatat c polietilenoxidul este cel mai puin rezistent, iar guar - guam dei, este cel mai rezistent în raport cu riscurile mecanice, se degradeaz la contactul cu lumina solar (ultraviolete) [5.8]

Viteza de degradare, determinat de scderea eficienei pentru reducerea pierderilor de sarcin, depinde de: tipul polimerului, concentraia, mrimea efortului tangenial i natura solventului. O serie de studii, pun în eviden faptul c degradarea are loc pân la o anumit valoare limit a masei moleculare, dup care fenomenul înceteaz. [5.8]

Forma profilelor pentru vitezele medii, obinute pentru soluii diluate de polimeri, în curgerea prin conducte, a fost stabilit de numeroi cercettori.[5.8]

Rezultate mai recente au fost obinute utilizând metode care nu necesit introducerea unui dispozitiv în lichid, cum ar fi anemometrul cu raze laser sau diferitele tehnici de vizualizare a curgerii, utilizând colorani.

În condiii de reducere moderat a pierderilor de sarcin, regiunea central este mai aplatizat decât cea a solventului, iar profilul de lâng perete este mai puin înclinat.

În figura 5.1 se prezint variaia în funcie de concentraie a eficienei unor polimeri naturali /sintetici.

10

( )1

0

20

( )2

30

( )3

40

( )450

( )5

60

( )6

70

( )7

c [ppm]25 50 75 100

∆ /[%]

Figura 5.1 - Variaia funcie de concentraie a eficienei polimerilor naturali i sintetici: 1) - polietilenoxid; 2) - poliacrilamid; 3) - xanthomonas compestris; 4) - pseudomonas; 5) - neisseria; 6) - arthrobacter viscosus; 7) - guar - gum.


6

În figura 5.2, sunt reprezentate o serie de rezultate obinute pentru dependena raportului vitez de frecare u+, în funcie de x+ (distana la peretele conductei). Solvenii, masele moleculare i concentraiile polimerilor pentru care s-au efectuat determinrile profilelor de vitez, cu diametrele conductelor prin care s-a realizat curgerea, sunt prezentate în tabelul 5.1.[5.8] Tabelul 5.1 - Tipuri de solveni i polimeri

Polimer Solvent Mas

molecular c [ppm] d [mm]

Guar - gum Ap 0,50· 106 400 800

5,07

Polietilenoxid Ap 5,00· 106 2,5 10,0

5,08

Poliizobutilen Ciclohexan 0,50· 106 2000 2,54 Poliacrilamid

hidrolizat

Ap 3,00· 106 1000 2,54

Polietilenoxid Ap 0,69· 106 1000 3,21

Deoarece profilul substratului vâscos rmâne nemodificat i panta substratului tampon este, de asemenea nemodificat între substratul vâscos i cel turbulent, profilul trebuie s fie deplasat în sus, spre profilul final (figura 5.3) dac are loc reducerea pierderilor de sarcin.

Deplasarea în sus, este cauza aa numitei alunecri efective; fenomenul de reducere a pierderilor de sarcin atribuie modificrilor din spaiul cuprins între substratul vâscos i cel turbulent.

Efectul este atribuit, adesea, îngrorii substratului vâscos; în acest mod, grosimea stratului vâscos este definit de intersecia profilelor straturilor vâscos i turbulent.

1 10 100 1000 10000

0

10

20

30

40

50

60

1 ELATA

2 GOREN

3 VIRK

Pro

fil fi

nal

u =x

V

iteza

me

die

u+

x distan a de la perete

Legea newtoniande perete

Figura.5.2- Profilul vitezei medii la reducerea pierderilor de sarcin.


7

Conducte netede

Asimtota lui VIRK

Curgere lam

inar 64/R

e

Concentra ia polimerului in ppm1.252.55102040Polymer Alcomer 110L Conduct d=50mm

B

A

Re

0,4

3

2

0,1

987

6

5

0,04

25 104 10

5

Figura 5.3 - Variaia coeficientului λ pentru soluii de polimeri la diferite concentraii în ap.

5.1.2 Suspensii de materiale i particule fibroase Caracteristicile generale ale curgerii suspensiilor prin conducte nu sunt stabilite în msura în care sunt realizate cercetrile pentru soluiile de polimeri sau de coloizi de asociaie, cu toate c, în literatur exist un volum mare de date referitoare la curgerea suspensiilor fibroase.[5.8] O serie de determinri în care s-au utilizat fibre de vâscoz cu diametrul egal cu 0,1 cm la concentraia de 0,2 % sunt prezentate în figura 5.4; rezultate similare au fost dezvoltate pentru paste de lemn i fibre de nylon.

Curba de curgere obinut se împarte în trei zone: - regiunea de curgere laminar în care pierderile de sarcin sunt mai mari decât

pentru fluidul de baz din cauza vâscozitii mai ridicate; - regiunea de reducere a pierderilor de sarcin care apare într-o zon de tranziie

(mixt); - regiunea de extindere a curbei de tranziie în care reducerea pierderilor de

sarcin scade lent; eficiena crete, proporional cu mrirea concentraiei; degradarea fibrelor de vâscoz se apreciaz ca fiind redus, în general.[5.8] Fibrele din azbest având raportul lungime/diametru de ordinul 105, dispersate cu un agent adecvat, genereaz reduceri semnificative ale pierderilor de sarcin la concentraii de ordinul ppm; la 100 ppm reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar a fost de 44 %.


8

Regiunea 1 Regiunea 2 Regiunea 3

Re

0,030

0,010

0,006

0,003

0,001

103

104 10

5

Figura 5.4 - Dependena coeficientului de rezisten hidraulic liniar în funcie de numrul Reynolds pentru fibre de vâscoz cu diametrul

de 0,1cm la concentraia de 2%. Profilele de vitez pentru suspensiile gaz-solid în curgerea care prezint fenomenul de reducere a coeficientului de rezisten hidraulic liniar au fost prezentate de Kane i Pfeffer; din punct de vedere calitativ, acestea sunt similare cu rezultatele obinute pentru soluiile de polimeri. [5.8] 5.1.3 Degradarea prin îmbtrânire a soluiilor de aditivi Determinrile experimentale au pus în eviden faptul c soluiile de poliacrilamid sufer în timp un proces de modificare a vâscozitii reduse ; fenomenul a fost denumit efect de îmbtrânire i a fost explicat astfel: urmare dizolvrii, rezult o soluie în care moleculele sunt complex dezordonate i pentru ordonarea lor este necesar un anumit timp; procesul de ordonare decurge pân la atingerea unei stri de echilibru care se manifest prin scderea vâscozitii pân la o valoare limit. Studii ulterioare, au pus în eviden, faptul c, fenomenul de îmbtrânire se realizeaz în dou etape: o scdere iniial rapid a vâscozitii, urmat de o scdere lent; efectuând determinri la intervale relativ scurte de la prepararea soluiilor, pentru poliacrilamid nehidrolizat cu mase moleculare cuprinse între (0,5...7,75)⋅106 g/mol, s-a constat c în primele (5...24) ore, are loc o cretere rapid a vâscozitii, urmat de o scdere lent, minimul fiind atins dup (160...180) ore, durat dup care, în cazul maselor moleculare mici a urmat o nou cretere (figura 5.5). Cu cât masa molecular M a poliacrilamidei este mai mare, cu atât timpul dup care se atinge maximul este mai mare.

Rezult astfel, c forma complex a lanurilor macromoleculare i fenomenul de agregare în soluiile apoase de poliacrilamid este important cu privire la relaia vâscozitate/ timp.


9

Timp[ore]

ln red [dl/g]

20

1

2

3

40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200

(1)

(2)

(3)

(4)

Figura 5.5- Modificarea în timp a vâscozitii reduse pentru

poliacrilamid nehidrolizat, pentru mase moleculare:

(1) - 61052,0 ⋅ g/mol ; (2) - 61029,2 ⋅ g/mol;

(3) - 61026,6 ⋅ g/mol; (4) - 61075,7 ⋅ g/mol.

Pentru determinarea în funcie de timp, a modului cum reacioneaz soluiile concentrate i relativ diluate, s-au realizat determinri de vâscozitate, pentru o soluie având concentraia de 25 ppm, utilizând o poliacrilamid româneasc cu masa molecular 6,26⋅106

g/mol pentru o perioad de timp cuprins între (24...285)ore de la punerea în contact a poliacrilamidei cu apa. Aa cum rezult din figura 5.6, pentru ambele concentraii, are loc o cretere rapid a vâscozitii reduse în prima perioad de timp, urmat de o scdere rapid, care conduce la o valoare apropiat de cea iniial (msurat la 24 ore de la punerea în contact a apei cu poliacrilamida); dup aceea, comportarea soluiilor cu cele dou concentraii este diferit: soluia cu concentraia 25 ppm prezint în continuare o scdere lent a vâscozitii reduse, cu un minimum pentru 96 ore, apoi o cretere cu un maxim la 143 ore, dup care urmeaz o scdere (figura 5.6, curba1); soluia de concentraie 0,1275 % prezint o nou cretere pân la 63 de ore, dup care vâscozitatea redus (capitolul 8.1),este constant pân la 134 de ore, urmat apoi de o scdere lent. Se apreciaz c, pentru a se obine eficien, soluiile diluate trebuie utilizate la (48...95) ore, de la preparare, iar cele concentrate, la (80...160) ore, de la preparare. [5.8],[5.11] Determinrile de vâscozitate redus, s-au efectuat pentru ambele soluii la concentraia de 25 ppm.


10

Timp[ore]

sp [dl/g]

140

150

160

2500 20015010050

170

(1)

(2)

Figura 5.6 - Variaia în timp a vâscozitii reduse pentru

soluiile depoliacrilamid hidrolizant: 1)- 25 ppm; 2) - 0,1275 %.

5.1.4 Degradarea mecanic a aditivilor

Majoritatea informaiilor pun în eviden aciunea defavorabil pe care o genereaz existena unei turbomaini într-un circuit hidraulic în care se utilizeaz aditivi în scopul reducerii pierderilor de sarcin. Dei fenomenele de degradare pentru aditivi, în rotorul turbomainilor, nu a putut fi explicat în totalitate, se accept în prezent ideea c la baza acestui fenomen st efectul de rupere al lanului molecular al aditivului, prin ocurile mecanice exercitat de ctre palele rotorului. Raportat la teoria hidrodinamic a turbomainilor, acest efect trebuie s fie mai intens în acele regimuri de funcionare care sunt diferite de regimul nominal, regim pentru care a fost proiectat rotorul. Având în vedere c paletajul rotoric se construiete astfel încât pala s materializeze suprafaa de curent în micare relativ, adic s reprezinte în orice moment înfurtoarea vectorilor vitezei relative, este de ateptat ca i lanul de macromolecule al aditivului s urmreasc la funcionarea pompei pentru regimul nominal, o traiectorie apropiat de aceea a liniilor de curent. Studiul procesului de degradare mecanic a poliacrilamidei a fost realizat pe un circuit închis alctuit dintr-o pomp centrifug de 20 l/min, 32 m col H2O, 6000 ture/min, un traseu de conducte drepte cu diametrul interior de 14 mm i un rezervor cu capacitatea de 60 l. Au fost efectuate determinri, pentru ap i ap cu aditiv la diferite concentraii, privind variaia pierderilor de sarcin i a coeficientului de rezisten hidraulic liniar în funcie de numrul de treceri prin pomp; rezultatele determinrilor sunt prezentate în figura 5.7. Odat cu introducerea în circuit a aditivului, debitul a crescut cu (20...25)%, dup care a sczut progresiv în timp, pân la o valoare asimptotic cu (5...15)% mai mare decât debitul de ap fr coninut de aditiv, valoare corespunztoare eficienei funcionrii la circa 40 % din concentraia iniial de aditiv, introdus în circuit. În acelai context, s-au obinut reduceri ale pierderilor liniare de sarcin între 30 % pentru concentraii de 5 ppm i (60...65) % pentru concentraii de (25...30) ppm; în afara domeniului dat de aceste valori, nu se mai realizeaz reducerea coeficientului de pierdere liniar de sarcin, datorit fenomenului de saturare.


11

Rezultatele, conduc la concluzia c, într-o instalaie industrial, în circuit închis efectul de degradare a aditivului la trecerea prin rotorul unei turbomaini este dependent de tipul i turaia pompei.

n

10

0,04

20 30 40 500

0,08

0,016

0,020c = 0 ppm

c = 5 ppm

c = 10 ppm

c = 25 ppm

Figura 5.7 - Variaia λ cu numrul de treceri prin pomp, pentru

poliacrilamid pentru diferite concentraii la temperatura de 19ºC.

5.1.5 Degradarea termic a polimerilor Prin determinri experimentale, s-a pus în eviden faptul c în timpul curgerii, peste fenomenul de degradare termic se suprapune fenomenul de degradare mecanic; din acest motiv, pentru poliacriamida hidrolizat, s-au efectuat determinri de degradare pentru soluii înclzite la diferite temperaturi. [5.8] În figura 5.8, se prezint influena temperaturii asupra soluiilor de guar-gum.

Rezultatele obinute pentru poliacrilamid hidrolizat, supus la temperaturi de 40 0C, 60 0C, i 80 0C pentru perioade de timp cuprinse între (6...24) ore, sunt prezentate în figura 5.9 pentru care vâzcozitatea intrinsec s-a definit la capitolul 8.1. Se observ c, pentru timpi de înclzire constani, se obine o scdere a vâscozitii, cu atât mai mare cu cât temperatura este mai ridicat. Simultan cu creterea temperaturii, de regul peste temperatura de 60 0C, legturile de hidrogen se distrug, ghemurile macromoleculare devin mai compacte; la scderea ulterioar a temperaturii, ca rezultat al apropierii segmentelor macromoleculare, este favorizat formarea legturilor de hidrogen, ceea ce conduce la stabilizarea dimensiunilor mai reduse ale ghemurilor i înglobarea unei cantiti mai mici de ap decât în cazul redizolvrii.


12

ppm = 10.000

5000

25001000

500250 0

[N/m ]2

du/dy [s ]-1

Figura 5.8 - Influena temperaturii asupra eficienei soluiilor de guar - gum cu diferite concentraii la temperatura de 19ºC.

Curba (4) pune în eviden faptul, c pân la temperatura de 400C, degradarea poliacrilamidei hidrolizate în soluie nu are loc; începând cu temperatura de 700C, predomin degradarea, astfel c la 80 0C, fenomenul este preponderent. Rezult c, poliacrilamidele hidrolizate pot fi utilizate ca aditivi pentru reducerea pierderilor de sarcin, fr degradarea termic apreciabil a acestora pân la temperaturi de aproximativ 70 0C.

( )1

( )2

( )3

20 30 40 50 60

Temperatura t [°C]

Vâscozitateintrinsec

[dl/g]

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

70 80

#$

Figura 5.9 - Variaia vâscozitii intrinseci în funcie de temperatur pentru timpi de înclzire constani:

1) - 6 ore; 2) - 24 ore; 3) - 24 ore; 4) - 24 ore dup evaporare la temperatura camerei i redizolvare.

5.1.6 Efectul aditivilor asupra pierderilor de sarcin locale Pentru a stabili efectul aditivilor asupra pierderilor de sarcin locale s-au efectuat determinri experimentale pentru mai multe tipuri de rezistene locale: ventile drepte sau


13

înclinate, vane, la diverse grade de deschidere, coturi cu diverse raze de curbur, mrire i reducere brusc de seciune etc. Aditivul utilizat a fost poliacrilamida la concentraii în ap, cuprinse între (5...50)ppm. Se constat astfel c, coeficientul de rezisten hidraulic local ξ nu este influenat de concentraia aditivului, concluzie în bun concordan cu rezultatele altor cercettori asupra acestei probleme. Explicaia, pentru ineficiena utilizrii aditivilor în zona rezistenelor hidraulice locale, se datoreaz: - fenomenului de turbulen la numere Reynolds relativ mari, consecina direct fiind destabilizarea stratului limit i deci, afectarea curgerii; - datorit configuraiei geometrice în spaiul de curgere, macromoleculele aditivului nu se pot orienta decât în seciuni care au proprietatea c sunt dezvoltate transversal.[5.2] 5.1.7 Transferul de cldur la soluiile de aditivi Deoarece multe fluide sunt, în acelai timp, i medii transportoare de cldur cu numeroase aplicaii practice, este necesar evaluarea atât a pierderilor de sarcin liniare cât i a caracteristicilor determinate de transferul de cldur. Principalul proces de transfer de cldur afectat de prezena aditivilor în fluide este convecia termic între o suprafa solid i un fluid (lichid sau gaz) aflate în contact direct, care are loc prin aciunea combinat a: conduciei termice, acumulrii de energie intern i micrii de amestec. Determinrile experimentale realizate în scopul determinrii pierderilor de sarcin concomitent cu cele pentru transferul convectiv de cldur, la solveni cum este de exemplu apa, în curgerea turbulent, prin conducte netede, pentru (5...40) ppm poliacrilamid, au pus în eviden faptul c atât pierderile de sarcin cât i transferul de cldur au fost afectate de prezena aditivului polimeric, de coeficientul hidraulic pentru pierderea liniar de sarcin i de coeficientul de convecie α (exprimat în W/m2· oC ), sunt reduse semnificativ în comparaie cu apa fr coninut de aditiv. Pentru concentraii de (25...30)ppm coeficientul s-a redus cu pân la 70%, iar coeficientul de convenie α a avut valoarea minim mai mic cu 65 % în comparaie cu apa fr coninut de aditiv. Rezultatele obinute pentru conducte rugoase, la concentraii de (10...50) ppm ale polietilenoxidului au condus la reduceri semnificative pentru coeficientul i coeficientul de convecie în comparaie cu apa neaditivat de 6 ori, respectiv de 10 ori. [5.8] Mai mult, aceast reducere se menine chiar în domeniul curgerii turbulente complet rugoase hidraulic, ceea ce arat c polimerul influeneaz curgerea între i în zona rugozitilor individuale ale traseului. [5.8] Înrutirea fenomenului de transfer convectiv de cldur, este explicat prin aciunea aditivului polimeric de descretere a transferului turbulent de mas, impuls i energie, respectiv de reducere a fluctuaiilor turbulente de lâng perete. Pentru apa aditivat, structura stratului limit se modific, deoarece difuzivitatea turbulent a impulsului i ca urmare, difuzivitatea turbulent a transferului de energie, are valori sensibil mai mici decât pentru apa neaditivat, rezult c grosimea stratului limit vâscos de lâng perete înregistreaz o cretere important.[5.8],[5.13]


14

Determinrile experimentale au pus în eviden influena masei moleculare asupra transferului de cldur. Spre deosebire de cazul reducerii pierderilor de sarcin, la care eficiena unui aditiv crete proporional cu creterea masei moleculare a acestuia, la fierberea unor soluii diluate cu poliacrilamide având concentraii egale, de mase moleculare egale cu 1⋅106g/mol i 2⋅106g/mol, transferul de cldur a fost substanial mai bun pentru aditivul cu masa molecular mai sczut.

5.1.8 Comportarea aditivilor în soluii

Mecanismul care explic mai complet reducerea pierderilor de sarcin, se bazeaz pe teorii care consider interaciunea direct dintre particulele aditivului i vârtejurile de fluid, acestea fiind singurele teorii aplicabile pentru toate clasele de aditivi. De aceea, este necesar s se cunoasc pe de o parte comportarea aditivilor în soluie, iar pe de alt parte, ce se întâmpl cu acestea în curgerea turbulent.

5.1.8.1 Conformaia macromoleculelor în soluiile diluate Polimerii sunt substane constituite din macromolecule între care se exercit fore de natur fizic. Macrmoleculele sunt entiti materiale alctuite prin repetarea/conexarea unor uniti chimice simple, unite prin legturi covalente numite uniti structurale; numrul de uniti structurale din molecul sau din catena principal poart numele de grad de polimerizare. Capacitatea de formare a ghemurilor poate fi îneleas dac molecula este imaginat ca un lan compus din elemente statistice care se pot deplasa independent unele de altele; unghiurile dintre elementele statistice confer proprietatea c pot permite unui asemenea lan s se formeze liber.

Legturile suficient de îndeprtate nu mai sunt influenate reciproc i poriunile de lan formate din mai multe uniti structurale pot fi considerate ca independente cinetic. O astfel de poriune de lan se numete segment statistic. Cu cât macromolecula este mai flexibil, cu atât numrul de uniti structurale din care este format segmentul statistic este mai mic; pentru majoritatea polimerilor organici, acest numr egal cu 3.

Flexibilitatea catenelor macromoleculare, caracterizat prin lungimea segmentelor statistice depinde de o serie de factori: temperatur; lungimea lanului; natura lor, numrul; repartiia i simetria substituenilor atomilor din catena principal.[5.8] Creterea temperaturii are ca efect creterea probabilitii de rotaie în jurul legturii simple i deci, mrirea flexibilitii catenelor macromoleculare. Creterea/dezvoltarea în lungime a lanului, genereaz creterea numrului de conformaii posibile i deci, posibilitatea ca acesta s fie mai flexibil . Polimerii heterocatenari care conin pe lâng atomii de carbon i ali heteroatomi, cum este de exemplu oxigenul i azotul, în catena principal, au flexibilitate mai mare decât cei homocatenari, care au catenele constituite numai din atomi de carbon, deoarece heteroatomii au mai puini substitueni: zero pentru oxigen i unu pentru azot. Spre exemplu, polistirenul, policlorura de vinil i polialcoolul vinilic sunt rigizi la temperatura mediului ambiant iar poliesterii, poliamidele, poliuretanii, cauciucurile siliconice prezint flexibilitate. Deoarece, macromoleculele flexibile, îi modific forma în mod continuu, în cadrul curgerii, acestea nu pot fi caracterizate prin dimensiuni geometrice fixe, ci prin valori medii.


15

Ghemul statistic are ca dimensiuni caracteristice distana medie care separ capetele lanului h i raza medie de giraie RG.

Solvenii pentru care interaciunile segment-solvent sunt mai puternice decât cele de tip segment-segment se numesc solveni buni, iar cei pentru care situaia este invers, se numesc solveni slabi. Rezult c, într-un solvent bun apropierea segmentelor este puin probabil i ghemul macromolecular va fi voluminos, iar într-un solvent slab apropierea segmentelor va fi favorizat i ghemul îi reduce dimensiunile devenind mai compact.

5.1.8.2 Soluii coloidale de asociaie

Coloizii de asociaie sunt substane organice constituite dintr-o component hidrocarbonat, care conine (8...20) atomi de carbon, conexat de o parte polar/ionizabil. Partea hidrocarbonat este cunoscut sub numele de hidrofob i este constituit fie dintr-o caten saturat (alchilic) liniar sau ramificat, fie dintr-o caten alchil-aromatic. Partea polar sau ionizabil, având afinitate pentru ap, se numete hidrofil. La dizolvarea în ap, pentru concentraii foarte mici, se formeaz o soluie în care, componentele sunt dispersate la nivel molecular; dac concentraia depete o anumit valoare, numit concentraie critic micelar, moleculele substanei amfifile se asociaz, formând agregate supramoleculare numite micele de asociaie. Capacitatea de micelizare se datoreaz tendinei prilor hidrofobe de a-i micora suprafaa de contact cu mediul apos înconjurtor prin conexarea lor, formând astfel regiuni cu concentraii mari de grupe nepolare pe a cror suprafa sunt acumulate grupele polare sau ionizabile. Moleculele amfifile au capacitatea de a se concentra la suprafeele de separaie generând micorarea tensiunii superficiale (substane tensioactive coloidale).

5.1.9 Efectul de prag

Reducerea coeficientului de rezisten liniar utilizând aditivi, necesit definirea formal a reducerii fenomenului de frecare, printr-un coeficient procentual notat DR∆ , indiferent de solventul utilizat.

Fie cderea de presiune sp∆ necesar pentru a asigura viteza u atunci când curgerea

se realizeaz numai cu solvent i Ap∆ cderea de presiune în curgerea realizat, utilizând soluia de polimer.

În acest mod, coeficientul procentual de reducere a frecrii DR∆ este definit prin relaia:

[ ]%100⋅

∆

∆−∆=∆

S

ASDR p

pp. (5.1)

Efectul de reducere a fenomenului de frecare se pune în eviden dac se traseaz

coeficientul de rezisten hidraulic liniar în funcie de numrul Reynolds. Exprimând reducerea frecrii ca o scdere a gradientului de presiune, relaia (5.1)

poate fi scris sub forma:

[ ]%100⋅

−=∆

S

ASrh

λ

λλ, (5.2)


16

unde Sλ reprezint coeficientul de rezisten hidraulic liniar pentru solventul pur, iar cu Aλ

coeficientul de rezisten hidraulic liniar corespunztor soluiei cu aditivi. În figura 5.10 se prezint o serie de determinri pentru dou diametre de conduct; în

afar de reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar, se evideniaz urmtoarele efecte:

- reducerea fenomenului de frecare este mai pronunat în conducta cu diametrul mai redus, fenomen cunoscut ca „efect de diametru”;

- deviaia de la comportarea newtonian începe la valori diferite ale numrului Reynolds în fiecare din cele dou conducte, situaie care poart de numele de „efect de declanare”.

Dependena de diametrul conductei se explic, dac se admite c mecanismul principal al reducerii fenomenului de frecare este determinat de „efectul de perete”; pe msur ce diametrul conductei devine mai mic, efectul devine mai pronunat.

Probabil nu acesta este cel mai important aspect al fenomenului, deoarece, anumii autori ca Whitsitt, Harrington i Crawford în anul 1959, respectiv Paterson i Abernathy în anul 1970, au artat c se poate elimina influena diametrului conductei trasând graficul rh în funcie de viteza de frecare; în acest mod se poate compara eficiena reducerii coeficientului de rezisten liniar pentru aceeai tensiune de frecare la perete ).[5.20]

„ Efectul de declanare” poate fi definit ca fiind numrul Reynolds la care începe reducerea frecrii turbulente; figura 5.10, ilustreaz acest efect pentru Polyox WSR301 dizolvat în ap; în acest caz, s-a meninut diametrul conductei constant, variindu-se concentraia de polimer i, odat cu aceasta, i valoarea numrului Reynolds de declanare.

În figura 5.10, se prezint variaia lui λ determinate de Toms, în anul 1948 i de Savins în anul 1961, date prin intermediul creia care pune în eviden efectul determinat de diametrul conductei:

0,1

0,01

0,001100 1000 10000

λ

Re

Figura 5.10 - Variaia lui λ în funcie de numrul Re:

• diametrul conductei = 0,404cm, diametrul conductei = 0,129cm

De asemenea Virk, Merrill, Mickley, Smith i Mollo - Christensen, avanseaz în anul1967, ideea, c reducerea fenomenului de frecare turbulent are loc la o valoare bine definit


17

a tensiunii de frecare la perete *τu corespunzând celei mai mici scri de lungime turbulent (scara

Kolmogorov).[5.20] Exist astfel, o relaie între diametrul mediu al polimerilor i scara minim a

turbulenei, în condiiile pentru care Virk a propus drept criteriu de declanare, relaia:

ντ ⋅=⋅⋅ '2 * cud , (5.3)

unde asteriscul indic valoarea de declanare, 'c fiind o constant de declanare. Analizând mai multe rezultate experimentale, Virk, ajunge în anul 1967 la concluzia c relaia de mai sus este real, pentru: 005,0015,0' ±=c . (5.4)

Din analiza relaiilor (5.3) i (5.4) rezult c fenomenul de declanare a reducerii frecrii are loc atunci când cea mai mic scar de lungime turbulent este aproximativ de 50 de ori mai mare decât diametrul mediu al moleculei de polimer, fapt care ridic semne de întrebare asupra unei eventuale legturi fizice între cele dou lungimi.[5.20]

Fabula, Lumley i Taylor în anul 1965, au furnizat un criteriu fizic bazat pe scrile de timp. [5.20]

Ipoteza scrilor temporale se refer la faptul c evidena datelor experimentale pledeaz în favoarea scrilor de lungime.

Astfel, Paterson i Abernathy în anul 1970, prelucrând o serie de date experimentale au confirmat relaia criterial (5.3).[5.20]

5.1.10 Reducerea maxim a rezistenei de frecare

Existena vâscozitii, implic o limit inferioar a ratei de disipare pentru energie în

curgerea fluidelor; utilizând aceast observaie, se poate imagina o limit superioar absolut a reducerii fenomenului de frecare.

Dac s-ar putea elimina în totalitate agitaia turbulent, fenomenul s-ar reduce la cel determinat de curgerea laminar, pentru acelai numr Reynolds, înseamn c astfel a fost eliminat contribuia fenomenului de turbulen la rezistena de frecare.

Realizând unele determinri experimentale, în anul 1972, Hoyt observ c se poate pune în discuie o limit superioar de reducere a fenomenului de frecare.[5.20]

Aceast limit superioar, s-a considerat independent de tipul de polimer (diverse concentraii de polimeri), dar dependent de numrul Reynolds. Studiile efectuate cu diverse tipuri de polimeri de ctre Pruitt i Crawford în anul 1965, citai de ctre Hoyt în anul 1972, au pus în eviden, c reducerea maxim obinut este de 80% din cea teoretic, care este echivalent, practic, cu anularea total a agitaiei turbulente.[5.20]

În anul 1967, Virk împreun cu colectivul de colaboratori, ajunge la concluzia c limita superioar de reducere a rezistenei de frecare reprezint un fenomen universal i introduc, astfel, conceptul de reducere asimptotic. [5.20]

Ulterior, în anul 1970, Mickley i Smith, elaboreaz expresia analitic a acestei asimptote date de relaia (5.5), în forma: [5.20]

( ) 4,32Relg19/1 2/12/1 −λ⋅=λ , (5.5)


18

care pune în eviden modificarea legii logaritmice de rezisten pentru curgerea turbulent în conducte.

În figura 5.11, sunt prezentate rezultatele lui Paterson i Abernathy finalizate în anul l970, pentru Polyox WSR 301, limitate superior de relaia (5.5) pentru curgerea turbulent la ap, i inferior de asimptota de reducere maxim a lui Virk dat de: [5.20]

40,0Relg4/1 2/12/1 −λ⋅=λ , (5.6)

care reprezint legea logaritmic dat de Prandtl - Kármán.[5.20]

0,0031000 2000 5000

λ

Re

0,005

0,010

0,020

0,060

0,040

10000 20000 50000

Ap turbulent

Ap laminar

100000

Figura 5.11- Variaia λ = λ (Re) pentru care se pune în eviden declanarea fenomenului, la concentraii egale cu:

•10 ppm ; 5 ppm; 1 ppm; 50 ppm.

5.1.11 Reducerea coeficientului λ în suspensiile de fibre Cercettori/autori cum sunt Radin, Zakin i Patterson au prezentat în anul 1975, o

serie de rezultate inclusiv pe cele obinute în sistemele solid-fluid.[5.20 Concluzia principal se refer la faptul c aditivii sub form de fibr, având raportul

lungime/diametru cuprins în intervalul (25...35), au condus la o reducere a fenomenului de frecare la concentraii suficient de mari.

Interesul tiinific pentru acest fenomen, a fost determinat de descoperirea lui Ellis în anul 1970, prin faptul c fibrele de azbest pot conduce la reduceri substaniale dei concentraia de aditivi era foarte mic.[5.20]

Spre exemplu, s-a obinut ∆ DR = 40%, la concentraii de fibre în ap de 100 ppm. În acest mod, fibrele devin comparabile ca eficien cu cei mai buni polimeri, rezultat confirmat de unele cercetri mai ample efectuate de ctre Hoyt în anul 1972 i de ctre Radin în anul 1975.[5.20]

Rezumând proprietile cerute fibrelor, este necesar i suficient ca acestea s fie: foarte lungi, subiri i flexibile. Aceste proprieti, sugereaz c atât fibrele cât i polimerii sunt dou categorii de substane diferite structural, dar care, genereaz aceiai factori de


19

consecine, referitor la, reducerea pierderilor de sarcin liniare. O modalitate de realizare a determinrilor experimentale, este aceea de a combina într-o singur suspensie, atât aditivii sub form de fibre, cât i polimerii. Corespunztor acestei observaii, în anul 1974, cercettorii Lee, Vaseleski i Metzner, au determinat c, o astfel de combinaie de aditivi conduce la reducerea rezistenei într-o msur mai mare decât suma efectelor lor considerate independent.[5.20] În acelai context, în particular, ∆ DR > 95% a fost obinut pentru suspensii care conineau atât fibre de azbest TBA, cât i Separan AP30. Aceiai autori, au observat c suspensiile constituite din aceste amestecuri de aditivi, sunt supuse degradrii, într-o msur mai mic, rezultatele fiind confirmate i de cercettori cum sunt de exemplu: Sharma, Seshadri i Malhotra care, în anul 1979, au observat comportri similare atunci când o suspensie de fibre din azbest TBA, a fost injectat la curgerea apei prin conduct.[5.20] Pentru analiza structurii turbulente, în suspensiile de fibre, McComb i Chan au utilizat în anul 1985, anemometria cu laser.[5.20] 5.1.12 Reducerea coeficientului la curgerea turbulent a fluidelor aditivate

În figura 5.12, se prezint gradul de deteriorare pentru poliacrilamid în ap, la concentraii de: 5ppm, 10ppm, 20ppm pentru valori ale lui funcie de timp, la conducte de seciune circular. În figura 5.13 se prezint reograma soluiei de polietilenoxid pentru concentraii de 10 ppm i 100 ppm, la temperatura de 250°C. În figurile 5.14...5.18 se prezint unele determinri experimentale pentru diferii polimeri, cu urmtoarele concluzii:[5.8],[5.13],[5.14] - pentru un polimer i o concentraie dat, reducerea lui este mai mare în conductele cu diametru mai mic (efect de diametru); - pentru concentraii mai reduse, scderea coeficientului , este mai intens cu cât concentraia este mai mare; exist concentraii limit peste care valorile lui nu mai scad (efect de saturaie); - la trecerea repetat a soluiei de aditivi prin conducte, se observ c eficiena aditivului scade (fenomenul poart numele de degradare).

Timpul dedegradare [minute]

0,03

0,04

0,05

0 400300200100

0,06

c=20 ppm

0,02

c=10 ppm

c=5 ppm

Figura 5.12 -Variaia λ = λ (Re) pentru diferite

concentraii de poliacrilamid .


20

[N/m ]

10 dudy

310

410

510

6

101

100

102

103

2

100 ppm

10 ppm

Ap distilat

Figura 5.13 - Reograma soluiei concentrate de ap distilat.

Figura 5.14 - Efectul aditivilor polimerici asupra curgerii turbulente.

c [ppm]

0 10 20 30

0

0,04

0,06

Re = 7 104

40 50

0,01

0,03

0,05

0,07

0,02

0,08

Re = 4 104

Re = 25 104

Figura 5.15 -Variaia = (Re) pentru diferite concentraii de polimeri .


21

Re

Declanarea fenomenului

Sensul de cretere a diametrului

Sensul de cretere Curb asimptotic a concentraiei

Figura 5.16- Variaia λ = λ (Re) la curgerea turbulent în conducte circulare.

Figura.5.17 - Variaia coeficientului în funcie de numrul Reynolds

pentru soluii de polietilenoxid la diferite concentraii utilizând o conduct cu diametrul de 6,2 cm.

Re

Figura 5.18- Efectul temperaturii asupra soluiilor de polietilenoxid.


22

5.1.13 Profile de vitez ale soluiilor de polimeri

Determinrile experimentale pentru distribuia de viteze, în curgerile prin conducte, conduc la rezultatul c profilul acesteia (distribuia vitezei în direcia perpendicular pe perete) este mai aplatisat pentru soluiile cu coninut de polimeri, comparativ cu apa fr coninut de aditivi polimerici.

Se deosebesc astfel, dou regiuni ale profilului de vitez medie, primul în care exist stratul subire de lâng perete, în care domin efectele vâscozitii i distribuia vitezei este dat de:

++ = 21 xu . (5.7)

Cellalt strat are structur logaritmic i ocup restul seciunii din conduct, în care distribuia vitezei este dat de :

bxau +⋅= ++21 ln , (5.8)

unde a i b sunt constante universale.

Exist, de asemenea, o zon de tranziie denumit „buffer layer” în care tensiunile vâscoase i turbulente sunt mrimi comparabile.

Cercettori cum sunt de exemplu: Van Driest Virk, Mickley i Smith au propus în anul 1970, ca profilul distribuiei de vitez în soluiile de polimeri s fie descris de trei straturi, regiunea dintre substratul vâscos i stratul logaritmic devenind un strat a crui extindere depinde de nivelul reducerii rezistenei la înaintare.[5.20]

Conform acestei descrieri, substratul vâscos rmâne neafectat de aditivii polimerici, care se regsesc în constanta a din ecuaia (5.8).

Constanta b din aceeai ecuaie, trebuie s varieze cu nivelul reducerii rezistenei la înaintare, pentru a permite creterea vitezei medii la o tensiune Reynolds constant.

Profilul de vitez din stratul intermediar se presupune ca având aceeai form, logaritmic:

dxcu +⋅= ++

21 ln , (5.9) în care c si d sunt constante care trebuie determinate.

Forma newtonian reprezint marginea inferioar a ecuaiei generale (5.10); marginea superioar poate fi determinat din considerarea unei reduceri maxime de frecare conform aprecierilor fcute de Virk i unii autori în anul 1970.[5.20] Cazul reducerii maxim posibile a frecrii, implic un profil de vitez medie, dat de relaia: 17ln7,11 21 −⋅= ++ xu . (5.10)

Existena profilului de viteze axiale medii, format din trei straturi, a fost confirmat de Reischman i Tiederman în anul 1975, care au utilizat soluii polimerice ca i de McComb i Rabie în anul 1982, care au studiat curgerea în conducte la care soluia polimeric a fost injectat la perete sau dup caz, în axa conductei. [5.20]

În figura 5.19, se prezint dou profile de vitez, pentru care, reducerea fenomenului de frecare, este de 26,5% i respectiv 57% dup Mc Comb i Rabie determinate în anul 1982, pentru numere 4105,3Re ⋅= .


23

Observaiile menionate concord prin existena substratului vâscos de aceeai form în soluiile polimerice, dar pun în eviden anumite diferenieri pentru poriunea logaritmic. În teoria lui Reischman i Tiederman, constanta a rmâne neschimbat, în timp ce constanta b din relaia (5.10) se majoreaz cu procentul de reducere a frecrii. [5.20] Pentru McComb i Rabie, constantele a i b trebuie majorate pe msur ce se reduce fenomenul de frecare. [5.20] Deosebirea este determinat de faptul c, primii autori au considerat coeficientul de reducere ∆ DR în intervalul (24...41)%, în timp ce McComb i Rabie au lucrat cu valori ale lui ∆ DR cuprinse în intervalul (26,5...67)%; pentru valoarea ∆ DR = 41%, acetia au determinat c valoarea numeric a nu se modific în mod relevant.

x = x u /10

10

1000 1000

20

30

40

50(1)

(2)

DR=57%

DR=26,5%

2+

2

u = u /u1+

1

Figura 5.19 - Profile de vitez medie într-o conduct de seciune

circular pentru Polyox WSR 301, pentru care: (1) - 17ln7,11 21 −⋅= ++ xu ; (2) - 5,5ln5,2 21 +⋅= ++ xu .

5.1.14 Intensiti ale fluctuaiilor turbulente pentru soluiile de polimeri

Reischman i Tiederman, au stabilit c raportul intensitii fluctuaiei axiale fa de

viteza de frecare τu/u '1 crete la apropierea de peretele conductei, în prezena polimerilor. [5.20]

Maximul acestei intensiti, tinde s se distribuie ctre centrul conductei; rezultate similare au fost obinute i de McComb i Rabie, care au observat c atât τu/u '

1 cât i dispersia

maximului cresc odat cu reducerea frecrii. [5.20] Un astfel de rezultat, menionat anterior, este considerat ca fiind consistent în raport cu

modelul profilului de vitez format din cele trei straturi. Un alt aspect al problemei este acela c raportul τu/u '

1 nu rmâne constant, indiferent

de nivelul reducerii frecrii, fapt care pune în eviden natura diferit a turbulenei în fiecare dintre soluiile polimerice. De asemenea nu se poate afirma c turbulena n-a fost suprimat prin utilizarea aditivilor, deoarece creterea raportului τu/u '

1 odat cu creterea coeficientului ∆ DR

s-ar putea datora unei reduceri corespunztoare a distribuiei de viteze. Utilizând rezultatele obinute de McComb i Rabie la ∆ DR = 67% pentru o conversie

adecvat, rezult c maximul intensitii fluctuaiei turbulente, exprimat prin raportul u/u '1 ,


24

crete cu aproape 12% în soluiile polimerice în comparaie cu apa fr coninut de polimeri.[5.20]

Ca urmare, cum viteza este aceeai în ambele cazuri, rezult c fluctuaia de vitez axial este mai mare în cazul newtonian.

Aceast comportare, a fost confirmat de Allan i unii cercettori (1984), care au studiat o serie de soluii polimerice la curgerea prin conducte.[5.20]

Cazuri similare ale creterii fluctuaiilor axiale de turbulen au fost evideniate ulterior de ctre Willmarth i unii autori în anul 1987, precum i de Usui, în anul 1988[5.20].

De asemenea, ambele cercetri au pus în eviden o reducere substanial a fluctuaiilor transversale, exprimat prin raportul τu/u '

1 ca i a tensiunii Reynolds, considerat

ca o mediere în probabilitate, dat de 221 u/uu τ>< , rezultat care corespunde reducerii rezistenei

la înaintare. 5.1.15 Importana regiunilor din vecintatea pereilor

Prima observaie direct, referitoare la importana esenial a prezenei polimerilor în

regiunea de lâng perete, a fost pus în eviden de ctre Wells i Spangler în anul 1967.[5.20] Acetia au determinat c prin introducerea polimerilor lâng perete, la curgere,

tensiunea de frecare la perete a fost redus în avalul zonei de injectare; în acelai timp, atunci când polimerii au fost injectai în centrul curgerii, relativ departe de perete, nu s-au observat efecte de reducere a rezistenei la înaintare pân când polimerii nu au difuzat în apropierea pereilor.

Fa de natura incomplet a acestei cercetri, ea poate fi considerat doar o observaie direct, calitativ.

Ulterior, McComb i Rabie în anii 1978,1979,1982 confirm aceast concluzie general, atunci când au abordat problema din punct de vedere calitativ i cantitativ, prin injectarea unor soluii având coninut de polimeri în centrul (axa longitudinal) i la pereii conductei.[5.20] 5.2 Elemente referitoare la eficiena aditivilor polimerici

5.2.1 Proprieti ale polimerilor

Din punct de vedere chimic prin polimer se înelege un ansamblu larg de uniti identice unite prin legturi covalente numite uniti structurale.

Analizând numeroasele studii experimentale rezult c, pentru a reduce fenomenul de turbulen, polimerii utilizai trebuie s îndeplineasc o serie de caracteristici: structur de lanuri lungi cu ramificaii reduse din punct de vedere numeric; greutate molecular cu ordinul 106; s fie flexibili; s fie solubili în ap.[5.20]

Greutatea molecular foarte mare a polimerilor este o consecin a structurii moleculare, constituit dintr-un mare numr de uniti monomerice i nu este datorat masivitii relative a monomerilor individuali; spre exemplu greutatea molecular a polimerului Polyox WSR 301 este egal cu 10 5,05 6⋅ g/mol iar masa molecular a polimerului Separan AP 30 este egal cu 610 3 ⋅ .

O indicaie asupra eficienei acestor polimeri, poate fi remarcat prin nivelul concentraiilor, necesare pentru a obine reducerea coeficientului procentual de reducere a frecrii DR = 67% la un numr Reynolds egal cu 1,4 104 pentru curgerea printr-o conduct circular.

Conform cu observaiile lui Hoyt emise în anul 1972, pentru a verifica afirmaia, este necesar o concentraie de 400 ppm din aditivul Separan 10 fa de numai 10 ppm din polimerul Polyox WSR 301.[5.20]


25

În figura 5.22, se prezint eficiena acestor aditivi în funcie de concentraie, pentru 4105,4Re ⋅= conform cu determinrile cercettorilor McComb i Rabie, din anul 1982.

Rezultatele au fost obinute prin injectarea unor soluii concentrate de polimeri în apa din conduct, de ctre McComb i Rabie în anul 1982.[5.20]

Rezult c, pentru aceeai concentraie, eficiena aditivului Polyox WSR 301 este uor superioar lui Separan AP 30, în schimb, Separan AP 30 s-a dovedit mai eficient în procesul de degradare. Observaiile emise de Little în anul 1975, pun în eviden c degradarea este un proces ireversibil, excepia de la regul, fiind reprezentat de o anumit categorie de spunuri.[5.25],[5.20]

Un criteriu necesar pentru a stabili dac o soluie polimeric este mai mult sau mai puin concentrat, se poate realiza prin introducerea unei concentraii critice c, în modul urmtor: se caracterizeaz activitatea molecular din soluii prin raza medie de giraie GM; dac se imagineaz c fiecare molecul poate fi înlocuit printr-o sfer cu raza RG, se poate defini concentraia critic cs ca fiind aceea concentraie pentru care sferele ipotetice se ating astfel c acestea vor forma în mod imaginar un pachet compact.

5 10 15 20

30

40

50

60

70

10

20

Red

uce

rea

proc

entu

al

a re

zist

ene

i la

înai

ntar

e

Concentraia medie polimeric [ppm]

%

Figura 5.22- Rezistena la înaintare în funcie de concentraie pentru: Separan AP30; • Polyox WSR301.

Concentraia critic este cea care furnizeaz baza acestui criteriu pentru soluiile de

concentraie c. Admiând c c > cs moleculele tind s reacioneze direct între ele; se consider astfel c soluia este concentrat; dac c < cs moleculele tind s interacioneze indirect, utilizând solventul ca un intermediar.

Conform cu observaiile emise de Merrill, Smith, Shin i Mickley în anul 1966, se consider astfel, c soluia este slab concentrat sau diluat.[5.20]

Reducerea fenomenului de frecare turbulent se obine atunci când concentraia polimeric, în greutate, este mult mai mic în raport cu valoarea critic.

Rezumând proprietile cerute fibrelor, determinrile experimentale sugereaz c acestea trebuie s fie: foarte lungi, subiri, flexibile.

O modalitate de reducere a pierderilor liniare de sarcin este aceea de a combina într-o singur suspensie, aditivi sub form de fibre i polimeri. Lee, Vaseleski i Metzner determin în anul 1974, c o astfel de combinaie genereaz un efect mai mare decât suma efectelor lor independente. [5.20]


26

În particular, DR > 95% a fost obinut prin suspensii ce conineau atât fibre de azbest TBA, cât i Separan AP30; aceiai autori au observat c suspensiile formate din aceste amestecuri de aditivi sunt mai puin supuse degradrii. Rezultatele au fost confirmate i de Sharma, Seshadri i Malhotra în anul 1979, care au observat comportri similare atunci când o suspensie de fibre din azbest TBA a fost injectat în curgerea prin conduct a unei soluii polimerice cu ap.[5.20]

În anul 1985, McComb i Chan au utilizat anemometre cu laser pentru determinarea structurii turbulente la curgere, în cazul suspensiilor de fibre. [5.20]

5.2.2 Categorii de aditivi polietilenoxidici

Oxizii de polietilen cel mai des utilizai în literatura de specialitate pentru reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar la curgerea lichidelor prin conducte i accesorii utilizate pentru stingerea incendiilor sunt prezentai în tabelul 5.2[5.18],[5.25] Tabelul 5.2 - Aditivi de tip polietilenoxidic

Simbol Denumirea comercial

Masa molecular

Tipul catenei

P 35 WSR 35 2 106 liniar P 205 WSR 205 1 106 liniar P 301 WSR 301 6,1 106 liniar N 750 WSR 750 0,36 106 liniar N 3000 WSRN 3000 0,76 106 liniar N 10 WSRN 10 0,28 106 liniar

Categoriile de polimeri prezentai sunt solubili în ap, nu prezint riscuri privind aciunea corosiv (pH = 7), nu prezint risc toxic, degradarea termic realizându-se la temperatura de 250 oC. Rezultatele experimentale au artat c poliacrilamidele au eficien foarte mare în cazul utilizrii lor ca aditivi la curgerea lichidelor prin conducte.

Pentru alegerea poliacrilamidelor s-au avut în vedere urmtoarele criterii: - mas molecular mare (ordin de mrime 106); - poliacrilamidele hidrolizate prezint cele mai bune proprieti de reducere a

pierderilor de sarcin; - gradul de hidroliz este suficient de mare pentru ca ghemurile macromoleculare

s fie relativ extinse; - flexibilitatea mare a catenelor macromoleculare.

5.2.3 Categorii de aditivi poliacrilamidici În tabelul 5.3, se prezint o serie de poliacrilamide utilizate frecvent în literatura de

specialitate.[5.18],[5.15],[5.25] Categoriile de poliacrilamide prezentate sunt solubile în ap, nu prezint aciune

corosiv i nu sunt toxice; degradarea termic are loc la temperaturi mai mari de 250 ºC.


27

Tabelul 5.3 - Aditivi de tip poliacrilamidic

Simbol Denumirea comercial

Masa molecular

Tipul Catenei

PA 10 Separan NP 10 1 106 liniar PA 20 Separan NP 10 2 106 liniar

- - 1,5 106 liniar - - 2,4 106 liniar - - 5,8 106 liniar - - 6,7 106 liniar

Cel mai simplu tip de polimer este cel care are structur liniar i se poate reprezenta

schematic ca un lan liniar de forma:

''...' AAAAA −−−− , (5.11)

unde A este unitatea monomeric, 'A i ''A sunt uniti terminale care au în principal aceeai compoziie cu A dar sunt monovalente, numrul de uniti structurale din molecul poart numele de grad de polimerizare. Deoarece în curgerea turbulent a soluiilor diluate de polimeri, conceptul de baz îl constituie posibilitatea interaciunii dintre moleculele de polimeri i vârtejurile mici, este foarte important s se poat estima mrimea moleculelor de polimer în soluie. Observând structura molecular a multor categorii de polimeri, rezult în mod evident, c lanul polimeric are o structur flexibil, deci forma acesteia variaz în timp, iar în condiii de echilibru nu au o direcie preferenial în spaiu, astfel c din punct de vedere al formei se poate imagina ghemul molecular ca un obiect de form sferic. Dac R este distana medie dintre capetele lanului molecular, pentru a evalua ordinul de mrime al lui R se recurge la argumentul c orice lan molecular are o lungime caracteristic a unui numr mic de monomeri dup care, datorit gradelor interne de libertate, corelaiile de orientare se pierd. Un model universal de lan flexibil îl constituie lanul lui Khun la care orientarea segmentelor care alctuiesc lanul, este haotic; lungimea fiecrui segment Khun depinde de structura chimic a polimerului.[5.18] În particular, aceasta crete pentru lanurile polimerice mai puin flexibile. Pentru orice tip de compoziie chimic, dac lanul polimeric este reprezentat printr-un numr n de legturi atomice de lungime l, atunci se obine urmtoarea exprimare pentru mrimea lanului molecular:

MlnR ⋅⋅⋅= α2 , (5.12) unde M este masa molecular, l - lungimea polimerului, α - coeficient care depinde da natura gradului de interaciune dintre solvent i polimer; solventul pentru care α =1, este considerat ca fiind ideal pentru polimerul respectiv. [5.18] Deoarece într-un lan macromolecular exist un numr foarte mare de legturi covalente cu posibilitatea ca unghiul de rotaie s se modifice cu o valoare infinit mic, macromolecula poate adopta o infinitate de conformaii; în consecin, macromoleculele nu sunt rigide ci, în funcie de structura lor îi pot modifica conformaia formând ghemuri statistice (devin flexibile).


28

Polimerul utilizat pentru determinrile proprii este polietilenoxidul care are denumirea comercial Alkox - C i se prezint în stare solid, sub form de pulbere alb. Dintre celelalte caracteristici ale polietilenoxidului se enumer i: distana aproximativ dintre capetele lanului este de 38 m iar raportul lungime/diametru este egal cu 1,25 104.

Modelul structurii moleculare a polietilenoxidului este prezentat în figura 5.23[5.15],[5.13] Numrul de uniti structurale din molecul poart numele de grad de polimerizare. Polietilenoxidul este un exemplu de polimer cu structur liniar i se reprezint din punct de vedere chimic prin: C2H5O – C2H4O – C2H4O – ... – C2H5O, (5.13) sau HO – [CH2 CH2O]n – CH2 CH2OH, (5.14)

Figura 5.23 - Modelul structural al oxidului de polietilenoxid – – – atomul O; – – – radical metil.

5.2.4 Dependena vâscozitii de masa molecular Pentru un amestec de solvent /soluie de polimer, exist relaia:

5,0

sol

pol Mk1c

1⋅=

−

η

η⋅ , (5.15)

unde solη este vâscozitatea solventului, polη - vâscozitatea soluiei de polimer; toate constantele

incluzând mrimile caracteristice asociate segmentului Kuhn, fiind sintetizate în factorul k.


29

Valoarea lui variaz între 0,5 i 1 pentru moleculele de polimeri cu structur flexibil; factorul k variaz în funcie de polimer i de concentraia polimer /solvent; pentru polietilenoxid, k are valoarea 1,25 10–4 i = 0,78. 5.2.5 Compatibilitatea aditivilor cu mediul ambiant

Multe dintre aplicaiile enumerate, privind aditivarea apei, sunt condiionate de compatibilitatea aditivilor cu mediul ambiant.

Riscul determinat de generarea unor toxiciti reziduale sau a altor efecte asupra apei din mediul înconjurtor, au determinat efectuarea unor studii privind influena polimerilor asupra activitii/ciclurilor de via ale unor microorganisme precum i ale unor mamifere. Experienele efectuate pe câini i roztoare a cror alimentaie a inclus (2...5)% polietilenoxid, nu au evideniat nici un efect de-a lungul unei perioade de studiu egal cu 2 ani. Specii de peti crescui în ap având coninut de 250 ppm din acelai polimer, nu au pus în eviden nici o diferen fa de un grup similar, pstrat în ap fr coninut de aditiv; aceleai rezultate au fost obinute pentru bacterii i alge.[5.22],[5.23] Experienele de lung durat pe parcursul a 15 generaii de crevei, nu au demonstrat existena nici unui efect, iar polimerul marcat cu 14C, s-a dovedit a fi neabsorbit, astfel încât s-a demonstrat c polimerul nu intr în circuitul hranei marine.[5.24],[5.25] 5.2.6 Suspensii de amestecuri fibre - polimeri

Determinrile lui Lee i a colaboratorilor domniei sale, din anul 1974, pun în eviden faptul c efectul combinat, rezultat din utilizarea polimerilor i a suspensiilor de fibre în sensul reducerii pierderilor de sarcin, în cazul unor lichide cum este de exemplu apa, este mai mare decât suma celor dou efecte evaluate în mod independent.[5.20]

În acest mod, s-au obinut reduceri importante ale fenomenului de frecare (mai mari de 95%).[5.20]

Singurele determinri ale structurii turbulente pentru astfel de suspensii mixate sunt cele ale lui McComb i Chan date publicitii în anul 1981 respectiv în anul 1985, care au studiat un tip de suspensie apoas cu fibre TBA la o concentraie de 300 ppm, creia i s-a adugat polimerul Separan AP30, la o concentraie de 150 ppm.[5.20]

Aceast combinaie nu a fost considerat ca fiind cea mai reuit, deoarece reducerea maxim a coeficientului de rezisten hidraulic liniar a fost de 60%; rezultatele au pus în eviden faptul, c mixtura astfel obinut, prezint o rezisten mare la degradare. Datele obinute cu privire la distribuia fluctuaiilor turbulente indic mecanisme diferite referitoare la reducerea frecrii pentru cele dou categorii de aditivi, cu urmtoarele concluzii:[5.20] - în soluiile având coninut de polimeri, intensitatea fluctuaiei axiale crete, iar intensitatea fluctuaiei radiale scade; - în suspensiile de fibre, intensitatea fluctuaiei axiale scade, în timp ce intensitatea fluctuaiilor radiale i circumfereniale, crete. 5.2.7 Fibre macroscopice de azbest Termenul de azbest, definete o serie de substane minerale naturale, fibroase constituite din fascicule de fibre naturale fibroase dintre care cele mai frecvent utilizate sunt:


30

crisotilul (azbestul alb), crocidolitul (azbestul albastru), amozitul (azbestul brun), autofilitul, tremolitul, actinolitul. Aceste fibre, prezint particularitatea de a putea s se separe foarte uor pe lungime sub efectul: prelucrrii lor, ocurilor, vibraiilor etc., situaie care poate determina riscul apariiei unor tipuri specifice de cancer.[5.27] Principalele afeciuni degenerative sunt: azbestoza (fibroz pulmonar), cancerul bronhopulmonar, plcile pleurale, mezateliom (cancer primar al pleurei). Necesitatea prevenirii riscurilor privind expunerea la materialele având în coninut azbest, impune interdicia pentru utilizareai fibrelor de acest tip, din considerente de securitate a muncii, conform cu legislaia din Europa adoptat, în România [5.26],[5.27] Bibliografie capitolul 5 [5.1] Toms, B.A. - Some observations on the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds number, Proc. 1st Inter. Congr. on Rheology, volume 2, pg.135...141, North Holland, 1949. [5.2] White, A., Hemmings, J.,A.,G. - Drag reduction by additives, Review and bibliography. B.H.R.A. fluid engineering, S.U.A., 1976. [5.3] Lumley, J.,L. - Drag reduction in turbulent flow by polymer additives, J. Polymer Science, Macromol. Reviews, volume 7, pg.263...290, S.U.A., 1973. [5.4]∗∗∗ Lucrrile primei conferine internaionale asupra reducerii frecrii în lichide, B.H.R.A., Fluid engineering, Cambridge, United Kingdom, 1974. [5.5]∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗ Lucrrile celei de-a doua conferine internaionale asupra reducerii frecrii în lichide, B.H.R.A., Fluid engineering, p. 20...30, Cambridge , United Kingdom, 1977. [5.6] Leca, A., Hubert, I., Ionescu, D. - Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea lichidelor cu ajutorul aditivilor, Consideraii generale, Revista de Chimie, volum 32, nr.10, pag.982...987, Bucureti, 1981. [5.7] Volkart, P., Hänger, M. - Die Verwendug reibungsmindernder Zusätze in der Feuerlöschhechuik, Gas - Wasser - Abwasser, volume 54, nr. 11, pg. 501...506, R.F.G., 1974. [5.8] Leca, A., Leca, M. - Aditivarea lichidelor, soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti, 1982. [5.9] Leca, A., Hubert, I., Leca, M.- Pressure drop and heat transfer for water with polymer additives, revista Electrotehnic i Energetic, volumul 26, nr. 2, pag. 305...314, Bucureti, 1981. [5.10] Sellin, R.,H.,J. - Drag reduction in sewers: first results form a permanent installation, Journal of Hydraulic Research, volume 16, nr. 4, pg. 357...371, S.U.A., 1978. [5.11] Leca, A., Leca, M., Chiujdea, C., Bedros, N., P. - Cercetri privind aditivitatea apei în vederea reducerii pierderilor de sarcin, Buletinul Institutului Politehnic Bucureti seria Mecanic, volumul XLIII, nr. 4, pag. 195...198, Bucureti, 1981. [5.12] Arnbom, L., Hagstrand, U. - Toms’ effect in district heating tube systems, Report 1977, S.V.F.50, pg. 64, Suedia, 1977. [5.13] Popescu, G. - Hidraulica fluidelor aditivate, Referat nr. 3 pentru doctorat, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, 2006. [5.14] Chiujdea, C. - Contribuii privind utilizarea aditivilor polimerici asupra curgerii fluidelor cu aplicaii în hidroenergetic, Tez de doctorat, Facultatea de Energetic, Universitatea ”Politehnica” Bucureti, 1998. [5.15] Tomita, Y. - Pipe flows of dilue agnuos polymer solution , experimental study of pipe friction coefficient , part 1, Bulletin of the J.S.M.E., pg. 926... 933, volume 13, no. 61, S.U.A., 1970. [5.16] Chiujdea, C., Georgescu, A. - Efectul Toms, Studii i cercetri de mecanic aplicat, Editura Academiei Române, Bucureti, 1991. [5.17] Georgescu, A., Chiujdea, C. - On the mechanism of drag reduction in Maxwell fluids. Conference on applied and industrial mathematics , Oradea, 1997. [5.18] Exarhu, M., Chiujdea, C. - Hidrodinamica lichidelor neomogene i a soluiilor de polimeri, Editura Bren, Bucureti, 2000. [5.19] Renardy, M. - On the mechanism of drag reduction, non newtonian fluid mechanical, S.U.A., 1995.

[5.20] Mc Comb, W. D. - Turbulena fluidelor, Editura Tehnic, Bucureti, 1997.


31

[5.21] Tcacenco, V.,V., .a. - Reducerea pierderilor de sarcin la curgerea fluidelor cu ajutorul aditivilor polimerici; aplicaie la stingerea incendiilor, Sesiunea tiinific a Facultii de Pompieri - Academia de Poliie “Alexandru Ioan Cuza”, „Protecia la foc a construciilor i instalaiilor. Sigurana utilizatorilor i protecia mediului”, Bucureti, 30 aprilie, 1998.

[5.22] Leca, A., Bedros, N.P., .a. - Cercetri privind utilizarea aditivilor polimerici în instalaiile de stins incendii, contract 6 -18/1981, Universitatea „Politehnica” Bucureti, Facultatea de Energetic, beneficiar C.T.P., Bucureti, 1981.

[5.23] Leca, A., Bedros, N.P., .a. - Cercetri experimentale pentru selecionarea aditivilor polimerici indigeni, contract nr. 28/1979, Universitatea “Politehnica” Bucureti, Facultatea de Energetic, beneficiar I.C.P.A.O. - Media, Bucureti, 1979.

[5.24] Leca, A., Leca, M., Bedros, N., P. - Reducerea energiei de pompare la curgerea prin conducte a lichidelor aditivate, revista “Hidrotehnica”, volumul nr.28, pag. 165...168, Bucureti, 1984.

[5.25] Leca, A., Leca, M. - Aditivarea lichidelor, soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti, 1982.

[5.26]***Norme Generale de Protecia Muncii, aprobate prin Ordinul M.M.S.S. 508/2002 din 20 noiembrie i Ordinul M.S.F., nr 933 din 25 noiembrie 2002, editor Institutul Naional de Cercetare Dezvoltare pentru Protecia Muncii, Bucureti, 2002.

[5.27]***Proiect PHARE - Prevenirea riscurilor privind expunerea la azbest, indicativ RO 99/IB/OT/01, editor Inspecia Muncii, Bucureti, 2002.

Capitolul 6

Metode de reducere i control a pierderilor de sarcin la utilizarea apei prin conducte i accesorii pentru stingerea incendiilor

6.1 Elemente generale Principalele metode de reducere a pierderilor de sarcin la transportul apei prin conducte i accesorii utilizate pentru stingerea incendiilor sunt: - prin modificarea rugozitii absolute a conductelor, furtunurilor plate, semirigide utilizate pentru stingerea incendiilor etc., în sensul alegerii pentru exploatare, a unor valori cât mai avantajabile (reduse); aceast metod este limitat din punct de vedere tehnic în raport cu costurile;[6.18] - prin diminuarea pulsaiilor de vitez care au ca efect reducerea intensitii turbulente; aceast modalitate de reducere a pierderilor de sarcin se poate realiza prin: - utilizarea aditivilor polimerici cu natur sintetic (polietilenoxid, poliacrilamid etc.), sau a polimerilor colagenici/naturali(având în coninut, extract din bil de ovine/bovine etc.); - utilizarea aditivilor de tip suspensii de materiale i coloizi de asociaie, de particule fibroase, suspensii de amestecuri fibre - polimeri (prin injecia de polimeri în stratul de


32

lâng peretele interior al conductei sau dup, caz în axa longitudinal a acesteia);[6.1],[6.4],[6.7],[6.17],[6.19] - prin utilizarea unor metode specifice domeniului stingerii incendiilor materializat prin optimizri determinate de: [6.9],[6.10] - optimizarea pierderilor de sarcin la aspiraia apei din surse artificiale/naturale, utilizând în acest sens, autospeciale destinate stingerii incendiilor; - prin utilizarea la refularea apei din autospecialele pentru stins incendii, a furtunurilor tip, pentru pompieri, având diametrul constant i seciunea cea mai mare; ( în acest sens trebuie menionat c, conform standardelor în vigoare, pompierii beneficiaz de urmtoarele dimensiuni de furtunuri pentru stingerea incendiilor: mmd B 76= ; 52=Cd mm; mmdC 63= ; mmd D 25= ;

mmd D 34= ; mmd D 38= ; [6.20],[6.21],[6.22]

- prin optimizarea pierderilor de sarcin (liniare i locale) înc din faza de proiectare, cu respectarea cerinelor prestabilite, pentru faza de construcie/montaj i exploatare(coturi cu raz mare de curbur etc.), în cazul unor construcii civile/industriale etc.; - curgerea prin conducte circulare cu aport de debit uniform distribuit ; în acest mod, pierderile de sarcin sunt compensate într-o anumit msur, de aportul de debit suplimentar, introdus prin intermediul unor orificii predefinite; debitul influeneaz distribuia de viteze i eforturi.[6.23] - prin utilizarea combinat, a metodelor prezentate. 6.2 Modaliti de optimizare a pierderilor de sarcin

6.2.1 Modificarea rugozitii

Pentru cazurile în care curgerea se consider permanent 0/ =∂∂ tu

cu presiune i debit constant, prin introducerea unor soluii diluate de polimeri, se micoreaz coeficientul de rezisten hidraulic liniar λ deci i coeficientul de rugozitate absolut notat cu n; aceasta devine:

∆ n = n0 – n, (6.1) care genereaz reducerea pierderilor de sarcin. În ipotezele de mai sus, pierderea de sarcin utilizând relaia lui Chézy i a lui Manning pentru panta hidraulic I, este dat de relaia: [6.18]

I =2

22

342

22

2

2

n

nQ

RS

nQ

Rc

u ⋅=

⋅

⋅=

⋅, (6.2)

pentru care

n =SR2/3 i c = 611R

n⋅ . (6.3)

În condiiile unui debit constant, pierderea de sarcin este:[6.15]

hr = I l = 2342

22

nClRA

kQ⋅=⋅

⋅

⋅, (6.4)

în care R este raza hidraulic, C - constant i S - seciunea conductei. În aceste condiii, rezult:


33

hr = C n2 = h0

2

0

1

∆−

n

n, (6.5)

în care h0 reprezint pierderea de sarcin pentru cantitatea de ap, fr coninut de aditiv. Reducerea pierderilor de sarcin este dat de:

(hr) = nnCnC ∆⋅⋅⋅+∆⋅− 02 2 . (6.6)

Relaia (6.6) pune în eviden faptul c funcia )( rh∆∆ admite, un maxim al crui vârf

este definit de coordonatele: ( )2

00 ,nV nC ⋅ . (6.7)

Din punct de vedere tehnic, accesoriile de stingere a incendiilor (furtunuri pentru

pompieri, evi de refulare etc.), conducte cu structur din: metal, plastic etc., admit prin construcie o limit a valorilor rugozitii rezultat din procesul tehnologic de prelucrare, care poate fi minimizat pân la cel mult, valoarea dat de relaia (6.7). 6.2.2 Reducerea fluctuaiilor turbulente

Intensitatea fluctuaiilor turbulente axiale în cazul utilizrii soluiilor de polimeri crete fa de cazul în care apa nu este aditivat, în timp ce intensitatea fluctuaiilor radiale scade (în cazul utilizrii fibrelor, fenomenul se comport invers).[6.17]

6.2.2.1 Mecanisme de reducere a pierderilor de sarcin. Teorii Exist controverse în lumea tiinific privind parametrii care determin declanarea fenomenului de reducere a pierderilor de sarcin (scara lungimii sau scara timpului).[6.17],[6.19] Asemenea scri care caracterizeaz macromolecula sunt pentru lungime: raza de giraie medie a macromoleculei determinat prin modelul lanului compus liber sau raza de giraie RG iar pentru timp, timpul de relaxare al macromoleculei. În majoritatea cazurilor, soluiile degradate mecanic, genereaz reducerea fenomenului de frecare la curgere, într-o msur mult mai mic în conductele cu diametrul mai mare decât în conductele cu diametrul mai mic. Probabilitatea este foarte mare ca aceast stare fenomenologic, s se datoreze faptului c, în conductele cu diametrul mai mare, tensiunea tangenial la perete se afl sub valoarea necesar/critic pentru ca majoritatea macromoleculelor s se degradeze. Deoarece atât scara lungimii, cât i scara timpului se reduc în urma degradrii, experienele efectuate pentru degradare nu pot face distincie între cele dou scri. Exist motivri teoretice care pledeaz în favoarea raportului scrilor de timp ca factor determinant i nici una în favoarea scrii lungimii. [6.17], [6.19] Determinrile pentru microscale confirm modificarea scrii lungimii în curgerea turbulent, întregul spectru de energie fiind deplasat spre frecvene mai mici. Urmare aciunii forei centripete din vârtej, macromoleculele se extind, putând ajunge pân la conformaii aproape deschise luând forma i dimensiunea vârtejurilor mici; dimensiunile lor sunt determinate de profilul vitezei. Raportat la cele artate, unele teorii consider interaciunea aditivului cu vârtejurile mici; indicaii asupra celei mai mici dimensiuni posibile a vârtejurilor în curgerea turbulent se


34

pot obine spre exemplu, utilizând microscrile lungimii i timpului date de Kolmogorov.[6.18],[6.19] Acestea sunt date de urmtoarele relaii: - microscara de lungime:

l = ( )du3ν 1/4; (6.8)

- microscara de timp:

t = ( )du/ν 1/2 , (6.9)

în care du este viteza de disipare a energiei pe unitatea de mas; ν - vâscozitatea cinematic.

Vârtejurile mici, din captul de energie înalt a spectrului, apar în curgerea turbulent în apropierea peretelui, în afara substratului vâscos, în stratul tampon, pentru care se poate presupune c efortul tangenial τ este aproximativ egal cu efortul tangenial la perete τ p; dac

u este viteza axial medie, ρ - densitatea, d - diametrul conductei, rezult pentru microscara lungimii expresia:

l =41

3

3

2

⋅⋅

⋅

λ

ν

u

d, (6.10)

care se mai poate scrie:

l/d = 0,84 Re–3/4 -1/4. (6.11)

Scara de timp corespunztoare vârtejurilor mici este dat de relaia:

t = ( λν ⋅⋅⋅ 32 ud )1/2, (6.12)

care se poate scrie i sub forma:

72,0=⋅ dut Re–1/2 –1/2. (6.13)

Vârtejurile mari pierd treptat energie la baza substratului vâscos i primesc energie de la micarea medie, prin destinderea acestora în cadrul micrii; vârtejurile mari nu sunt formaiuni permanente; acestea sunt generate în mod aleatoriu, cresc în intensitate i dimensiune, datorit extragerii de energie, din micarea în sine, ajung la un maximum de dezvoltare, dup care, dispar treptat pentru a fi generate într-o alt zon. Lungimea particulelor materialelor fibroase care genereaz reduceri ale pierderilor de sarcin, este cu mult mai mare decât scara de lungime a vârtejurilor disipatoare de energie, deci aceste particule vor afecta vârtejurile mai mari care sunt mai îndeprtate de peretele conductei.[6.19] Dac interaciunea direct între macromolecule i vârtejuri nu este posibil, s-a sugerat c reducerea coeficientului de rezisten hidraulic liniar la curgere, se datoreaz transferului de energie de la vârtejuri ctre moleculele polimerului.[6.19] Determinarea corect a timpului de relaxare necesar pentru ca macromolecula s-i recapete forma i dimensiunile iniiale, se poate realiza utilizând teoriile lui Rouse i Zimm.[6.19]


35

În regiunea de reducere a pierderilor de sarcin, timpul de relaxare al macromoleculelor polimerului este egal sau mai mare decât scrile de timp ale celor mai mici vârtejuri. În condiiile în care, timpul de relaxare al macromoleculelor este mai mare decât scara de timp a vârtejurilor, este posibil ca macromoleculele s se deformeze i deci s absoarb sau s disipe energie de la vârtejurile mici. Alte teorii consider c energia, se transfer în cascad de la vârtejurile mari spre vârtejurile mici, fiind transmis parial moleculelor de polimer spre captul de frecven înalt al spectrului, stare care poate s conduc la diminuarea parametrilor caracteristici micrii în curgerea turbulent.[6.19] Exist teorii, care explic mecanismul de reducere a pierderilor de sarcin, prin faptul c moleculele de polimer pot s înmagazineze energia de deformaie i apoi o pot ceda într-o alt zon, modificând în acest mod, echilibrul energetic al micrii.[6.19] Studiile de vizualizare a curgerii, au pus în eviden faptul c, în cazul soluiilor de polimeri, structura stratului de lâng perete este diferit i c procesul de generare a turbulenei este modificat în sensul scderii intensitii acesteia.[6.17],[6.19] În curgerea turbulent, dat fiind varietatea mare de vârtejuri cu diferite energii, se poate vorbi, practic, de o distribuie continu a acestora sau de un spectru de energii cruia îi corespunde un spectru al frecvenelor.[6.19] Determinrile experimentale pentru turbulen, pun în eviden faptul c, reducerea pierderilor de sarcin nu este asociat cu reducerea global a intensitii turbulenei.[6.17],[6.19] Majoritatea rezultatelor determinate experimental, evideniaz faptul c, diminuarea vârtejurilor foarte mici din captul frecvenelor mari ale spectrului de energie, genereaz deplasarea acestuia spre domenii cu frecvene mai mici, ceea ce arat c aditivii sunt mai eficieni în cazul suprimrii vârtejurilor mici.[6.17],[6.19] 6.2.3 Model de evaluare a rugozitii traseului de curgere Determinrile experimentale efectuate de Olsen i Eckart au pus în eviden faptul c, la o cretere a componentei radiale a vitezei (datorit aportului de debit suplimentar) se genereaz reducerea fenomenului de frecare i în consecin reducerea pierderilor de sarcin.[6.17] În acelai context, s-a pus în eviden faptul c, coeficientul de rezisten hidraulic liniar, depinde într-o msur mai mic de curgerea principal. Rugozitatea este modelat prin intermediul unor caviti distribuite la distane diferite unele de altele. Modelul evalueaz pierderile de sarcin prin intermediul vârtejurilor amortizate care sunt generate în caviti, datorate frecrii din vecintatea pereilor solizi. Pierderea de sarcin este egal cu energia cedat de ctre unitatea de fluid, în dreptul unei seciuni de referin, respectiv:[6.16]

guSd

lEh cr

⋅⋅⋅⋅⋅∆=∆

ρ

1*

*

, (6.14)

în care *l este distana de analiz în sensul curgerii, *d - distana dintre dou caviti succesive,

** dl - numrul de caviti pe unitatea de lungime, S - aria seciunii transversale, cE∆ - energia

transmis în unitatea de timp, suplimentar unei caviti. Prin analogie, cu relaia lui Darcy, se obine: [6.12],[6.13],[6.16]


36

ρπ

λ⋅⋅⋅

∆⋅=

3*3

8

du

Ec . (6.15)

6.2.4 Evaluarea i controlul pierderilor locale de sarcin la creterea brusc a unei seciuni circulare

Se consider trecerea de la o conduct/furtun pentru pompieri cu diametrul 1d la o

conduct /furtun pentru pompieri cu diametrul d2 (d1 < d2). Pentru calcule, se consider prin ipotez c micarea fluidului este permanent ./ constdtud =

, sistemul amonte/aval se afl la

aceeai cot de nivel (z1 = z2) în raport cu un sistem de referin dat; fluidul utilizat (ap), este supus micrii turbulente (Re >>2320); de asemenea pentru simplificare, se consider neglijabil influena dat de modulul lui Young .[6.9],[6.10] La creterea brusc a seciunii, coeficientul pierderilor de sarcin locale este:

( )221 /1 SS−=ξ [ ]22

21 )/(1 dd−= . (6.16) Cderea de presiune la lrgirea brusc între punctele (1) i (2), admite o valoare

(cretere) maxim, situaie care se traduce printr-o cretere de presiune, de unde rezult :

21 67,0 dd ⋅≅ , (6.17) ceea ce pune în eviden faptul c, prin trecerea de la conducta (furtunul) cu diametrul interior d1 la diametrul d2 )( 21 dd < , pierderea de sarcin între punctele (1) i (2) este minim. Metoda se aplic cu aproximaie foarte bun i în cazul furtunurilor pentru pompieri:[6.5],[6.6] Optimizarea pus în discuie, se regsete în cazul tipurilor de furtunuri, enunate de ctre standardele în vigoare( 684,076/52/ == mmmmdd BC , 653,052/34/ == mmmmdd CD ),

rapoarte, care sunt cele mai apropiate ca valori de relaia (6.17) i ca atare sunt cele care ar trebui utilizate cel mai des.[6.20],[6.21],[6.22]

6.2.5 Evaluarea i controlul pierderilor de sarcin la aspiraia autospecialelor din surse artificiale /naturale de ap Una dintre situaiile extrem de des întâlnite în practic, o reprezint aspiraia din surse naturale sau artificiale de ap; înlimea de aspiraie notat cu ha, se exprim în metri i admite expresia:[6.2],[6.3],[6.8]

+

⋅⋅++−≅ r

aaa h

g

uzph

221,1

90033,10

γ, (6.18)

în care pa este presiunea la intrarea în pomp, - greutatea specific a apei, z - altitudinea, au -

viteza medie la intrarea în pomp, rh - valoarea total a pierderilor de sarcin (liniare i locale). Din punct de vedere tehnic, ha este limitat i admite valoarea maxim 7,50m.[6.11],[6.14]


37

Optimizarea pierderilor de sarcin totale hr, utilizând metode pentru diminuarea i controlul acestora la aspiraia din surse naturale/artificiale de ap, se poate realiza prin intermediul uneia sau a combinaiilor de situaii, date de: - reducerea i controlul pierderilor de sarcin liniare prin utilizarea unor trasee de tuburi pentru aspiraia apei cu lungimi totale cât mai reduse;

- reducerea i controlul pierderilor de sarcin locale prin utilizarea unui numr cât mai redus de coturi, racorduri etc., pentru tuburile de aspiraie;

- controlul temperaturii apei aspirate; - controlul turaiei i debitului de ap aspirat. Optimizarea pierderilor de sarcin, în acest caz, presupune realizarea unui program

de calcul în anumite ipoteze/condiii prestabilite. Apa se poate refula simultan cu efectuarea operaiei de aspiraie

astfel:[6.2],[6.3],[6.7],[6.8],[6.9] - la distan, prin intermediul furtunurilor i/sau prin intermediul altor

autospeciale; - prin transportul acesteia la focarele incendiilor aflate la distan în raport cu

sursa de ap de la care se efectueaz alimentarea. 6.2.6 Evaluarea pierderilor de sarcin la furtunurile pentru stingerea incendiilor 6.2.6.1 Evaluarea pierderilor de sarcin liniare Pentru comparaie, se evalueaz pierderile de sarcin liniare pentru furtunuri de pompieri în ipotezele: lungimile traseelor furtunurilor de pompieri sunt egale ( lll == 21 ) ;

coeficienii de rezisten hidraulic liniar au valori egale ( λλλ == 21 ) ; debitele de ap

vehiculate prin cele dou furtunuri pentru pompieri sunt egale ( QQQ == 21 ); se neglijeaz influenele date de modulul lui Young . Conform Darcy - Weissbach, pierderile de sarcin liniare, se definesc ca fiind:

g

u

d

lhr

⋅⋅⋅=∆2

2

λ (6.19)

i cum debitul vehiculat admite expresia

ud

uSQ ⋅⋅

=⋅=4

2π, (6.20)

rezult c ./. 5dconsthr =∆ (6.21) Relaia (6.21) pune în eviden faptul c, pentru ipotezele de mai sus, este mai economic s se utilizeze furtunuri cu diametre mai mari în comparaie cu furtunuri având diametre mai mici.


38

În cazul problemei, ordinea de utilizare a furtunurilor este: Bd , Cd , Dd , în care

Bd < Cd < Dd ; utilizând relaia (6.21) rezult: rBh∆ < rCh∆ < rDh∆ ; evaluarea este valabil i în

cazul conductelor indiferent de materialul din care sunt construite acestea. 6.2.6.2 Evaluarea pierderilor de sarcin locale Pentru comparaie, se evalueaz pierderile de sarcin liniare pentru furtunuri de pompieri în ipotezele: lungimile traseelor furtunurilor de pompieri sunt egale ( lll == 21 ) ;

coeficienii de rezisten hidraulic local au valori egale( == ζζζ 21 ) ; debitele de

ap vehiculate prin cele dou furtunuri de pompieri sunt egale( QQQ == 21 ); se neglijeaz influenele date de modulul lui Young . Conform Weissbach;

g

uhr

⋅⋅=∆2

2

ζ , (6.22)

i utilizând relaia (6.20), rezult: ./. 4dconsthr =∆ (6.23)

Relaia (6.23) pune în eviden faptul c, pentru ipotezele de mai sus, este mai economic s se utilizeze furtunuri cu diametre mai mari în comparaie cu furtunuri având diametre mai mici. În cazul problemei, ordinea de utilizare a furtunurilor în mod succesiv, este: Bd , Cd ,

Dd , în care Bd < Cd < Dd ; utilizând relaia (6.21) rezult: rBh∆ < rCh∆ < rDh∆ ; evaluarea este

valabil i în cazul conductelor indiferent de materialul din care sunt construite acestea. 6.2.7. Optimizarea pierderilor de sarcin la evi de refulare 6.2.7.1 Modelul unei evi de refulare Se consider un ajutaj divergent-convergent (eav de refulare) cu diametrele 1d la

intrare i 2d la ieire, 21 dd > , prin care vitezele medii de curgere ale unui fluid (ap), sunt

21 uu < , care admite prin construcie, coeficientul de rezisten hidraulic λ . Acest accesoriu, prezint caracteristica c, prin utilizarea sa, genereaz atât pierderi de sarcin liniare cât i pierderi de sarcin locale. Prin calcul, s-au determinat pierderile de sarcin liniare ca având expresia:

g

unhlin

⋅⋅−⋅

⋅

=∆2

)1(

2sin8

212

. αλ (6.24)

iar pierderile de sarcin locale, conform Borda - Carnot:


39

g

unk

g

uuhloc

⋅⋅−⋅=

⋅

−=∆

2)1(

2

)(21

221

. , (6.25)

în care k este un coeficient adimensional dat de Idelcik: [6.25]

4

222,3

ααtgtgk ⋅⋅= , (6.26)

în care ( )221 ddn = este definit ca, fiind gradul de deschidere, α - msura unghiului ajutajului.

Dup Flinger, k admite expresia: [6.25] λsin=k , (6.27) pentru 936 παπ << . Utilizând relaiile (6.22), (6.23) i (6.25), pierderea total de sarcin, în eava de refulare, admite expresia:

g

unnht

⋅⋅

++⋅

⋅⋅−=∆

2sin)1(

2sin8)1(

21

αα

λ. (6.28)

Bibliografie capitolul 6 [6.1]Popescu, G. - Aditivarea lichidelor la instalaiile de stingere a incendiilor, revista „Pompierii Români”, nr. 8/1996, Editor, Inspectoratul General al Corpului Pompierilor Militari, Bucureti, 1996. [6.2]Popescu, G., erban, M. - Aspecte tehnice privind funcionarea pompei centrifuge p.s.i. 50/8 din dotarea autospecialelor de stins incendii, Sesiunea tiinific Naional a Facultii de Pompieri - Academia de Poliie „Alexandru Ioan Cuza” „SIGPROT - 2001”, Buletinul Pompierilor nr. 1(5)/2001, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 2001. [6.3]Popescu, G., erban, M. - Probleme tehnice privind funcionarea autospecialelor pentru stins incendii la aspiraia din surse naturale sau artificiale de ap, Sesiunea tiinific Internaional a Facultii de Pompieri -Academia de Poliie „Alexandru Ioan Cuza”, „SIGPROT - 2002”, Editura Matrix Rom, Bucureti, 2002. [6.4]Burlacu, I. L. - Modaliti de mrire a eficienei apei la stingerea incendiilor, Conferina naional cu participare internaional - Instalaii pentru construcii i Confort ambiental, ediia a 12-a, (10...11) aprilie 2003, Timioara, România. [6.5]Popescu, G. - Determinarea pierderilor liniare de sarcin la furtunurile pentru pompieri, revista „ Alo,981 !”, nr. 19/1993, editor Brigada de Pompieri „Dealul Spirii” a Capitalei, Bucureti, 1993. [6.6]Popescu, G. - Variaia parametrilor seciune, presiune, vitez la trecerea apei prin furtunuri pentru stingerea incendiilor, revista „Alo,981 !”, nr. 21/1993, editor Brigada de Pompieri „Dealul Spirii” a Capitalei, Bucureti, 1993. [6.7]Burlacu, I. L., Cavaropol, D.V., Popescu, G. - Jeturi compacte utilizate la combaterea incendiilor, Conferina Naional Tehnico - tiinific, „Instalaii pentru construcii i economia de energie”, (4...5) iulie 2002, ediia a XII- a, Universitatea Tehnic „Gheorghe Asachi”, Editura Cermi, Iai, 2002. [6.8]Popescu, G., erban, M. - Riscuri la funcionarea autospecialelor pentru stins incendii la aspiraia din surse naturale sau artificiale de ap, a XXXVII-a Conferin Naional de Instalaii „Instalaii pentru începutul mileniului trei”, Sinaia, (1...4) octombrie 2002, Editura Matrix Rom, Bucureti, 2002. [6.9]Popescu, G., erban, M. - Elemente teoretice privind pierderile de sarcin în conducte, Buletinul Pompierilor nr. 1(5)/2001, Sesiunea tiinific Naional a Facultii de Pompieri - Academia de Poliie “Alexandru Ioan Cuza”, „SIGPROT - 2001”, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 2001. [6.10]Popescu, G., erban, M. - Metode de reducere a pierderilor de sarcin la trecerea apei prin conducte, Buletinul Pompierilor nr. 1(5)/2001, Sesiunea tiinific Naional a Facultii de Pompieri - Academia de Poliie „Alexandru Ioan Cuza”, „SIGPROT - 2001”, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 2001. [6.11]Davidel, V. - Servomanipulatoare de stingere a incendiilor. Teorie i aplicaii, Editura Curtea Veche, Bucureti, 2001. [6.12]Seteanu, I., Rdulescu, V., Vasiliu, N., Vasiliu, D. - Mecanica fluidelor i sisteme hidraulice, Fundamente i aplicaii, volumul 1, Editura Tehnic, Bucureti, 1998.


40

[6.13] Rdulescu, V. - Contribuii la studiul curgerii în rotoarele de turbomaini. Tez de doctorat, Universitatea „Politehnica” Bucureti, Facultatea de Energetic, Bucureti, 1996. [6.14]***O.C.C.P.M. nr.1137/1998 - Norme tehnice privind exploatarea, întreinerea, repararea, scoaterea din funciune, declasarea i casarea autospecialelor, aparaturii, mijloacelor i echipamentelor de prevenire i stingere a incendiilor, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1998. [6.15] Olsen, R.M., Eckert, E.R.G. - Experimental Studies of turbulent Flow in circular Tube with Uniform Fluid injection, A.S.M.E., pg. 7...17, R.F.G., 1982. [6.16] Rdulescu, V., Rdulescu, N.- Curgerea prin conducte circulare cu aport de debit uniform distribuit, A doua conferin a hidroenergeticienilor din România, (24...25) mai, Bucureti, 2002. [6.17] Mc. Comb, W. D. - Turbulena fluidelor, Editura Tehnic, Bucureti, 1997. [6.18] Exariu, M., Chiujdea, C. - Hidraulica lichidelor neomogene i a soluiilor de polimeri, Editura Bren, Bucureti, 2000. [6.19] Leca, A., Leca, M.- Aditivarea lichidelor, soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti,1982. [6.20] *** SR 5770/1998 - Utilaj de stins incendii. Racorduri, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998. [6.21] *** SR 2164/ 1993 - Furtunuri de refulare cauciucate pentru utilaje de stins incendii, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1993. [6.22]*** STAS 8362/1985 - Furtunuri de cauciuc. Încercri la presiune, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1985. [6.23] Rdulescu, V., Rdulescu, N. - Curgerea prin conducte circulare cu aport de debit uniform distribuit, a doua Conferin a Hidroenergeticienilor din România - Dorin Pavel., (24...25) mai, Bucureti, 2002. [6.24] Exarhu, M. - Turbopompe pentru ap i funcionarea în instalaiile hidraulice, Editura Printech, Bucureti, 2005. [6.25] Seteanu, I., Popa, R., Grigoriu, M. - Mecanica fluidelor i maini hidropneumatice, Culegere de probleme, volumul 1, Institutul Politehnic Bucureti, Facultatea de Energetic, 1984

Capitolul 7 Elemente de fenomen referitoare la utilizarea jeturilor de ap. Curgerea liber cu frecare a jeturilor i intervenia pentru stingerea incendiilor 7.1 Elemente de fenomen cu privire la zonarea jeturilor de ap Jeturile constituite din lichide (ap, spume etc.), utilizate pentru intervenia la stingerea incendiilor, sunt micri tridimensionale neânecate, de lichid în gaz. Experimental s-a constatat c jeturile de lichid sunt turbulente dac la ieirea din ajutajul evii de refulare, numrul Reynolds admite valori Re >1200.[7.1],[7.2] Jeturile de lichid (ap, ap având coninut de polimeri etc.) în aer, utilizate la stingerea incendiilor, prezint trei zone caracteristice. [7.2],[7.3],[7.4],[7.5] Jeturile de ap refulate în aer, utilizate pentru stingerea incendiilor, prezint trei zone caracteristice [7.6],[7.8],[7.11] 7.1.1 Zona compact a jetului


41

În aceast zon, se genereaz un nucleu „ sâmbure central ” de lichid, pentru care distribuia de viteze, se apreciaz ca fiind aproximativ egal cu cea din seciunea iniial de refulare. Într-o seciune transversal pe axa jetului, se regsete aproximativ, 90% din debitul total al jetului.[7.2],[7.6] Referitor la aceast zon, comparativ cu micarea turbulent, în micarea laminar, zona compact are lungime mai mare; compactitatea jetului în acest caz, se menine pân în momentul spargerii lui, datorit instabilitii acestuia. Din „ sâmburele central ” al jetului, se genereaz i se propag straturi de frecare, care devin treptat, mai instabile; acestea difuzeaz în exterior, în sens perpendicular pe direcia principal de curgere cât i în direcia axei jetului, micorând nucleul pân la dispariia total a sa. Urmare determinrilor experimentale, s-a constatat c, efectul vârtejurilor din straturile de frecare desprinse, micoreaz cu atât mai repede “sâmburele central ”, cu cât criteriul Reynolds este mai mare. Experimental, prin utilizarea aditivilor polimerici la apa pentru stingerea incendiilor, au fost msurate lungimi la sol i presiuni cu 100% mai mari ale jeturilor compacte refulate.[7.7] În acelai context, singurul “dezavantaj” al utilizrii aditivilor polimerici, este faptul c reacia la eava de refulare crete cu (75…100)%, situaie care ar impune conlucrarea a doi servani simultan.[7.7] Principalele caracteristici ale jeturilor compacte turbulente utilizate la stingerea incendiilor sunt: - vitez foarte mare la ieirea din ajutaje (cu cât ajutajul evii de refulare are diametrul mai mic, la aceeai presiune i debit, cu atât viteza este mai mare) ; - concentrarea unei cantiti mari de substan pentru stingere, raportat la suprafaa foarte mic de refulare în aer, la presiune atmosferic; în acest mod, se genereaz fore de impact mari între jet i focarul de incendiu, simultan cu fore de reacie în eava de refulare. Reacia în eava de refulare, admite din punct de vedere teoretic, expresia:[7.8],[7.10] 257,1 dpF ⋅⋅≅ . (7.1) În practic, debitul la ieirea din ajutaj este mai mare, în comparaie cu cel teoretic, datorit coeficientului de debit [ ]98,0,97,0∈µ , determinat experimental. [7.9] În aceste condiii, relaia (7.1), devine : 22 )53,1...52,1(57,1 dpdpF ⋅⋅≅⋅⋅⋅≅ µ . (7.2) În practic, valorile forelor de reacie, determinate experimental, sunt prezentate în figura 7.1.[7.10] La aciunea pentru stingerea incendiilor, din punct de vedere al conceptului de securitate a muncii, la presiuni peste 0,5MPa, eava de refulare, trebuie s fie acionat de 2 servani. [7.8],[7.15] În figura 7.2, se prezint valorile forelor de reacie la evile de refulare, în funcie de presiunea de refulare i debit, determinate experimental. [7.10]


42

0 20 40 60 80 100 120

0

20

40

60

80

100

p [m col. H O]2

F [daN]R

D = 25 mm

D = 18 mm

D = 16 mm

D = 12,5 mm

Figura 7.1 - Fora de reacie în funcie de diametrul ajutajului i de presiunea la ieirea din eava de refulare. 7.1.2 Zona de destrmare a jetului

În aceast zon, jetul îi pierde caracteristicile privind constituia compact, consecina fiind, deformarea sa, datorit: fenomenului de turbulen la interior; fenomenului de frecare cu aerul, la exteriorul jetului. Din punct de vedere al conceptului de turbulen, aceast zon din jet, difuzeaz numai spre exteriorul su, stare care genereaz lrgirea continu a jetului, în timp. Începând cu zona de destrmare a jetului i finalizând cu zona stropilor, se poate pune în discuie, controlul riscurilor determinate de electrocutarea, servanilor pompieri, la aciunea de stingere a incendiilor în zona unor conductori electrici sau, pentru stingerea unor conductori electrici, atunci când situaia o impune.

10 20 30 40 50

d [mm]

20

50

80

100

150

200

250

300

0

F [daN]R

p= m col. H O100 2

p = 0 m col. H O9 2

p = m col. H O80 2

p = m col. H O70 2

p = m col. H O60 2

p = m col. H O50 2

p = m col. H O40 2

p = m col. H O30 2


43

Figura 7.2 - Fora de reacie în funcie de presiunea la ieirea din eava de refulare i diametrul acesteia.

Este necesar ca, la intervenia pentru stingerea incendiilor, s nu se utilizeze zona stropilor din jet, deoarece exist în acest caz, probabilitate mare s se introduc în focarul incendiului, aer, fr s se realizeze astfel eficien la stingerea incendiilor. 7.1.3 Zona stropilor din jet În aceast zon, jetul de lichid, se destram/disperseaz complet în picturi/stropi, de lichid, care admit un diametru cuprins în intervalul ( 510− … 3105 −⋅ )m; dac pulverizarea se realizeaz la presiuni mari, ordinul de mrime al picturilor poate s ajung la valori de ordinul de la zeci pân la sute de microni. [7.13] În aceast zon, au loc fenomene ca genereaz schimbul intens de: cldur, mas i impuls între fazele lichid - gaz ale jetului i mediul exterior. Cu cât diametrul picturilor, se reduce, capacitatea de rcire a focarului crete, i într-o anumit msur, zonele vecine, în defavoarea scderii diametrului i vitezei picturilor de ap. Diametrul optim al picturilor de ap cu care se asigur stingerea eficient a incendiilor pentru care, se utilizeaz apa, este de ( 410− … 310− )m [7.13]; picturile care admit diametre cu ordinul de mrime dat de 410−≤d m, prezint proprietatea c pot s se evapore determinând astfel un control al stingerii, deficitar. 7.1.4 Elemente teoretice i de fenomen cu privire la distana de intervenie utilizând refularea apei prin evi universale pentru stingerea incendiilor Din punct de vedere teoretic, la problemele clasice din fizic, btaia jetului msurat în plan orizontal, admite valoarea dat de expresia:

0

20 2sin α⋅=

g

ul , (7.3)

în care: 0u - este viteza jetului la ieirea din ajutajul evii de refulare în [m/s], g este acceleraia

gravitaional în [ 2sm ], 0α este unghiul sub care jetul este refulat din eava de refulare, fa

de sol. Deoarece, unghiul optim este 4. πα =opt , rezult valoarea maxim:

g

ull

20

.max 22 ⋅=⋅= . (7.4)

Concluziile care rezult din distribuia grafic a jeturilor de ap refulate cu evi tip, sunt: - indiferent de unghiul 0α , zona compact a jetului refulat, admite proprietatea

c pstreaz aceeai înfurtoare, atunci când se pstreaz condiiile determinate de: mediul atmosferic, utilizare necorespunztoare a evii de refulare etc.;


44

- distana maxim msurat pe orizontal (btaia maxim), depinde de 0α i este

dependent de înlimea pe care poate s o ating un jet de lichid în aer: [7.1],[7.4],[7.5] hl ⋅= β.max , (7.5)

în care β se determin experimental; de exemplu, pentru seciuni circulare i înlimi ale

jeturilor, vh [ ]30;7∈ m, rezult valori β [ ]84,0;73,0∈ .

Datele experimentale existente, pun în eviden faptul c, în funcie de unghiul de înclinare al evii de refulare 0α fa de orizontal, toate jeturile refuate în atmosfer (neînecate),

prezint proprietatea c, au locul geometric o înfurtoare, cu raza relativ, mai mare ca a înfurtoarei generat de zona compact corespunztoare acelorai jeturi.[7.1],[7.2],[7.5],[7.11] În condiii, teoretice, înlimea pe vertical, a unui jet ideal, admite expresia:

g

uh

⋅=

2

20 . (7.6)

În realitate, datorit interaciunii cu aerul, jetul atinge înlimi mult mai reduse comparativ cu relaia (7.6), înlimea real fiind dat de:

h

hhv

⋅+=

ϕ1, (7.7)

în careϕ se determin cu relaia:

3001,0

25,0

dd ⋅+=ϕ . (7.8)

Alte surse bibliografice, indic relaii pentru h date de:[7.13]

⋅−⋅=

d

ph 0531,0128,3 , (7.9)

mrimile fizice, fiind cele utilizate anterior, în text. Utilizând analiza dimensional, Baron, a stabilit c lungimea zonei compacte, a unui jet este proporional cu viteza la ieirea din ajutajul evii de refulare, situaie determinat de relaia: [7.2],[7.5] 62,0Re7,1 −⋅⋅= Wedlc . (7.10) în care We, este criteriul Weber (raportul dintre forele de inerie ale mediului i fora de tensiune superficial a lichidului). Cu cât acest criteriu crete, cu atât se accentueaz deformaia picturii i la o anumit valoare, considerat critic, aceasta se sparge; începând cu acest moment de timp, se genereaz fenomenul de pulverizare, fenomen care, depinde de tipul curgerii, din jurul picturii i de particularitatea deformaiei. [7.13],[7.52]


45

Se constat c, lungimea zonei compacte, rmâne aproximativ constant, iar btaia jetului crete o dat cu înclinarea sa, atingând valori extreme (maxime) pentru [ ]4;60 ππα ∈ . 7.2 Reglementri tehnice cu privire la utilizarea apei în cazul interveniei pentru stingerea incendiilor 7.2.1 Pierderile de sarcin în furtunuri În literatura de specialitate i în actele normative în vigoare, pierderile de sarcin determinate de trecerea apei printr-un furtun pentru stingerea incendiilor, se definesc ca fiind:[7.53]

2ir qlah ⋅⋅= , (7.11)

în care a, este un coeficient definit astfel: a = 0,0154, dac dimetrul nominal egal cu 50mm i a = 0,0015 pentru furtunuri cu diametrul nominal egal cu 75mm; celelalte mrimi se exprim prin: l[m], iq [l/s].

7.2.2 Determinri experimentale i cerine de proiectare pentru hidranii interiori de incendiu

Presiunea disponibil la ajutajul evii de refulare ip , debitul specific iq i diametrul

d al ajutajului evii de refulare cu care se echipeaz un hidrant de incendiu în funcie de lungimea jetului compact cl se prezint în tabelul 7.1.[7.15], [7.53]

Presiunea disponibil la ajutajul evii de refulare ip , debitul specific iq i diametrul d

al ajutajului final al evii de refulare cu care se echipeaz hidrantul de incendiu, în funcie de lungimea jetului compact cl (tabelul 7.2)[7.15],[7.53]

Lungimea minim a jetului compact cl [m], debitul specific minim al unui jet iq [l/s],

numrul jeturilor simultane i debitul de calcul al instalaiei cu hidrani interiori cq [l/s], în

funcie de destinaia i caracteristicile unei cldiri protejate, sunt prevzute de legislaia român în vigoare.[7.15],[7.53] În tabelul 7.3 se dau dimensiunile evilor de refulare care se utilizeaz în România

[7.16],[7.18] În tabelul 7.4 se dau dimensiunile evilor de refulare tip C care se utilizeaz în România. [7.17],[7.18] Tabelul 7.1- Date experimentale pentru hidranii interiori

Diametrul ajutajului d [mm] 14 16 18 20

Lungimea jetului

compact lc [m]

pi [mH20]

qi [l/s]

pi [mH20]

qi [l/s]

pi [mH20]

qi [l/s]

pi [mH20]

qi [l/s]

6 - - - - 7,69 3,04 7,63 3,75 6,4 - - 8,40 2,50 8,27 3,15 8,16 3,90 7 - - 9,34 2,64 9,14 3,31 9,03 4,10 8 - - 10,82 2,84 10,60 3,58 10,45 4,40 9 - - 12,40 3,05 12,15 3,80 11,92 4,70


46

10 14,55 2,52 14,05 3,24 13,70 4,05 13,40 5,00 11 16,45 2,68 15,85 3,43 15,38 4,29 15,03 5,30 12 18,50 2,84 17,65 3,63 17,10 4,53 16,65 5,60 13 20,60 3,01 19,60 3,82 18,92 4,75 18,40 5,85 14 22,95 3,16 21,70 4,03 20,85 5,00 20,20 6,15 15 25,45 3,34 24,00 4,23 22,90 5,25 22,20 6,45

Tabelul 7.2 - Variaia ip , iq i d, în funcie de lungimea jetului compact cl

Diametrul orificiului final d [mm] 14 16 18 20

Lungimea jetului

compact

cl [m] pi

[kPa] qi

[l/s] pi

[kPa] qi

[l/s] pi

[kPa] qi

[l/s] pi

[kPa] qi

[l/s] 6 - - - - 75,4 3,04 74,8 3,75

6,4 - - 82,5 2,50 81,1 3,15 80,0 3,90 7 - - 91,6 2,64 89,7 3,31 88,6 4,10 8 - - 106,1 2,84 104,0 3,58 102,5 4,40 9 - - 121,6 3,05 119,2 3,80 116,9 4,70

10 142,7 2,52 137,8 3,24 134,4 4,05 131,4 5,00 11 161,4 2,68 155,5 3,43 150,9 4,29 147,4 5,30 12 181,5 2,84 173,1 3,63 167,7 4,53 163,3 5,60 13 202,1 3,01 192,3 3,82 185,6 4,75 180,5 5,85 14 225,1 3,61 212,9 4,03 204,5 5,00 198,2 6,15

15 249,7 3,34 235,4 4,23 224,6 5,25 217,8 6,45 Tabelul 7.3 - Caracteristici ale evilor de refulare care se utilizeaz în România

Diametrul de ieire a ajutajelor [mm]

Varianta Mrimea evii

Mrimea racordului

Lungimea total [mm] ajutajul

de baz ajutajul

final I 8 C 465 12 8 B 12 B 430 20 12 B 14 B 430 20 14 B 16 B 430 20 16 II 18 B 430 20 18 C 12 C 445 20 12 C 14 C 445 20 14 C 16 C 445 20 16 C 18 C 445 20 18 III 12 D 200 20 12

Tabelul 7.4 - Caracteristici ale evilor de refulare tip C care se utilizeaz în România

Varianta

Lungimea

Diametrul de ieire a ajutajelor [mm]


47

ajutajul de baz

ajutajul intermediar

ajutajul final

I 12 C 500 20 16 12 II 8 C 485 12 10 8

III 14 C 490 18 16 14

Debitul iq al jetului de ap, se determin cu relaia :

ii pdq ⋅⋅⋅⋅= 10000351,0 2µ , (7.12)

în care: iq [l/s]; µ este coeficient de debit, ]98,0...97,0[∈µ ; d - diametrul ajutajului evii de

refulare pentru ap [mm]; ip - presiunea necesar apei la ajutajul evii de refulare [MPa], se

determin cu relaia:

c

ci

l

lp

⋅−

⋅=

ϕα

1981,0 , (7.13)

în care cl este lungimea jetului compact [m]; coeficientul α se definete, prin:

4)01,0(8019,1 cl⋅⋅+=α , (7.14)

i este un coeficient experimental; ϕ - coeficient experimental care depinde de diametrul d al ajutajului evii de refulare a apei, valorile fiind date în tabelul 7.5 .[7.18]

Tabelul 7.5 - Valori ale coeficientului experimental )(dϕϕ =

d [mm] 12 14 16 18 20 22

0,0183 0,0149 0,0214 0,0105 0,0090 0,0077

7.2.3 Distana de intervenie utilizând refularea apei prin evi universale pentru stingerea incendiilor 7.2.3.1 Hidrani interiori dotai cu furtunuri semirigide

Pentru hidranii interiori, dotai cu furtunuri semirigide, standardele române în vigoare, precizeaz modalitatea de încercare pentru msurarea lungimii orizontale maxime, la un unghi al duzei evii de refulare egal cu 30=α º fa de orizontal, dispus la o înlime fa de sol, egal cu

)01,06,0( ± m; mrimea btii eficace, este egal cu 0,9 ori btaia maxim, în condiiile în care presiunea de alimentare a evii de refulare este )025,02,0( ±=p MPa (tabelul 7.6). [7.19]

Tabel 7.6 - Condiii de determinare a lungimii orizontale maxime la furtunuri semirigide

Diametrul ajutajului

[mm]

Debit minim Q [ l/min] la presiunea p

Coeficient k


48

p = 0,2MPa p = 0,4 MPa p = 0,6MPa

4 12 18 22 9

5 18 28 31 13

6 24

34 41 17

7 31 44 53 22

8 39 56 68 28

9 46 66 80 33

10 59 84 102 42

12 90 128 156 64 7.2.3.2 Hidrani interiori dotai cu furtunuri plate Pentru hidranii interiori, dotai cu furtunuri semirigide, standardele române, în vigoare, precizeaz modalitatea de încercare pentru msurarea lungimii orizontale maxime, la un unghi al duzei evii de refulare egal cu 30=α º fa de orizontal, dispus la o înlime fa de sol, egal cu

)01,06,0( ± m; mrimea btii eficace, este egal cu 0,9 ori btaia maxim, în condiiile în care presiunea de alimentare a evii de refulare este )025,02,0( ±=p MPa (tabelul 7.7).[7.20] Condiia necesar i suficient pentru utilizarea datelor din tabelele 7.6 i 7.7, implic utilizeaz relaiei:

pkQ ⋅⋅= 10 , (7.15)

în care debitul Q, la presiunea p, se obine din relaia anterioar, pentru care, Q [l/min] i p[MPa]. Tabel 7.7 - Condiii de determinare a lungimii orizontale maxime la furtunuri plate

Debit minim Q [l/min] la presiunea p Diametrul ajutajului

[mm] p = 0,2 MPa p = 0,4 MPa p = 0,6 MPa Coeficient k

9 66 92 112 46

10 78 110 135 55

11 93 131 162 68

12 100 140 171 72

13 120 170 208 85

7.2.3.3 Unele concluzii pentru hidranii interiori dotai cu furtunuri plate i semirigide

La data apariiei standardului STAS 1470, în anul 1990, referitor la cantitatea minim de ap necesar care se prevede la ieirea din ajutajul unei evi de refulare, se utilizau pân în anul 2002, doar furtunurile plate, pentru care este prescris un debit de 2,5 l/s, punându-se accent pe lungimea jetului refulat.


49

În acelai timp, SREN 671-2/2002, specific minimul necesar de ap/cantitatea minim de ap, în funcie de presiunea din reea i diametrul la ieirea din eava de refulare. Din analiza datelor prezentate în tabelele 7.1, 7.2., 7.7, 7.6, se observ, c exist o oarecare contradicie, între standardele noi i vechi, dat în realitate de consumul minim normat de ap i modul cel mai adecvat determinat de stingerea eficient a incendiilor. Aceast neconformitate, se poate soluiona prin modificarea standardului STAS 1478 -1990. În acest sens, una dintre soluii, ar fi ca în contextul standardelor specificate mai sus, s se doteze toate destinaiile interioare ale cldirilor civile /industriale, cu furtunuri rigide, iar destinaiile exterioare, ale acestora s se doteze cu furtunuri tip C sau tip B, dup caz. 7.2.3.4 Avantaje/dezavantaje ale sistemului de stingere cu furtun semirigid Principalele avantaje/dezavantaje ale utilizrii furtunurilor semirigide, sunt: - nu necesit cunotine de specialitate, putând s fie manevrat cu uurin; - derularea de pe tambur a furtunului, se face în funcie de lungimea dorit ; - eventualele fluctuaii de presiune/debit ale apei, nu genereaz pericole de accidentare; - nu exist riscuri de deteriorare a furtunurilor datorate eventualelor rsuciri, torsionri etc., ale acestora; - lungimea standard a furtunurilor rigide este de 30 de m, fa de 20 m, pentru furtunurile plate, fiind nevoie în consecin de mai puine coloane pentru reeaua de hidrani interiori; - sistemul cu furtunuri rigide, este mai scump datorit soluiei constructive (întrit) a acestuia precum i a tamburului; - intervenia pentru stingerea incendiilor, se realizeaz simplu, rapid i eficient; - riscurile de deteriorare pentru furtunurile semirigide este mult mai redus în comparaie cu furtunurile plate; 7.3 Controlul riscurilor de deteriorare a furtunurilor plate pentru pompieri 7.3.1 Msuri generale i specifice pentru controlul riscurilor de deteriorare a furtunurilor plate pentru pompieri

Principalele msuri generale i specifice, necesare pentru controlul riscurilor de deteriorare la utilizarea, manipularea i întreinerea furtunurilor utilizate pentru stingerea incendiilor, sunt:[7.21],[7.22],[7.24],[7.25] - la stingerea incendiilor, furtunurile se dispun pe sol i pe obstacolele care determin geometria terenului, astfel încât s se poat controla riscurile datorate poziiilor neconforme (rsuciri, îndoiri, torsionri etc.); - furtunurile se dispun pe sol i pe obstacole, astfel încât s se controleze riscurile determinate de efectele radiaiei la incendiu, prin: dispunerea lor în afara spaiilor incendiate, evitarea sub orice form a contactului acestora, cu corpurile incandescente etc.; - este necesar s se evite contactul furtunurilor pentru incendiu cu obiectele ascuite, frecarea acestora de sol/contactul cu suprafee rugoase, sau de alte obiecte din teren, pentru controlul riscurilor determinate înepare, perforare, agare, spargere etc. ; - este interzis trecerea autovehiculelor/vehiculelor etc., peste furtunurile cu /fr ap; în locurile de trecere, peste acestea, furtunurile trebuie s fie protejate cu puni speciale; msura


50

are rol de control a riscurilor de deteriorare prin; plesnire, crpare etc. ca rezultat al aciunilor mecanice, datorate fenomenului loviturii de berbec; - este necesar aplicarea unor msuri, astfel încât furtunurile utilizate pentru stingerea incendiilor, s poat fi controlate pentru riscurile determinate de contactul cu substane: corosive, caustice, produse petroliere, gudroane etc; - în cazurile unor intervenii pentru stingerea incendiilor, la temperaturi sczute ale mediului(deci i ale apei), este necesar s se menin circulaia apei prin acestea, în mod continuu, pentru a controla riscul de înghe; dac, din diverse motive, s-a produs îngheul acestor furtunuri, este interzis rularea i/sau îndoirea acestora; operaia se poate finaliza numai dup ce s-a realizat dezghearea în totalitate a acestora ; - dup utilizare, furtunurile se spal cu ap/adaos de detergeni i se usuc la temperaturi de maximum 40 ºC, ferite de aciunea direct a radiaiei solare ; - furtunurile se pliaz, ruleaz, depoziteaz etc., numai în stare uscat: 7.3.2 Evaluarea riscurilor determinate de suprapresiuni în furtunurile plate/rigide Unul dintre riscurile care are drept consecin, deteriorarea furtunurilor, este acela al generrii unor suprapresiuni determinate de fenomenul loviturii de berbec, în timpul utilizrii acestora pentru stingerea incendiilor. Din acest punct de vedere, furtunurile rigide, care doteaz hidranii interiori de incendiu prezint un risc mult mai redus de deteriorare în comparaie cu furtunurile plate, datorit robusteii acestora. Corespunztor unui furtun pentru pompieri, notaiile fiind cele din figura 7.3 i figura 7.4, se definesc urmtoarele tensiuni, necesare pentru evaluarea riscurilor de deteriorare într-un furtun plat/rigid pentru stingerea incendiilor: [7.23] - tensiunea tσ pe suprafaa interioar a furtunului :

2

12

2

21

22

.max.int

)(

rr

rrpitt

−

+== σσ ; (7.16)

- tensiunea tσ pe suprafaa exterioar a furtunului:

2

12

2

21

. 2rr

rpiextt

−=σ ; (7.17)

- tensiunea rσ pe suprafaa interioar a furtunului, orientat radial, admite expresia: ir p=.intσ . (7.18)

Relaiilor (7.16), (7.17), (7.18), le corespund figurile 7.3 i 7.4. Evaluarea riscurilor de deteriorare pentru furtunuri plate pentru pompieri, se poate realiza, de exemplu, calculând eforturile definite anterior, prin rapoartele date în tabelul 7.8, pentru care se consider grosimea medie a stratului de cauciuc pentru furtun, egal cu 1 mm.[7.21],[7.25]


51

t. int.

t. ext.

r. int.= - pi

r. ext.=0

pi

Figura 7.3 - Seciune transversal de furtun supus la presiune interioar.

pi

-pi

t. ext.

tr

t. int.

r1

r2

Figura 7.4 - Diagrama de eforturi pentru un furtun supus la presiune interioar.

7.3.2.1 Furtunuri pentru stingerea incendiilor. Riscuri de deteriorare În tabelul 7.8, se prezint tipurile de furtunuri standardizate, destinate stingerii incendiilor, pentru care s-au calculat rapoartele respective, utilizând relaiile (7.16), (7.17) i (7.18), pentru aceeai presiune, acelai debit de trecere a apei, la grosimea 1=δ mm a acestora, în care este înglobat inclusiv inseria sintetic. [7.21],[7.25]

Tabelul 7.8 - Rapoarte ale .int.tσ , ..exttσ , .int.rσ la furtunuri pentru stingerea incendiilor

Tipuri de furtunuri pentru refulare

Diametrul interior al furtunurilor [mm]

t.ext.

t.int.

r.int.

t.int.

25 1,08 13,01 34 1,06 17,50

tip D

38 1,05 19,51 52 1,03 26,50 tip C 63 1,03 32

tip B 76 1,02 38,50 tip A 110 1,01 55,50


52

Se observ c, odat cu, creterea diametrului interior al furtunurilor, rezult

.int.tσ >> .int.rσ , cu concluzia c, riscul de deteriorare al acestora, este mai mare în raport cu lungimea

lor, comparativ cu cel datorat tensiunilor radiale; în acest mod, deteriorrile furtunurilor, se pot materializa prin: crpri, spargeri etc., cu probabilitate mult mai mare de realizare. Principalele caracteristici ale furtunurilor pentru refularea apei la incendiu, sunt prezentate în tabelul 7.9. [7.21],[7.25] Tabelul 7.9 - Caracteristici ale furtunurilor pentru pompieri

Diametrul interior [mm]

Masa linear [g/m]

Lungimea [m]

Nominal Abateri limit

Nominal Abateri limit

Denumirea

uzual

25 230 34 290 38 320

Furtun de refulare tipD

52 440 63 500

Furtun de refulare tipC

76 650 Furtun de refulare tipB

110

+1,0/-0,5

1200

20 ±1

Furtun de refulare tip

A 7.4 Determinri experimentale la utilizarea evilor de refulare

În tabelul 7.10, se prezint o serie de determinri experimentale pentru diferite ajutaje utilizate în România, la refularea apei prin evi de refulare pentru stingerea incendiilor, realizate cu ajutorul autospecialelor pentru prevenirea i stingerea incendiilor, în care: tl este lungimea

total a jetului [m]; ih - înlimea jetului [m]; iq - debitul specific la eava de refulare [l/min.] [7.26] Tabelul 7.10 - Variaia parametrilor iit qhl ,, în funcie de diametrul ajutajelor

Diametrul ajutajelor [mm] Presiunea pi [MPa]

Mrimi 10 12 14 16 18 20 24 30 36 40

tl 21,5 23 24,6 26,3 28,2 28,6 30,2 34,5 38 44

ih 16 17 18 18,8 19,7 20,6 21,3 22,5 24 25

0,29

iq 110 170 220 280 350 455 660 1000 1400 1810

tl 24,9 25,7 27,2 29,5 31,2 32,8 36 44 49 54,5

ih 18,5 19,1 20,2 21,3 22,6 23,8 25,6 30 34 36,8

0,38

iq 125 190 260 325 420 540 760 1200 1700 2100


53

tl 26,5 27,3 29,4 31,8 34,2 36,6 40 48,4 56 61

ih 20 21 22 23,2 24,3 26,4 29,2 35,8 40 42

0,48

iq 150 215 290 365 465 590 850 1320 1910 2350

tl 27,5 27,5 30,9 33,5 36 39,8 43,2 51,8 59,5 65

ih 21 22,1 23,3 24,5 25 29 32,4 39 43,8 45,5

0,58

iq 165 240 310 410 515 650 930 1450 2100 2580

tl 28,1 29,5 32 34,7 37,6 41,8 46 54,3 63 68

ih 21,8 23,1 24,3 25,6 26,8 31 35 42,2 46,4 48

0,67

iq 180 250 340 445 555 700 1000 1560 2255 2790

tl 28,5 30,2 32,8 35,8 39,7 43,8 48 57 66 70,4

ih 22,4 23,9 25 26,4 27,6 32,6 37 40 48,4 50,8

0,77

iq 195 265 360 470 600 740 1080 1680 2420 2980

tl - 30,7 33,3 36,3 38 45,2 49,8 59 68,2 72,6

ih - 24,2 25,6 27 28,4 34 38,6 46,2 50 52,4

0,87

iq - 285 380 500 630 780 1130 1780 2550 3150

tl - - 33,8 36,8 40,7 46,2 51 60,6 70 74,5

ih - - 25,9 27,5 28,9 35 40 47,2 51,6 54

0,96

iq - - 400 525 675 820 1190 1810 2700 3300

7.5 Elemente de securitate a muncii la intervenia pentru stingerea incendiilor 7.5.1 Elemente generale Trecerea curentului electric prin corpul unui servant pompier, este însoit de fenomene ale cror efecte se manifest sub diverse forme. Efectele curentului electric asupra unui servant pompier sunt: calorice, manifestate prin arsuri; mecanice, manifestate prin ruperea esuturilor i/sau lezarea vaselor sanguine într-o msur mai mare sau mai mic; chimice, prin electroliza sângelui; biologice, prin alterarea proceselor metabolice caracteristice materiei vii. În mod obinuit, omul nu percepe cureni cu valori mai mici de 5 mA în cazul curentului continuu i de 1 mA în cazul curentului alternativ pentru frecvena de 50 Hz. [7.28] Fenomenele care sunt generate în organism, urmare trecerii curentului electric, sunt reprezentate prin tulburri cardiace i dereglri ale sistemului nervos i definesc noiunea de electrocutare sau de oc electric. Sub aciunea curentului electric se genereaz contracii/destinderi ale muchiului inimii, situaie în care funcionarea inimii se manifest ca o stare de fibrilaie. Curentul electric acioneaz asupra centrilor sistemului nervos central care comand circulaia sanguin i respiraia, situaie care conduce la compromiterea funcionrii normale a inimii i/sau la oprirea respiraiei; aceste efecte pot fi privite ca simptomele cele mai importante în cazul electrocutrii. Servantul pompier, se comport ca un sistem de reglare închis, în care componentele principale sunt inima i aparatul respirator, care îi asigur reciproc funcionarea astfel încât


54

cedarea unei funcii poate s corespund distrugerii în final, a întregului organism. Muchii care particip la producerea respiraiei se contract puternic generând sufocarea, simptom caracteristic electrocutrii. În muchiul inimii este indus permanent o tensiune necesar funcionrii normale; pentru fiecare contracie, inima îi creeaz în interiorul su stimulul necesar; din acest punct de vedere, inima este un organ care se autoexcit. Frecvena btilor inimii variaz între 1,1 Hz i 1,3 Hz. [7.29],[7.30] La trecerea curentului electric prin organismul unui servant, inima primete o anumit tensiune; dac curentul electric depete o anumit intensitate i variaia di/dt atinge o anumit pant, muchiul tinde s se contracte. Aceast contracie se adaug contraciilor inimii produse pe cale natural; ca rezultat al acestui efect, sistemul de comand i de propagare a excitaiilor poate fi perturbat, generând funcionarea anormal a inimii. Formele de manifestare a fenomenelor determinate de trecerea curentului electric prin organism depind de frecvena i de natura curentului; curentul electric alternativ, genereaz tulburri cardiace i respiratorii chiar la tensiuni de 70 V spre deosebire de curentul continuu pentru care aceste fenomene apar abia la valori de (120…140) V. Valorile de frecven care prezint cele mai mari riscuri pentru organismul uman sunt cuprinse în intervalul (50…100) Hz. În general, un nerv nu rspunde la excitaii de frecvene mai mari de 103 Hz. La trecerea unui curent cu frecvena de(15…300)MHz organismul se comport ca un dielectric cu pierderi mari.[7.31],[7.32] Faptul c nu orice excitaie electric genereaz fibrilaia inimii se datoreaz sensibilitii difereniate a acesteia, în diferite stri de contracie. În instalaiile electrice de joas tensiune se apreciaz c cel puin 2/3 din electrocutrile produse au avut drept cauz primar a decesului, fibrilaia inimii. Un alt risc de accidentare datorat curentului electric se poate materializa prin apariia unor leziuni locale, denumite traumatisme electrice (arsuri electrice i/sau metalizare a pielii) generate de arcurile electrice. Arsurile apar în general datorit temperaturilor foarte mari dezvoltate de arcul electric; metalizarea pielii se produce datorit ptrunderii în tegument a stropilor de metal topit.[7.32],[7.33] 7.5.2 Riscul de fibrilaie

Pentru evaluarea riscurilor generate de efectele fiziologice la trecerea curentului electric cu form de impuls prin corpul servantului pompier, este necesar s fie analizate o serie de mrimi : energia specific , sarcina electric : constanta de timp a procesului de reducere a curentului electric în circuit; pragul de percepie; pragul de durere pe care un servant pompier îl poate suporta fr s simt durere etc.[7.28] Pentru valori sub curba 1, din figura 7.5 nu se pune în discuie existena unui risc de fibrilaie ventricular; pentru valori cuprinse între curbele 1 i 2 se genereaz un risc redus de fibrilaie (probabilitate sub 5%); pentru valori între curbele 2 i 3 se genereaz un risc mediu de fibrilaie (probabilitate pân la 50%), iar pentru valori peste curba 3, riscul de fibrilaie este important (probabilitate peste 50%).[7.28] În România, normele de securitate a muncii, impun acionarea la stingerea conductorilor electrici, aflai sub tensiune, numai dup ce acetia, au fost scoi de sub tensiune.[7.27]


55

1 1 0 1 0 0 0 ,1

1

1 0

1

2 3

t i [s ]

I m a x . [A ]

Figura 7.5 - Prag de fibrilaie ventricular.

7.5.3 Rezistena electric a unui jet de lichid Rezistena electric a unui conductor care este parcurs de curent electric depinde în

principal de: lungime, aria seciunii transversale i de conductivitatea electric a substanei respective.[7.34],[7.35],[7.40], [7.41]

Pentru analiza rezistenei electrice a unui jet de lichid, este necesar s se aib în vedere faptul c, odat cu creterea lungimii sale (btaia), se genereaz descompunerea din ce în ce mai accentuat a jetului, pân la dimensiuni având ordinul de mrime al unor picturi; descompunerea în aer a jetului de lichid este influenat de o serie de parametri ca de exemplu: vâscozitate, tensiune superficial, natura tipului de micare prin ajutaj: turbulent (Re >> 2320 ), forma ajutajului, frecarea jetului de lichid de pereii ajutajului, viteza de ieire din ajutaj, frecarea jetului de lichid cu aerul, de vibraiile în jet, direcia i viteza vântului, unghiul de înclinare a jetului compact fa de orizontal.

7.5.3.1 Model de evaluare a rezistenei electrice pentru un jet de ap Se consider prin ipotez, faptul c, jetul compact, se dezvolt în interiorul unui

unghi de aciune ( )6,0 πα ∈ , pentru care micarea este liniar; dac se consider c lungimea redus a jetului compact fa de raza total de aciune, ipoteza poate fi considerat ca fiind acceptabil: cu µ s-a notat, coeficientul de contracie al evii de refulare, considerat.

În ipoteza structurii unui jet de ap, refulat dintr-o eav de refulare tip pentru stingerea incendiilor, considerat în seciune longitudinal ca fiind un triunghi isoscel, cu înlimea egal cu l, care corespunde lungimii jetului compact de lichid ( dl >> ), rezistena electric a jetului de lichid considerat ca având lungimea l, cu diametrul d i conductivitatea σ , a mediului lichid, admite expresia:[7.36], [7.37],[7.8],[7.39]

=R 2

4

d

l

⋅⋅⋅

⋅

πµσ, (7.19)

Analiza relaiei (7.19), pune în eviden faptul c, rezistena electric pentru jetul

compact de ap, este invers proporional cu diametrul d al acestuia la puterea a doua, ceea ce pune în eviden faptul, c este necesar s se utilizeze pentru stingerea incendiilor, evi de


56

refulare cu diametrul d al ajutajelor cât mai redus, care s genereze jeturi de ap, pe cât posibil cu zona de destrmare cât mai dezvoltat; în acest mod, pericolul de electrocutare, este controlat în totalitate.

7.5.4 Stingerea cu ap instalaiilor electrice sub tensiune. Riscul de electrocutare În spaiul instalaiilor electrice de joas i înalt tensiune, la intervenia pentru stingerea incendiilor, pe lâng pericolul de incendiu, apare în mod suplimentar pentru servani i pericolul de electrocutare. Acesta trebuie s fie cunoscut i s fie luat în consideraie la luarea msurilor tehnice i tactice pentru stingerea incendiilor în zona instalaiilor electrice de joas i înalt tensiune. Pericolul de electrocutare pentru servanii pompieri, poate s fie generat în urmtoarele cazuri: - atingerea direct (contact cu elemente metalice aflate în mod normal sub tensiune); - atingere indirect (contact cu pri metalice care în mod normal n-ar trebui s fie sub tensiune, dar ajung sub tensiune în mod accidental); - atingere indirect, prin formarea unor canale bune conductoare de electricitate datorit aprinderii unor materiale din apropierea circuitelor sub tensiune; - tensiunea de pas datorat apariiei unui scurtcircuit la pmânt în zona interveniei; - strpungeri ale unor spaii izolante în instalaiile de înalt tensiune determinate de temperaturile ridicate în zona interveniei;

- apariia curentului de scurgere prin jetul de stingere, când se utilizeaz substane de stingere bune conductoare de electricitate. Un caz extrem, dar nu exclus în cazul interveniilor pentru stingerea incendiilor, este acela în care servantul ine eava de refulare tip cu mâinile în condiii de umiditate excesiv i are înclmintea umed pe teren umed; în acest caz, rezistena electric a traseului parcurs de curentul electric prin corpul omului poate s scad mult sub valoarea de1000 Ω. Prin determinri experimentale s-a pus în eviden faptul c înclmintea uscat, cu talp din piele, are o rezisten electric ridicat, ajungând pân la câiva MΩ, iar aceeai înclminte, aflat în stare umed, are o rezistena electric sub 200 Ω; în aceste condiii, curentul de scurgere la pmânt va fi limitat practic, doar de rezistena electric a jetului. [7.36]

7.5.4.1 Curentul electric de scurgere prin jetul de lichid

La stingerea unui incendiu într-un mediu cu instalaii electrice, figura.7.6 a), exist probabilitatea ca jetul de ap, s ating unele instalaii aflate sub tensiune (conductoare ale liniilor electrice aeriene, instalaii, aparate electrice etc.). Atunci când se utilizeaz substane de stingere bune conductoare de electricitate, figura 7.6 b), în jet apare un curent de scurgere isc, care este determinat de dou componente, io i ip .

Curentul electric ip se scurge la pmânt prin rezistena Rp a dispozitivului de stingere (linii de furtunuri tip B i/sau C) i rezistena de trecere la pmânt Rtr a acestui traseu. Curentul io se închide prin rezistena electric Ro a corpului servantului i prin rezistena de trecere la pmânt Rtr a acestuia. Analiza schemei electrice echivalente din figura 7.6 - c) pune în eviden faptul c cel mai defavorabil caz apare atunci când ip= 0 i io= isc. Aceasta se întâmpl când, spre exemplu, o


57

linie de furtun pentru stingere este întins de la o autospecial de incendiu, fr s fie în legtur cu o priz de ap. Curentul de scurgere trece atunci prin jet i prin corpul uman, la pmânt, parcurgând practic numai rezistena de trecere la pmânt i rezistena electric a efului de eav. Un caz extrem, în cazul interveniilor, este acela în care servantul 1 ine eava de refulare tip cu mâinile ude i are înclmintea umed, pe teren umed; în acest caz, rezistena electric Ro a traseului parcurs de curentul electric prin corpul omului poate s scad sub 1000 Ω, iar Rtr poate ajunge la câteva sute de ohmi. Prin determinri experimentale, s-a pus în eviden faptul c înclmintea uscat, cu talp din piele, are rezisten electric ridicat, ajungând pân la câiva MΩ; aceeai înclminte umed are rezistena electric, sub 200 Ω. [7.29],[7.30] În aceste condiii, curentul de scurgere va fi limitat practic numai de rezistena electric Rsc a jetului. Acelai fenomen apare i în cazul utilizrii unui stingtor portabil/manual, care conine un lichid de stingere bun conductor de electricitate. Rezistena electric a traseului prin corpul uman depinde i de amplitudinea Uo a tensiunii aplicat între punctele de penetrare a curentului electric sunt date în figura 7.6. Valorile msurate, variaz într-o gam larg de valori, depinzând printre altele, i de starea fiziologic a factorului uman (figura 7.7). Rezistena electric a traseului prin corpul uman depinde i de amplitudinea Uo a tensiunii aplicat între punctele de penetrare a curentului electric (figura 7.6).

Rezistena electric a unui jet de lichid compact depinde într-o msur apreciabil de conductivitatea electric a lichidului utilizat. La utilizarea apei ca substan de stingere, conductivitatea acesteia depinde în mare msur de sursa de ap din care este preluat; pentru apa care provine de la hidrani, rezervoare, iazuri, râuri, lacuri etc., s-a constatat, prin numeroase determinri experimentale, precum i pe baza datelor din literatura de specialitate o conductivitate medie de aproximativ 500⋅10-4 1/(Ω⋅m). [7.39] Conductivitatea apei din lacuri, cu excepia lacurilor srate, depete rareori limita de 1000⋅10-4 1/(Ω⋅m). În domeniul de temperaturi cuprins în intervalul (–36...–2)°C, conductivitatea apei nu variaz cu mai mult de ± 40% din valoarea corespunztoare la temperatura de 18 °C .

De asemenea, intensitatea i frecvena câmpului electric precum i modificrile în funcie de anotimpuri nu au o influen semnificativ asupra conductivitii apei, aa dup cum au dovedit observaiile pe un interval de mai muli ani.

Pentru apa utilizat la stingerea incendiilor, acceptarea unei conductiviti de 1000⋅ 10-4 1/(Ω⋅m) pentru determinarea prin calcul a rezistenei jetului i stabilirea distanelor minime, reprezint un factor de siguran.


58

Figura 7.6 - Circuitul curentului electric la contactul apei cu instalaia electric.

Figura 7.7 - Rezistena electric a corpului uman Soluiile pentru stingere utilizate fie ca soluii de ageni de spumare în ap, pentru a produce spuma mecanic, fie ca soluii de ageni de umectare în ap, pentru a face s scad tensiunea superficial a acesteia din urm, conduc la modificarea conductivitii soluiei. Pentru soluiile de ageni de spumare, conductivitatea are urmtoarele valori: amestec 3%, (3400...5800) ⋅10-4 1/(Ω⋅m); amestec 4%, (4600...7750) ⋅10-4 1/(Ω⋅m); amestec 5%, (5700...9800) ⋅10-4 1/(Ω⋅m)

Soluiile de ageni de umectare prezint în amestec de 2%, o conductivitate de aproximativ 2800⋅10-4 1/(Ω⋅m).

R o

20 10 8 6 5 4 3 2 1

3 4 5 6 8 10 2 0 30 5 0 8 0 10 0 2 0 0 3 0 0 5 00 1 0 00 Uo [V]

Determ in ri p e cad av re Determ in ri la p ers o an e în v ia


59

Pentru limitarea riscului de înghe, în soluiile apoase pentru ageni de stingere sau a unor cantiti de ap depozitate în rezervoarele autospecialelor de prevenire i stingere a incendiilor, se adaug dup caz în ap, respectiv în soluiile de substane pentru stingere, sruri care determin scderea temperaturii de înghe. În aceste cazuri, rezult valori foarte ridicate pentru conductivitatea soluiilor cu antigel (tabelul 7.11). Tabelul 7.11 - Conductiviti ale soluiilor cu soluii de tip antigel

Tipul soluiei antigel

Punct de înghe [°°°°C]

Conductivitatea soluiei la 18°°°°C

[1/(ΩΩΩΩ⋅⋅⋅⋅m)] Soluie de clorur de sodiu

(290 g NaCl la 1000 ml H2O) - 21 ° C 205000⋅10-4

Soluie de clorur de magneziu (240 g MgCl2 la 1000 ml H2O)

- 30 ° C 140000⋅10-4

Soluie de clorur de calciu (342 g CaCl2 la 1000 ml H2O)

-3 0 ° C 178000⋅10-4

7.5.4.2 Impedana electric a unui jet de lichid. Model Jetul de lichid (ap), de rezisten electric relativ mare, care curge între doi electrozi, poate fi considerat i ca un dielectric al unui condensator format de aceti electrozi (figura 7.8). Impedana Ztr a jetului de lichid poate fi determinat din relaia:

2)(1 trtr

trtr

CR

RZ

⋅⋅ω+= , (7.20)

în care ω este pulsaia tensiunii aplicate i f - frecvena.

Figura 7.8 - Schema electric echivalent a jetului de lichid Capacitatea electric Ctr a circuitului, este determinat de poziia în spaiu a evii de refulare tip cu jet i a conductorului electric stropit/udat; aceasta admite valori de regul, reduse.

Rtr

Ctr

U

R”tr

R’tr Ctr

U


60

Figura 7.9 - Schema electric echivalent real a jetului de lichid. Plcile utilizate pentru diferite determinri experimentale drept contraelectrozi, au avut o capacitate care, în funcie de distana evii de refulare tip cu jet, fa de conductor, au variat în intervalul (10...100) pF.[7.29] În perioada de timp, cât jetul nu se disperseaz sub form de picturi (rmâne compact), rezistena electric Rtr a acestuia este cu câteva ordine de mrime mai mic decât reactana capacitativ, a crei valoare este 1/ω⋅C, astfel c aceasta nu influeneaz intensitatea curentului de scurgere. În general, zona de la extremitatea jetului (în apropierea obiectului aflat sub tensiune) cuprinde picturi dispersate i poate fi modelat i sub forma unui condensator care influeneaz curentul de scurgere. În acest sens, schema echivalent a jetului de lichid poate fi reprezentat sub forma indicat în figura 7.9, în care R’tr reprezint rezistena electric a poriunii de jet compact, iar Ctr i R”tr corespund poriunii de jet lichid în care se realizeaz dispersia acestuia în picturi. Utilizarea schemei echivalente din figura 7.9, prezint importan în special, în domeniul tensiunilor înalte. 7.6 Intensitatea curentului electric admisibil prin corpul uman

Efectele fiziologice ale curentului electric asupra omului este caracterizat prin trei valori limit i anume: - pragul de excitaie egal cu aproximativ 1 mA, valoare minim pe care omul o percepe la trecerea curentului electric prin corp(risc de deces); - pragul de spasm de aproximativ 10 mA, valoare la care omul se mai poate desprinde singur de un conductor aflat sub tensiune(risc de deces); - pragul de fibrilaie de aproximativ 50 mA, valoare la care începe s apar fibrilaia inimii(pericol de deces). Studiile efectuate privind stabilirea distanelor minime necesare la stingerea incendiilor din zona instalaiilor electrice, au în vedere ca forele de intervenie s nu fie afectate de senzaii determinate de trecerea curentului electric prin om, mai ales atunci când acioneaz de pe scri sau în alte locuri expuse. În acest sens, rezult ca intensitate admisibil valoarea de1 mA a curentului electric prin om, corespunztoare pragului de excitaie. Aceast condiie este desigur foarte sever, deoarece pragul de excitaie de 1 mA a fost determinat prin studii de laborator, la care persoanele supuse testelor au trebuit s fie atente numai la prima percepere a efectului electric. Se poate presupune, cu cea mai mare probabilitate, c un servant pompier, în timpul interveniei va începe s simt, abia un curent de câiva mA, care va trece prin corp. La intervenia pentru stingerea incendiilor, în zona instalaiilor electrice, în locul pragului de excitaie, este recomandat s se stabileasc, prin studii experimentale, acea intensitate de curent electric, limit de suportabilitate, care asigur ca servantul pompier, s nu fie afectat. La analiza efectelor trecerii curentului electric prin servantul pompier este necesar a lua în consideraie i durata de trecere a acestuia. Se pot lua în consideraie corelaiile din tabelul 7.12 privind limitele admise de trecere a curentului electric printr-un servant pompier.[7.39]


61

În tabelul 7.13 sunt indicate o serie de valori referitoare la efectele trecerii curentului electric în funcie de durata de trecere a acestuia prin corpul unui servant pompier.[7.40] Tabelul 7.12 - Intensitatea curentului electric i durata de trecere prin servantul pompier

Intensitatea curentului electric care trece prin servantul pompier [mA]

50

100

200

300

Durata limit de trecere a curentului electric prin servantul pompier [s]

5,0

1,0

0,7

0,3

Tabelul 7.13 - Efecte ale trecerii curentului electric printr-un servant pompier

Curentul care trece prin corpul servanrului [mA]

50 100 200 300

Nu se genereaz efecte duntoare [s] 0,3 0,1 0,05 0,04

Nu se genereaz pericol de fibrilaie [s] 5,0 0,7 0,2 0,1

Datele din tabelul 7.12 i din tabelul 7.13, pun în eviden faptul c ocurile de curent pân la 300 mA pe perioade scurte, nu prezint riscuri /pericole majore pentru sntate.

La stabilirea limitelor admise pentru interveniile în instalaiile electrice trebuie luat în considerare i faptul c prin stropirea unei pri de instalaie electric sub tensiune, cu apa refulat dintr-o eav tip nu apare situaia ca persoana respectiv s nu se poat desprinde de circuitul de curent, pentru c orice impuls sesizabil de curent electric are ca efect o micare reflex a servantului, deci o deplasare involuntar a jetului de ap de pe conductor, fapt ce determin întreruperea relativ imediat a circuitului de curent electric i deci a efectelor sale. Aspectele prezentate, determin ca la stingerea incendiilor în instalaiile electrice, s poat fi adoptate valori limit practic de zece ori mai mari decât valorile limit indicate în tabelul 7.14 i tabelul 7.15. Acest lucru este confirmat i de faptul c nici o statistic cunoscut nu citeaz cazuri de accidentare la stingerea incendiilor din zona instalaiilor electrice, din cauza curentului de scurgere prin jetul de ap.[7.34],[7.35] Accidentele generate prin electrocutare, în asemenea cazuri, s-au datorat întotdeauna contactului nemijlocit cu pri de instalaii aflate sub tensiune sau cu unele conductoare pozate necorespunztor sau care se aflau pe sol. 7.6.1 Limitarea curentului de scurgere la niveluri admisibile Datele prezentate, pun în eviden faptul c, în cel mai nefavorabil caz, i acesta trebuie avut întotdeauna în vedere când se pun probleme de tehnica securitii servanilor, limitarea eficient a curentului de scurgere poate fi asigurat numai prin rezistena electric a jetului de lichid. Deoarece curentul admisibil, care trece prin corp, trebuie s fie doar de câiva mA, practic este necesar ca jetul de lichid s fie dispersat înainte de a atinge un conductor sub tensiune, adic distana minim fa de instalaia electric sub tensiune, atunci când stingerea se


62

face cu lichide bune conductoare de electricitate( ap, ap cu aditivi polimerici, spume etc), nu trebuie s fie mai mic decât lungimea jetului compact.

!""

Datele experimentale privind determinarea lungimii jetului compact au pus în eviden urmtoarele aspecte:[7.36],[7.37],[7.38],[7.39] - lungimea jetului compact depinde de forma, rugozitatea evii i ajutajului acesteia; deformarea ajutajului, chiar foarte mic, determin o reducere apreciabil a lungimii jetului compact; evile cu corpul mai lung i foarte neted la interior realizeaz, pentru acelai diametru, un jet compact, apreciabil mai lung; - pentru fiecare tip de eav de refulare, având caracteristici identice sau diferite, exist o presiune critic pentru care lungimea jetului compact admite o valoare maxim; - la utilizarea apei cu presiunea de 4 MPa, la ieirea din evile de refulare tip, nu au fost stabilii cureni de scurgere; - se constat faptul c în realitate jetul compact nu are o form linear conic, i c la început crete mai rapid în diametru, iar la distane mai mari creterea se face mai lent, datorit spectrului de picturi care însoete jetul. În cadrul determinrilor experimentale efectuate, s-au pus în eviden faptul c în cazul tensiunii alternative, nu apar influene asupra procesului de dispersare a apei. În cazul tensiunii continue, s-a pus în eviden o influen important asupra lungimii jetului compact, msurat electric, deoarece la tensiuni înalte (peste 110 kV), apar procese de electrizare a picturilor de ap i, deci fore electrice, care genereaz frânarea deplasrii acestora. 7.6.2 Distane minime la stingerea incendiilor în zona instalaiilor electrice

Având în vedere influenele hidraulice i electrice indicate mai sus, pentru evi de refulare de diferite tipuri i o conductibilitate electric a apei pentru stingere, de aproximativ 1000⋅10-4 1/(Ω⋅m), rezult distanele minime indicate în tabelul 7.14. [7.36],[7.37], [7.38],[7.39]

# $% & '

În cazul instalaiilor de foarte înalt tensiune, distanele minime cresc cu 1 m, pentru instalaiile cu tensiunea nominal de 220 kV i cu 2 m pentru instalaiile cu tensiunea nominal de 400 kV. Din punct de vedere practic, o detaliere a valorilor distanelor minime în funcie de tensiunile nominale existente în zona (1...110) kV nu este recomandat, existând posibilitatea unei aprecieri eronate a tensiunii nominale (6 kV, 10 kV, 20 kV, 30 kV).

Instalaiile din domeniul tensiunilor foarte înalte (peste 110 kV) apar foarte rar în zonele posibile de aciune a pompierilor i pot fi uor evaluate ca tensiune nominal (220 kV sau 400 kV) chiar i de ctre persoane care nu sunt specializate.


63

Pe timpul interveniei la incendiu, servantul poate, de regul, doar s aprecieze distana i deci, este necesar s se adopte valori acoperitoare; dac la o distan de 8 m apare o eroare de 1 m, exist o situaie de pericol; pentru o distan de 6 m poate s aib urmri grave, deoarece o eroare de 0,5 m poate genera cureni apreciabili de scurgere prin jetul de ap. În tabelul 7.14 sunt indicate distanele minime pentru stingerea incendiilor din zonele instalaiilor electrice, conform prevederilor actelor normative ale pompierilor din Rusia [7.40] (în parantez sunt determinri propuse de pompierii din Austria).

()$*+

Distane minime în m, la tensiuni nominale ale instalaiei electrice pân la:

Natura jetului

1000 V 110 kV 220 kV 400 kV Jet pulverizat 1 3 4 5

Φ 12 mm 3 8 9 10

Φ 16 mm 5 10 11 12

Φ 20 mm 7 12 13 14

Jet

compact

Φ 24 mm 9 14 15 16

Tabelul 7.15 - Distane minime de stingere în instalaiile electrice

Lungimea jetului compact la o presiune de:

0,4 MPa 0,8 MPa Diametrul [mm]

Tensiunea nominal

a instalaiei,

kV 12 22 12 22

Lungimea jetului de pulverizare la

(0,5...0,6) MPa; diametrul conului de pulverizare (0,8...1) m

220 6 (9) 9 (14) 10 (9) 15 (14) 8 (4) 110 4 (8) 7 (13) 7 (8) 12 (13) 5 (3) 35 3 (8) 5 (13) 4 (8) 8 (13) 3,5 (3)

10, 6 2,5 (8) 4 (13) 2,5 (8) 4 (13) 2,5 (3)

Datele din tabelul 7.15, pun în eviden faptul c, în zona tensiunilor foarte înalte i a presiunilor mari,exist o bun concordan între valorile indicate de cele dou acte normative. În tabelul 7.16, sunt indicate distanele minime în cazul utilizrii unor substane de stingere cu conductiviti diferite. [7.36],[7.37],[7.38],[7.39] În România, pentru incendiile care se pot genera la liniile electrice de înalt tensiune, servantul1(eful de eav) este obligat s se amplaseze fa de conductoare la distanele specificate în tabelul 7.17, cu respectarea îns, a unor msuri privind intervenia în astfel de situaii. [7.27] Tabelul 7.16 -Distane minime la utilizarea unor substane de stingere

Distane minime, în m, pentru o tensiune nominal pân la: Agentul de stingere

Diametrul evii, în [mm] 1000

V 110 kV

220 kV

400 kV

Jet pulverizat - 1 3 4 5


64

Ap Jet compact 12*) 3 8 9 10 Jet compact 24*) 9 14 15 16

Soluii de ageni antigel 6 3 Fr tensiune Spum mecanic 12 8 Fr tensiune

Ap de mare - 3 Fr tensiune Hidrocarburi halogenate - 1 3 4 5 Dioxid de carbon CO2 - 1 3 4 5

• ) La ajutaje cu diametrul peste 12 mm, distana minim crete pentru fiecare mm în plus cu 0,5 m

()$)+

Tensiunea nominal [kV]

3

35

110

154

Distana [m] 5 8 10 12

7.6.3 Principalele msuri pentru stingerea incendiilor în spaiul instalaiilor de joas tensiune Principalele msuri care trebuie s fie avute în vedere, la operaiile de stingere a incendiilor, în zonele instalaiilor de joas tensiune, se refer la urmtoarele aspecte: - în zona instalaiilor de joas tensiune, stingerea incendiilor se realizeaz, cu respectarea distanele minime prescrise; [7.27] - scoaterea de sub tensiune a instalaiilor de joas tensiune trebuie realizat în mod justificat, cu dispozitivele prevzute pentru aceasta; conductoarele sub tensiune pot fi tiate, legate la pmânt sau scurcircuitate temporar/provizoriu, atunci când nu exist o alt posibilitate pentru asigurarea unei stri fr tensiune; - în instalaiile de producere i distribuie a energiei electrice, în msura în care apare necesar, se vor scoate de sub tensiune numai prile afectate de incendiu sau cele ameninate în mod nemijlocit; - alimentarea cu energie electric a instalaiilor sau a unor echipamente, care pot prezenta importan în caz de incendiu ca, de exemplu: instalaii tip sprinkler, drencer, ascensoare, instalaii pentru detecie, semnalizare incendiu, efracie etc., trebuie meninut în stare de funcionare cât mai mult timp posibil; toate celelalte instalaii cu acionare electric din spaiul afectat de incendiu i conex acestuia, trebuie deconectate pentru evitarea unor riscuri cum sunt de exemplu, riscurile determinate de tensiunea de atingere, sau de pas; - instalaiile electrice, inclusiv cele de circuite secundare trebuie pe cât posibil protejate de substanele de stingere. 7.6.4 Principalele msuri pentru intervenia la stingerea incendiilor din spaiul instalaiilor de înalt tensiune Msurile care trebuie aplicate în astfel de cazuri se refer, la: [7.39] - conductoare ale liniilor electrice aeriene, în instalaiile de alimentare cu energie electric;

- conductoare ale sistemului de transport electrificat. Deoarece conductoarele electrice prezint un pericol major pentru forele care intervin la stingerea incendiilor, în vecintatea acestora trebuie s fie respectate urmtoarele msuri:


65

- la apropierea de instalaiile de înalt tensiune (conductoare de înalt tensiune în aer liber) persoanele care intervin la stingerea incendiilor, inând seama de utilajele de toate categoriile pe care le utilizeaz, nu trebuie s depeasc urmtoarele distane minime:

- 3 m pentru tensiuni nominale egale sau mai mici de 110 kV; - 4 m pentru tensiuni nominale egale sau mai mici de 220 kV; - 5 m pentru tensiuni nominale egale sau mai mici de 400 kV.

- distanele minime prescrise pentru tensiunea nominal a instalaiei, în cazul utilizrii diferiilor diferitelor substane de stingere, trebuie neaprat respectate (cu jetul compact sau jetul pulverizat se va trece cu mare atenie de la distan mai mare la distan minim); - trebuie avut în vedere faptul c, conductoarele pot fi avariate în zonele vecine focarelor de incendiu, se pot afla pe sol; în vecintatea conductoarelor czute pe sol exist pericol privind tensiunea de pas; de aceea, conductoarele czute pe sol trebuie evitate, la o distan de cel puin 10 m, pân când operatorul economic care livreaz electricitate, avizeaz favorabil intervenia în zona cu pericol; - interveniile i conectrile la instalaiile de înalt tensiune trebuie realizate numai de personalul de specialitate al operatorului economic de electricitate; - instalaiile de înalt tensiune, cum sunt de exemplu, conductoarele liniilor electrice aeriene, nu pot fi scoase de sub tensiune prin legare la pmânt sau scurtcircuitare provizorie, pentru c aceste msuri nu sunt eficiente i prezint riscuri (pericole) apreciabile pentru executani. 7.6.5 Msuri pentru stingerea incendiilor la staiile electrice de înalt tensiune

,- - staiile din centralele electrice precum i staiile de conectare i transformare cuprind o mare varietate de instalaii electrice, pentru care tensiunea de serviciu este cunoscut în mod exact, numai de ctre personalul de specialitate pentru deservirea acestora; accesul în staiile electrice este permis numai în prezena personalului de specialitate din staie i doar a celor care particip nemijlocit la stingerea incendiilor; - distanele minime, valabile pentru apropierea de instalaiile de înalt tensiune aflate sub tensiune i pentru utilizarea diferiilor substane de stingere, trebuie respectate cu în mod obligatoriu; - spuma mecanic, care formeaz straturi bune conductoare de electricitate, poate fi utilizat numai în cazul instalaiilor scoase de sub tensiune; dac este necesar, se vor deconecta prile de instalaie din vecintatea zonei afectate; - pulberile stingtoare, care conin substane ce formeaz un electrolit, pot determina pe suprafaa izolatoarelor straturi bune conductoare de electricitate i deci puncte de amorsare a unor descrcri electrice. Distanele minime indicate în aceast lucrare, pentru interveniile în instalaiile electrice aflate sub tensiune, sunt stabilite astfel încât s se poat asigura lucrul fr riscuri (pericole).

"

"


66

Anexa 7.1 Intervenia pentru stingerea incendiilor cu autospeciale.Riscuri


67

Principalele tipuri de deranjamente care pot s survin în timpul funcionrii la utilizarea sistemelor de stingere cu care sunt dotate autospecialele de prevenire i stingere a incendiilor sunt:

A.7.1.1 Pompa centrifug nu aspir (nu se amorseaz)

Acest tip de deranjament este generat de urmtoarele cauze tehnice: [7.11],[7.46],[7.47],[7.50],[7.51]

- pompa i conducta de aspiraie nu sunt umplute suficient cu ap: pentru remediere se reia operaia de aspiraie pentru umplere, completându-se lichidul care lipsete;

- în conducta de aspiraie ptrunde aer, prin punctele de legtur sau din etanrile pompei, în acest caz se mai spune c pompa aspir “aer fals”: pentru remediere, se verific etanrile pompei, determinându-se zonele de ptrundere pentru aer; msurile de remediere constau în etanarea corespunztoare a racordurilor prin strângere cu chei fixe (în contra sens), schimbarea unor garnituri etc.;

- înlimea de aspiraie este prea mare: acest lucru ne arat c pompa a fost greit amplasat; aceasta se va amplasa la înlimea de aspiraie corespunztoare; aceast situaie implic

intervenia asupra: parametrilor din relaia lui hr respectiv asupra variabilelor: l, ζ în sensul scderii

lor spre valori minime; - ventilul de reinere al sorbului (clapeta) nu închide etan (în cazul amorsrii pompei prin

inundare):se verific sorbul, se schimb garnitura i se corecteaz suprafaa de etanare a clapetei sorbului (se cur ventilul de eventualele impuriti etc.);

- în cazul amorsrii cu pompa de vid, nu se creeaz depresiunea necesar amorsrii: se verific etanrile, se remediaz sau se înlocuiesc cele defecte, iar în cazul pompelor multietajate se verific etanarea între etajele acestora; de asemenea este probabil ca în timpul operaiei de amorsare s fie generate fire de vârtej care se pot închide pe suprafaa sursei de ap (figura A.7.1.1); pentru controlul acestui risc, este necesar s se introduc un guler de metal pe care eventualele fire de vârtej s se închid (figura A.7.1.2).[7.11]

sisteme de fixareale conductei

Figura A.7.1.1- Fire de vârtej la o conduct de aspiraie.


68

guler

sisteme de fixareale conductei

Figura A.7.1.2 - Fire de vârtej la o conduct de aspiraie tip A.

- temperatura/greutatea specific a apei se situeaz peste valoarea normal prevzut la instalare: în cazul executrii operaiei de realizare a vidului este necesar ca presiunea la aspiraie s fie mult mai mare decât presiunea de vaporizare a apei pa >> pv sau pa/ >> pv/, întrucât, înlimea practic de aspiraie devine negativ pentru temperaturi ale apei ta > 72 ºC (figura A.7.1.3) ; ca atare este necesar s se restabileasc valorile temperaturilor, conform cu datele din tabelul A.7.1.1.1[7.45],[A.7.49]. Tabelul A.7.1.1 - Presiunea de vaporizare la ap

t [0C] 0 10 20 30 40 60 80 100

γvp

[m] 0,062 0,152 0,233 0,433 0,752 2,031 4,823 10,33

A.7.1.2 Pompa centrifug aspir ap dar nu refuleaz

Acest tip de deranjament poate fi generat de urmtoarele cauze: [7.46],[7.47]

- vana de refulare este închis: vana de refulare se deschide, pân când manometrul indic presiunea de lucru; se atrage atenia asupra faptului c pompa nu trebuie s funcioneze timp îndelungat cu vana închis, ci doar pân se efectueaz amorsarea acesteia;

- canalele rotoarelor sunt înfundate: se cur canalele rotoarelor.

h

t [ C]

10

0

a[m]

100

98

7

5

-2

-4

a)

b)

0

Figura A.7.1.3 - Înlimea de aspiraie în raport cu temperatura apei:

a) - înlimea teoretic de aspiraie; b) - înlimea practic de aspiraie.


69

Acest tip de deranjament poate fi generat de urmtoarele cauze [7.46],[7.47]:

- etanrile pompei sau ale conductei de aspiraie sunt necorespunztoare: se verific etanrile i se remediaz sau se înlocuiesc, dac este cazul, defeciunile; - înlimea de aspiraie este mai mare decât valoarea admis de condiiile montrii pompei: se corecteaz înlimea de aspiraie sau se înltur pierderile suplimentare pe conducta de aspiraie; - temperatura apei/greutatea specific () crete peste valorile de funcionare prevzute la instalare: se restabilesc valorile temperaturii/greutii specifice () a lichidului pompat la valori normale, i numai dac este cazul se schimb caracteristicile instalaiei.

!


- rezistene hidraulice suplimentare la aspiraie sau la refularea pompei: se înltur toate aceste rezistene; nu se acioneaz asupra vanei de aspiraie decât pentru stabilirea ei în poziia „complet deschis” sau în poziia „complet închis”; - pompa este înfundat:se demonteaz i se cur pompa (se cur canalele rotorice, dispozitivele conexe etc.); - etanrile pompei sau ale conductei de aspiraie sunt necorespunztoare: se remediaz etanrile sau se înlocuiesc cele defecte;

- turaie sczut a motorului de antrenare: se verific starea curelei de transmisie ; - uzur pronunat a rotoarelor sau a labirinilor: se înlocuiesc piesele uzate; - sensul de rotaie al pompei este greit: se schimb sensul de rotaie al antrenrii;

- pompa nu a fost complet golit de aer: se deschid robinetele de aerisire, se evacueaz aerul i apoi se amorseaz pompa; - pompa funcioneaz în cavitaie (când temperatura lichidului crete, presiunea de vaporizare atinge valori superioare presiunii de aspiraie i se formeaz vapori): în acest caz, temperatura sau greutatea specific se corecteaz, iar dac este cazul se modific caracteristicile instalaiei.

A.7.1.5 Supraîncrcarea sistemului de antrenare


- rezistene hidraulice necorespunztoare în refularea pompei: se modific rezistenele hidraulice la valori pentru care puterea absorbit devine normal; - frecri accidentale ale pieselor din compunerea pompei: se demonteaz pompa i se înltur deranjamentele, dup caz prin schimbarea pieselor. Toate deranjamentele se remediaz prin respectarea cerinelor prezentate pentru fiecare defeciune în parte. Atunci când deranjamentele sunt de natur mecanic, se procedeaz la demontarea pompei, avându-se în vedere nu numai înlocuirea pieselor avariate ci i cercetarea strii funcional-mecanice a celorlalte piese (existena: uzurilor, fisurilor, dereglajelor, zgomotelor, vibraiilor, blocarea inelelor de ungere ale lagrelor etc.).


70

Anexa 7.2 Caracteristici de funcionare ale pompei p.s.i. 50/8

Pompa p.s.i. 50/8, este o pomp destinat stingerii incendiilor care echipeaz autospecialele de lucru cu ap i spum construite în România. [7.50],[7.51]

Aceasta este o pomp centrifug construit în simplu flux cu dou etaje, având rotoarele dispuse “spate în spate” i carcase spirale pentru fiecare etaj.

În seciune transversal, aceasta este reprezentat în figura A.7.2.1.

! "#$%&

$+!%+!.+!*+!'+!

/+"!)+!0+!1+!$&+!

$$+!$%+!$.+!$*+..&0!

$+!$/+!$)+!$0+!$1+!%&+!%$+!%%2"!

%.+/.&0!%*+


71

A.7.2.1 Sistemul de amorsare al pompei p.s.i. 50/8 Amorsarea pompei se poate realiza în dou moduri, prin: inundare, aspiraie.

În cazul în care amorsarea se realizeaz prin inundare, pompa se umple cu ap prin cdere liber (sub efectul gravitaiei), cu condiia s existe o surs de ap care s aib suprafaa liber mai sus fa de axul pompei, cum este spre exemplu, rezervorul autospecialei.

În cea de-a doua situaie, când amorsarea se realizeaz prin aspiraie, apa ajunge în pompa centrifug sub aciunea presiunii atmosferice, al crei efect se manifest când se realizeaz depresiune în incinta acesteia, cu ajutorul pompei de vid.

Pentru amorsarea pompei de ap se utilizeaz, de regul, dou tipuri de pompe de vid: una cu ejector i una cu rotor cu palete mobile, care asigur independent amorsarea pompei centrifuge, dar se pot utiliza simultan, pentru reducerea timpului de amorsare.

Pompa de amorsare cu rotor având palete mobile din dotarea autospecialelor de intervenie (figura A.7.2.2) este o pomp auxiliar, de serviciu, cu funcionare limitat în timp.

Principalele caracteristici ale pompei determinate experimental, sunt prezentate în tabelul A.7.2.1.

Tabelul A.7.2.1 - Caracteristici ale pompei p.s.i. 50/8 Debit maxim [l/min]

corespunztor turaiei pompei de: Înlimea

de aspiraie

Numrul coloanelor

de aspiraie

Presiunea de refulare [daN/cm2] 2640

[rot/min.] 3000

[rot/min.] 6 4600 4600

10 4400 4400 1,5 2 14 2500 4000 4 1000 1400 6 1800 1800 7,5 2

10 1600 1600 6 5000 5200

10 4800 5000 1,5 4 14 2900 3600 6 5000 5200

10 4800 5000

0 (alimentare din cazanul

propriu)

Conducta de legtur

între cazan i pomp 14 2900 3600


72

Figura A.7.2.2 - Pompa de vid cu rotor i palete mobile : $+!%+!.+!*+!'+!/+!)+!

0+!1+!$&+!$$+!$%+3!$.+!$*+!$'+!$/+!$)+!$0+!

$1+!%+

Pentru realizarea depresiunii necesare, amorsrii pompei de ap, se utilizeaz un ejector de gaze prevzut cu un ajutaj, prin intermediul creia sunt dirijate gazele arse rezultate la toba de eapament a autospecialei. Bibliografie capitolul 7 [7.1] Anton, V., Popoviciu, M., Trofin, I. - Hidraulic i maini hidraulice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1978. [7.2] Cavaropol, D.V. - Elemente de dinamica jeturilor de fluid folosite la stingerea incendiilor, Editura Printech, Bucureti, 2002. [7.3] Blulescu, P, Clinescu, V.- Hidraulica pentru pompieri, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1976. [7.4] Iamandi, C., Petrescu, V.- Mecanica fluidelor, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1983. [7.5]Vintil, t. Cruceru, T. Onciu, L. - Instalaii sanitare i de gaze, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti,1995 [7.6] Cavaropol, D.V. - Jeturi de lichid în gaz i aplicaii. Referat pentru doctorat, Bucureti, 1997. [7.7] Leca, A., Leca, M. - Aditivarea lichidelor soluie modern de economisire a energiei, Editura Tehnic, Bucureti, 1982. [7.8] Blulescu, P., Crciun, I .- Agenda pompierului, Editura Tehnic, Bucureti, 1994. [7.9] Blulescu, P., Clinescu,V. - Hidraulica pentru pompieri, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1970. [7.10]Vasile, D.- Servomanipulatoare de stingere a incendiilor. Teorie i aplicaii. Editura Curtea Veche, Bucureti, 2001. [7.11] Cioc, D. - Hidraulic, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1975. [7.12]***O.C.C.P.M. nr.1117/1999 - Norme de protecia muncii specifice pregtirii pentru lupt i desfurrii interveniilor pompierilor militari, Bucureti, 1999. [7.13]Cavaropol, D.,V. - Elemente de dinamica jeturilor de fluid, la stingerea incendiilor, Editura Printech, Bucureti, 2002. [7.14] Anton, A.,E., Baya, A.- Mecanica fluidelor, micri hidraulice i acionri, Editura Orizonturi Universitare, Timioara, 2002. [7.15] Benescu, V., Moei, C. - Curs de Tehnica i tactica interveniilor, Facultatea de Pompieri, Bucureti, 1996. [7.16]***STAS 6264/1998 - Utilaj de stins incendii. evi de refulare de mân simple Dimensiuni, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998. [7.17]***STAS 6782/1983 - Utilaj de stins incendii. evi de refulare de mân cu robinet. Dimensiuni, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1990. [7.18] Vintil, t., Crciun, I., Damian, R., Cruceru,T., Retezan, A., Badea, Gh., Mateescu, Th.,Teodorescu, D., Sandu, M., Popescu, V. - Manual de instalaii sanitare, Editura Artenco, Bucureti, 2002.


73

[7.19]*** SR EN 671-1/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului. Sisteme echipate cu furtun, Partea 1: Hidrani interiori cu furtun semirigid, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1996. [7.20]***SR EN 671-2/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului. Sisteme echipate cu furtun, Partea 2: Hidrani de perete echipai cu furtunuri plate, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1996. [7.21]*** SR 2164 /1994 - Furtun de refulare cauciucat pentru utilaje de stins incendii, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1994. [7.22]***O.M.I. nr. 92/30.11.1990, pentru aprobarea Regulamentului instruciei de specialitate a pompierilor militari. [7.23] Almoreanu, E., Dinu, G., Stoica, M.- Rezistena materialelor, Editura MatrixRom, Bucureti, 2002. [7.24]***SR ISO 8331 /1995 - Furtunuri i tuburi de cauciuc i materialeplastice.Ghid tehnic pentru selecionare, depozitare, utilizare i pstrare, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1995. [7.25]***SR ISO 7751/1995 - Furtunuri i tuburi de cauciuc i materiale plastice, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1995. [7.26] Avram, V., Sârbu, Ghe., Balint, I.- Calculul forelor i mijloacelor pentru stingerea incendiilor, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1984. [7.27] *** O.M.I. nr. 92/30.11.1990, pentru aprobarea Regulamentului instruciei de specialitate a pompierilor militari. [7.28] *** SR CEI 479 - 2/1995 - Efectele trecerii curentului electric prin corpul omului. Partea 2: Aspecte particulare . [7.29] Golovanov, N., Popescu, G., Dumitrana, T., Coatu, S. - Evaluarea riscurilor generate de descrcri electrostatice, Editura Tehnic, Bucureti, 2000. [7.30] Popescu, G., Golovanov, N. - Efecte fiziologice i riscul de fibrilaie determinate de trecerea prin om a curentului de descrcare electrostetic, a III-a Sesiune tiinific a Facultii de Pompieri “SIGPROT-2000“, Risc tehnic/tehnologic. Risc de incendiu, Bucureti, 26 mai 2000. [7.31] Golovanov, N., Popescu, G., Opri, M. - Efecte fiziologice i riscul de fibrilaie, determinate de trecerea prin om a curentului de descrcare electrostatic, a XXXV-a, Conferin Naional de Instalaii - Instalaii pentru începutul mileniului trei, volumul 2, Sinaia, (3...6) octombrie, 2000. [7.32] Popescu, G., Darie, E., Eleonora, D. - Riscul de accident generat de stingerea cu ap a instalaiilor electrice sub tensiune, Simpozion - Sisteme, echipamente, instalaii electrice i automatizri, Facultatea de Instalaii, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti (24...26) noiembrie, Bucureti, 2004. [7.33] Popescu, G., Eleonora, D., Benga, M., Darie, E., - Efecte fiziologice i riscul de fibrilaie la trecerea curentului electric prin corpul uman , Conferina naional cu participare internaional - Instalaii pentru construcii i confortul ambiental, ediia a 14 - a, (14...15) aprilie 2005, Timioara, Editura “ Politehnica “ Timioara, 2005. [7.34] Popescu, G., Golovanov, N., Toader, C. - Riscuri generate de stingerea cu ap a instalaiilor electrice aflate sub tensiune, partea I-a, Sesiunea tiinific Internaional “ SIGPROT- 2002 ”, Editura Matrix Rom, Bucureti, 2002. [7.35] Popescu, G., Golovanov, N., Toader, C.- Riscuri generate de stingerea cu ap a instalaiilor electrice aflate sub tensiune, partea a II-a, Sesiunea tiinific Internaional „ SIGPROT - 2002 ”, Editura Matrix Rom, Bucureti, 2002. [7.36] Irresberger, G.- Zur Frage des Isolationswiderstandes von Schuhen, Bulletin SEV, 46,1955, pg.159. [7.37] Biegelmeier, G. - Studie über die Wirkung des electrischen Strömes auf den menschlichen Körper , ÖK- CEE, A 106/61. [7.38] Koch, W.- Widerstand von Wasserstrahlen, ETZ - A, 74, 1953, pg.543. [7.39]Lurf, K.-Technische und taktische, methoden der Brandbekämpfung bei elektrischen Anlagen, 8 Symposium des CTIF,(25...29) September 1974, Luxemburg. [7.40]*** SR CEI 479 - 2: 1995 - Efectele trecerii curentului electric prin corpul omului, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1995. [7.41] Darie, E., Popescu, G., Oprean, O., Buril, C. - Model fizico - matematic pentru determinarea rezistenei electrice a unui jet de ap refulat printr-o eav de pompieri tip, Conferina “SIGPROT - 2006”, Facultatea de Pompieri, Editura Printech, Bucureti, 2006 [7.42] Grecu,T., .a., - Maini mecanoenergetice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1983. [7.43] Petrescu, V., Sandu, L., Damian, R., Anton, R., Degeratu, M. - Hidraulic i maini hidraulice, elemente de calcul; aplicaii, Institutul de Construcii, Bucureti, 1982. [7.44] Arthur, E., Cote P.E. - Fire Protection Handbook, Sixteenth Edition, United State of America, 1986. [7.45] Rocule, M.- Lexicon tehnic Român, Editura Tehnic, 1957. [7.46]***O.M.I. nr. 92/30.11.1990 - Regulamentul Instruciei de Specialitate a Pompierilor Militari. [7.47]***O.C.C.P.M. nr. 1337 din 14.08.1998 pentru elaborarea Normelor tehnice privind exploatarea, întreinerea, repararea, scoaterea din funciune, declasarea i casarea autospecialelor, aparaturii, mijloacelor i echipamentelor de p.s.i. [7.48]***Maini i utilaje de stins incendii, volumul 2, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1980. [7.49] Seteanu, I., .a. - Mecanica fluidelor i maini hidroenergetice. Culegere de probleme, litografie Institutul Politehnic Bucureti, volumul 1, 1984. [7.50] erban, M., Popescu, G.- Riscuri la funcionarea autospecialelor pentru stins incendii la aspiraia din surse naturale sau artificiale de ap, a XXXVII-a Conferin Naional de Instalaii „ Instalaii pentru începutul mileniului “ Sinaia, (1...4) octombrie 2002, Editura Matrix Rom, 2002. [7.51] erban, M., Popescu, G.- Probleme tehnice privind funcionarea autospecialelor pentru stins incendii la aspiraia din surse naturale sau artificiale de ap, Sesiunea tiinific Internaional „SIGPROT- 2002”, Editura Matrix Rom, Bucureti, 2002.


74

[7.52] Hinze, J.,Ó.- Turbulence, Mc Graw - Hill, New York, 1975. [7.53]***STAS 1478/1990 - Alimentarea cu ap la construcii civile i industriale. Prescripii fundamentale de proiectare, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1990.

Capitolul 8

Pierderi de sarcin liniare la furtunuri plate pentru stingerea incendiilor utilizând autospeciale ale pompierilor. Determinri experimentale 8.1 Elemente generale

Determinrile experimentale s-au realizat, utilizând un dispozitiv compus dintr-o autospecial pentru prevenirea i stingerea incendiilor, de tipul A.T.I.R 12.215[8.17], prezentat în figura 8.4 i la anexa A. 8.1, o linie format dintr-un numr multiplu de furtunuri tip B i tip C, cu lungimi standard egale fiecare cu 20 m, [8.11] având diametrul interior egal cu 76mm i respectiv 52 mm [8.22],[8.23],[8.25] ; evile de refulare utilizat respect prevederile standardelor în vigoare, fiind tip. [8.11],[8.12],[8.13],[8.14],[8.15],[8.16] De asemenea, s-au efectuat determinri ale pierderilor de sarcin liniare pe un tronson de conduct cu seciune circular din aliaj de aluminiu având diametrul 52 mm; tronsonul s-a realizat în ideea de a compara pierderile de sarcin determinate pe acesta, cu cele determinate pe furtunurile tip C, acestea având acelai diametru interior. Refularea apei utilizat pentru determinri s-a efectuat într-un rezervor gradat de capacitate egal cu 2 m3; în figurile 8.1, 8.2, 8.3 sunt prezentate schemele simplificate ale circuitelor utilizate.[8.7],[8.8],[8.9],[ 8.10] Autospeciala are în dotare o pomp centrifug tip p.s.i. 50/8; pentru determinri, circuitul conine dou tronsoane de conduct din aluminiu, având fiecare dintre acestea, lungimi egale cu 0,5m, cu diametrul interior de 52 mm, în care sunt încorporate, la capetele traseelor de msurare (la ieirea din pomp/intrarea în eava de refulare - figura 8.5), câte un manometru având clasa de precizie 1,6 pentru care, condiiile de lucru, au impus domeniul de presiuni cuprins în intervalul (0.4…10)MPa [8.18] Cele dou tronsoane de conduct care au încorporate fiecare câte un manometru materializate în figurile rezentate în text, prin punctele (1)i (2), au fost racordate pe liniile de furtunuri, unul la ieirea din autospecial iar cellalt, înainte de intrarea în evile de refulare tip B sau tip C, având ajutaje de 16 mm i respectiv 10 mm.[8.15],[8.16] Pentru cuplarea furtunurilor între ele, au fost utilizate racorduri standard de trecere a apei. [8.12],[8.13],[8.14]


75

Pentru realizarea determinrilor, s-au utilizat concentraii ale aditivilor cuprinse în intervalul (0…30)ppm, valori considerate ca fiind compatibile cu cerinele de lucru. [8.7],[8.10]

8.1.2 Determinri experimentale la ap fr utilizarea de aditivi polimerici la

furtunuri plate tip C

Pentru realizarea determinrilor experimentale, în cazul utilizrii apei fr coninut de polimeri, s-au avut în vedere urmtoarele observaii, ipoteze de lucru:[8.1],[8.2],[8.3],[8.4],[8.5],[8.6],[8.7]

- temperatura atmosferic a mediului ambiant a fost egal cu28 °C; - refularea s-a realizat direct în rezervorul de ap, la presiune atmosferic; - presiunea de refulare a apei la ieirea din pomp a fost meninut constant în mod

permanent i egal cu 0,7 MPa; - reglajul pentru presiune i debit s-a realizat prin variaia turaiei motorului

autospecialei; - eava de refulare utilizat de tipul C, cu ajutajul de refulare egal cu 10 mm;

[8.15],[8.16] - furtunurile utilizate pentru refularea apei sunt de tipul C, cu diametrul interior egal

cu 52 mm i lungimea standard egal cu 20 m fiecare; [8.11] - pierderile de sarcin locale se neglijeaz prin faptul c traseul de furtunuri a fost

dispus pe sol, rectiliniu, iar prin cuplarea acestora între ele cu racordurile conexe nu au fost generate astfel de pierderi de sarcin care s influeneze determinrile efectuate; [8.13],[8.14]

- rezultate obinute în urma determinrilor, celelalte ipoteze de lucru i concluziile sunt redate în tabelul 8.1.


76

8.1.3 Determinri experimentale pentru ap cu utilizarea de aditivi polimerici la furtunuri plate tip C

Pentru realizarea determinrilor experimentale, s-au avut în vedere urmtoarele observaii i ipoteze de lucru: [8.1],[8.2],[8.3],[8.4],[8.5],[8.6],[8.7]

- temperatura atmosferic a mediului ambiant, 28 °C; - refularea apei cu aditivi s-a fcut direct în rezervor, la presiune atmosferic; - presiunea de refulare a apei la ieirea din pomp a fost permanent constant i egal

cu 0,7M Pa; - presiunea i debitul au fost reglate prin variaia turaiei motorului de la

autospeciala pentru stingerea incendiilor; - s-a utilizat o eav de refulare tip C, cu ajutajul de refulare 10 mm; furtunurile

utilizate pentru refularea apei sunt de tipul C i diametrul interior 52 mm; [8.15],[8.16] - pierderile de sarcin locale se neglijeaz prin faptul c pe de o parte traseul de

furtunuri a fost dispus pe sol rectiliniu iar prin cuplarea acestora între ele cu racordurile conexe nu sunt generate pierderi de sarcin, suficient de mari; [8.13],[8.14]

- datele obinute i ipotezele de lucru, sunt prezentate în tabelele: 8.2, 8.3, 8.4.

8.1.4 Determinri experimentale pentru ap i ap cu aditivi pe furtunuri plate tip B

S-au efectuat o serie de determinri utilizând furtunuri tip B având diametrul interior 76 mm pe un dispozitiv ca cel prezentat în figura 8.2. [8.1],[8.2],[8.3],[8.4],[8.5],[8.6],[8.7] Pentru efectuarea determinrilor experimentale s–au avut în vedere urmtoarele ipoteze i date de lucru: - s-au realizat trei tronsoane diferite de furtunuri cu lungimile de: 60 m; 120 m; 180 m; - s-au efectuat seturi de determinri la ap pentru o serie de aditivi (medasol, polias, pancreatin, hidrolizat de colagen) cu concentraia c = 20 ppm considerat ca fiind optim;[8.7],[8.10] - presiunea utilizat la ieirea din autospecial (pompa centrifug) este de 0,7M Pa; - temperatura exterioar de lucru utilizat este de 7 °C; - eava de refulare este de tip B cu ajutaj de 16 mm. [8.15],[8.16]

Pentru reducerea pierderilor de sarcin liniare la curgerea turbulent a apei prin furtunuri, au fost utilizai urmtorii polimeri:

- medasol 7500 (poliacrilamid nehidrolizat): cu vâscozitatea intrinsec în soluie apoas 1 N de azotat de sodiu la temperatura de 30 °C i masa molecular medie vâscozimetric determinat de 610358,5 ⋅ g/mol;

- polias 520,(poliacrilamid hidrolizat): cu un grad de hidroliz determinat de 22,5 % vâscozitate intrinsec (definit la capitolul 8.1), în soluie apoas de azotat de sodiu, la temperatura de 30 °C i masa molecular medie vâscozimetric determinat de 610969,5 ⋅ g/mol; - hidrolizat de colagen H08: cu vâscozitatea intrinsec în soluie de clorur de potasiu 1 M la pH = 7,6 la temperatura de 25 °C i masa molecular medie vâscozimetric determinat de 6105,9 ⋅ g/mol; - pancreatin: amestec obinut din pancreas de bovine/ovine prin extracie apoas cu soluie saturat în cloroform.


77

Datele obinute în urma determinrilor experimentale realizate, precum i ipotezele de lucru, sunt prezentate în tabelele 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9. Probele de polimeri utilizate, au fost fabricate i livrate de ctre Institutul Naional pentru Cercetri Biologice.[8.10]

8.1.5 Determinri experimentale pentru ap fr utilizarea de aditivi în conducte din aliaj de aluminiu

Pentru efectuarea determinrilor experimentale s-au avut în vedere urmtoarele

observaii i ipoteze de lucru:[8.1],[8.2],[8.3],[8.4],[8.5],[8.6],[8.7] - s-au efectuat o serie de determinri utilizând conducte din aliaj de aluminiu având

diametrul interior egal cu 52 mm montate ca în dispozitivul din figura 8.3; [8.15],[8.16] - pentru comparaie cu celelalte date din tez, presiunea realizat la ieirea din

pompa centrifug a autospecialei a fost de 0,7MPa; - rezultatele obinute i celelalte ipoteze de lucru sunt prezentate în tabelul 8.10.[8.1],[8.2],[[8.3],[8.4],[8.5],[8.6],[.8.7]


78

8.1.6 Rezultate i unele concluzii ale determinrilor efectuate Determinrile experimentale realizate, sunt evideniate în tabelele 8.1...8.10, funcie de care s-au trasat figurile 8.6...8.10. Principalele concluzii rezultate sunt: - referitor la determinrile efectuate în condiiile specificate: furtun tip B cu diametrul interior 76 mm, temperatura de lucru C70 , ajutajul evii de refulare 16 mm, concentraia 20c = ppm (figura 8.2), reducerea pierderilor de sarcin liniare în furtunuri este cea mai mare în cazul utilizrii aditivului denumit, polietilenoxid; - referitor la determinrile efectuate în condiiile specificate: ajutajul evii de refulare 10 mm, temperatura de lucru C280 , vârsta aditivului 2,5 ani, diametrul interior al furtunului tip C, 52 mm, pentru concentraii de 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm (figura 8.1), reducerea pierderilor de sarcin liniare în furtunuri este mai mare pentru concentraii c = 20ppm de polietileoxid; - referitor la determinrile experimentale efectuate pentru ap fr utilizarea de aditivi polimerici, în condiiile specificate (ajutajul evii de refulare 10 mm, temperatura de lucru

C280 , debitul de refulare 3 l/s), reducerea pierderilor de sarcin linare este mai mare la furtunuri în comparaie cu conductele din aliaj din aluminiu pentru acelai diametru interior 55 mm (figura 8.8); - referitor la determinrile experimentale efectuate în condiiile specificate (furtun tip B cu diametrul interior 76 mm, temperatura de lucru C70 , ajutajul evii de refulare 16 mm, debitul de refulare 7 l/s, concentraia de aditiv c 20= ppm) pentru aditivii: medasol 7500, polias


79

520, pancreatin i hidrolizat de colagen, reducerea pierderilor de sarcin este mai mare pentru aditivul pancreatin ;


80

Tabelul 8.1 Determinri experimentale pentru ap fr coninut de aditivi:

(ajutajul evii de refulare 10 mm; temperatura de lucru 280C; diametrul interior al furtunurilor tip C = 52 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]

Cdere de presiune p =p1- p2

[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]

Timp de refulare în atmosfer

[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,53⋅105 0,47⋅105 20 150 50 7⋅105 6,00⋅105 1,00⋅105 40 150 50 7⋅105 5,75⋅105 1,25⋅105 60 150 50 7⋅105 5,51⋅105 1,49⋅105 80 150 50 7⋅105 5,24⋅105 1,76⋅105 100 150 50 7⋅105 5,00⋅105 2,00⋅105 120 150 50 7⋅105 4,73⋅105 2,27⋅105 140 150 50 7⋅105 4,51⋅105 2,49⋅105 160 150 50 7⋅105 4,25⋅105 2,75⋅105 180 150 50 7⋅105 4,00⋅105 3,00⋅105 200 150 50

continuare tabel 8.1

Debit [l/s]

Diametrul interior

furtun tip C

[mm]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]

Coeficient λλλλ d

l Re

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

3 52 4,7 0,158 0,36⋅103 6,9⋅104 3 52 10 0,169 0,72⋅103 6,9⋅104 3 52 12,5 0,140 1,09⋅103 6,9⋅104 3 52 14,9 0,125 1,45⋅103 6,9⋅104 3 52 17,6 0,118 1,81⋅103 6,9⋅104 3 52 20 0,112 2,18⋅103 6,9⋅104 3 52 22,7 0,109 2,54⋅103 6,9⋅104 3 52 24,9 0,105 2,90⋅103 6,9⋅104 3 52 27,5 0,103 3,27⋅103 6,9⋅104 3 52 30 0,101 3,63⋅103 6,9⋅104


81

Tabelul 8.2

Determinri pentru ap utilizând ca aditiv polietilenoxidul (ajutajul evii de refulare = 10 mm; temperatura de lucru 280C;vârsta aditivului 2,5 ani;

concentraia aditivului 10 ppm; diametrul interior al furtunului tip C= 52 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]

Cdere de presiune p= p1- p2

[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap

refulat [l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,60⋅105 0,40⋅105 20 150 50 7⋅105 6,33⋅105 0,67⋅105 40 150 50 7⋅105 6,10⋅105 0,90⋅105 60 150 50 7⋅105 5,80⋅105 1,20⋅105 80 150 50 7⋅105 5,50⋅105 1,50⋅105 100 150 50 7⋅105 5,31⋅105 1,69⋅105 120 150 50 7⋅105 5,00⋅105 2,00⋅105 140 150 50 7⋅105 4,70⋅105 2,30⋅105 160 150 50 7⋅105 4,50⋅105 2,50⋅105 180 150 50 7⋅105 4,20⋅105 2,80⋅105 200 150 50


Debit [l/s]

Diametrul

interior

furtun tip C

[mm]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare Calculat

3 52 4 0,135 0,36⋅103 6,9⋅104 3 52 6,7 0,111 0,72⋅103 6,9⋅104 3 52 9 0,101 1,09⋅103 6,9⋅104 3 52 12 0,1014 1,45⋅103 6,9⋅104 3 52 15 0,1014 1,81⋅103 6,9⋅104 3 52 16,9 0,095 2,18⋅103 6,9⋅104 3 52 20 0,096 2,54⋅103 6,9⋅104 3 52 23 0,097 2,90⋅103 6,9⋅104 3 52 25 0,093 3,27⋅103 6,9⋅104 3 52 28 0,093 3,63⋅103 6,9⋅104


82

Tabelul 8.3 Determinri pentru ap utilizând ca aditiv polietilenoxidul

(ajutajul evii de refulare 10 mm; temperatura de lucru 280C; vârsta aditivului 2,5 ani; concentraia aditivului 15 ppm; diametrul interior al furtunului tip C=52 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]

Cdere de presiune p=p1- p2

[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,80⋅105 0,20⋅105 20 150 50 7⋅105 6,60⋅105 0,40⋅105 40 150 50 7⋅105 6,38⋅105 0,62⋅105 60 150 50 7⋅105 5,10⋅105 0,90⋅105 80 150 50 7⋅105 5,80⋅105 1,20⋅105 100 150 50 7⋅105 5,65⋅105 1,35⋅105 120 150 50 7⋅105 5,40⋅105 1,60⋅105 140 150 50 7⋅105 4,20⋅105 1,80⋅105 160 150 50 7⋅105 4,95⋅105 2,05⋅105 180 150 50 7⋅105 4,70⋅105 2,30⋅105 200 150 50


Debit [l/s]

Diametrul interior

furtun tip C

[mm]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

3 52 2 0,067 0,36⋅103 6,9⋅104 3 52 4 0,067 0,72⋅103 6,9⋅104 3 52 6,2 0,069 1,09⋅103 6,9⋅104 3 52 9 0,076 1,45⋅103 6,9⋅104 3 52 12 0,081 1,81⋅103 6,9⋅104 3 52 13,5 0,076 2,18⋅103 6,9⋅104 3 52 16 0,077 2,54⋅103 6,9⋅104 3 52 18 0,076 2,90⋅103 6,9⋅104 3 52 20,5 0,076 3,27⋅103 6,9⋅104 3 52 23 0,077 3,63⋅103 6,9⋅104


83

Tabelul 8.4 Determinri pentru ap utilizând ca aditiv polietilenoxidul

(ajutajul evii de refulare 10 mm; temperatura de lucru 280C; vârsta aditivului 2,5 ani; concentraia aditivului 20 ppm; diametrul interior al furtunului tipC = 52 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]


[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,70⋅105 0,30⋅105 20 150 50 7⋅105 6,50⋅105 0,50⋅105 40 150 50 7⋅105 6,32⋅105 0,68⋅105 60 150 50 7⋅105 6,11⋅105 0,89⋅105 80 150 50 7⋅105 5,91⋅105 1,09⋅105 100 150 50 7⋅105 5,70⋅105 1,30⋅105 120 150 50 7⋅105 5,45⋅105 1,55⋅105 140 150 50 7⋅105 5,31⋅105 1,69⋅105 160 150 50 7⋅105 5,11⋅105 1,89⋅105 180 150 50 7⋅105 4,80⋅105 2,20⋅105 200 150 50


Debit [l/s]

Diametrul interior

furtun tip C

[mm]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

3 52 3 0,100 0,36⋅103 6,9⋅104 3 52 5 0,084 0,72⋅103 6,9⋅104 3 52 6,8 0,076 1,09⋅103 6,9⋅104 3 52 8,9 0,075 1,45⋅103 6,9⋅104 3 52 10,9 0,073 1,81⋅103 6,9⋅104 3 52 13 0,073 2,18⋅103 6,9⋅104 3 52 15,5 0,074 2,54⋅103 6,9⋅104 3 52 16,9 0,071 2,90⋅103 6,9⋅104 3 52 18,9 0,070 3,27⋅103 6,9⋅104 3 52 22 0,074 3,63⋅103 6,9⋅104


84

Tabelul 8.5 Determinri experimentale pentru ap

(temperatura de lucru 70C; ajutajul evii de refulare 16 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]

Cdere de presiune p=p1 - p2

[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,75⋅105 0,25⋅105 60 910 130 7⋅105 6,55⋅105 0,45⋅105 120 630 90 7⋅105 6,35⋅105 0,65⋅105 180 490 70


Debit [l/s]

Diametrul interior

furtun tip B

[mm]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

7 76 2,5 0,028 0,78⋅103 1,17⋅105 7 76 4,5 0,025 1,57⋅103 1,17⋅105 7 76 6,5 0,024 2,36⋅103 1,17⋅105

Tabelul 8.6

Determinri experimentale pentru medasol 7500 (temperatura de lucru 70C; concentraie 20 ppm; ajutajul evii de refulare 16 mm;

diametrul interior al furtunului tip B= 76 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]


[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,95⋅105 0,05⋅105 60 910 130 7⋅105 6,65⋅105 0,35⋅105 120 630 90 7⋅105 6,45⋅105 0,55⋅105 180 490 70


Debit [l/s]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Reducerea pierderilorde sarcin fa de ap

[%] Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

7 0,5 5,63⋅10-3 0,78⋅103 1,17⋅105 80 7 3,5 0,019 1,57⋅103 1,17⋅105 22,23


85

7 5,5 0,020 2,36⋅103 1,17⋅105 15,39 Tabelul 8.7

Determinri experimentale pentru polias 520 (temperatura de lucru 70C; concentraie 20 ppm; ajutajul evii de refulare 16 mm;

diametrul interior al furtunului tip B= 76 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]


[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,80⋅105 0,20⋅105 60 910 130 7⋅105 6,60⋅105 0,40⋅105 120 630 90 7⋅105 6,40⋅105 0,60⋅105 180 490 70


Debit [l/s]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re



Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

7 2 0,022 0,78⋅103 1,17⋅105 20 7 4 0,022 1,57⋅103 1,17⋅105 11,12 7 6 0,022 2,36⋅103 1,17⋅105 7,7

Tabelul 8.8 Determinri experimentale pentru pancreatin

(temperatura de lucru 70C; concentraie 20 ppm; ajutajul evii de refulare 16 mm; diametrul interior al furtunului tip B= 76 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]


[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,95⋅105 0,05⋅⋅105 60 910 130 7⋅105 6,85⋅105 0,15⋅105 120 630 90 7⋅105 6,75⋅105 0,25⋅105 180 490 70


Debit [l/s]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Reducerea pierderilor de sarcin fa de ap


Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

7 0,5 5,63 ⋅10-3 0,78⋅103 1,17⋅105 80 7 1,5 8,45 ⋅10-3 1,57⋅103 1,17⋅105 66,67


86

7 2,5 9,3 ⋅10-3 2,36⋅103 1,17⋅105 61,54

Tabelul 8.9 Determinri experimentale pentru hidrolizat de colagen H08

(temperatura de lucru 70C; concentraie 20 ppm; ajutajul evii de refulare 16 mm; diametrul interior al furtunului tip B= 76 mm)

p1 [Pa]

P2 [Pa]


[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,80⋅105 0,20⋅105 60 910 70 7⋅105 6,60⋅105 0,40⋅105 120 630 50 7⋅105 6,45⋅105 0,55⋅105 180 490 30


Debit [l/s]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh [m]


l Re



Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

7 2 0,022 0,78⋅103 1,17⋅105 20 7 4 0,022 1,57⋅103 1,17⋅105 11,12 7 5,5 0,022 2,36⋅103 1,17⋅105 15,39


87

Tabelul 8.10 Determinri experimentale la ap fr utilizarea de aditivi polimerici în conducte din aliaj de aluminiu

(diametrul interior al conductei tip C = 52 mm; ajutajul evii de refulare 10 mm; temperatura mediului de lucru 28 C)

p1 [Pa]

P2 [Pa]


[Pa]

Lungime furtun

[m]

Volum de ap refulat

[l]


[s] Valoare impus

Valoare msurat

Valoare calculat

Valoare impus

Valoare msurat

Valoare msurat

7⋅105 6,44⋅105 0,56⋅105 20 150 50 7⋅105 5,88⋅105 1,12⋅105 40 150 50 7⋅105 5,32⋅105 1,68⋅105 60 150 50 7⋅105 4,7⋅105 2,24⋅105 80 150 50 7⋅105 4,20⋅⋅105 2,80⋅105 100 150 50


Debit [l/s]

Pierdere de sarcin

∆ 21−rh

[m]


l Re

Temperatura de lucru

[oC]

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare calculat

Valoare impus

3 5,6 0,198 0,36⋅103 6,9⋅104 25 3 11,2 0,198 0,72⋅103 6,9⋅104 25 3 16,8 0,198 1,09⋅103 6,9⋅104 25 3 22,4 0,198 1,45⋅103 6,9⋅104 25 3 28 0,198 1,81⋅103 6,9⋅104 25


88


89


90


91

Pentru realizarea determinrilor experimentale, a fost utilizat o autospecial de tipul A.T.I. Roman 9256, care este o autospecial de mare capacitate, conceput pentru stingerea incendiilor cu ap i/sau spum, pentru care s-a prezentat în anexa 8.1, schema instalaiilor speciale. Principalele capaciti ale autospecialei sunt: rezervorul de ap, 10000 l; rezervorul de spumant lichid, 2000 l. Principalele caracteristici funcionale ale instalaiilor speciale sunt: debitul de ap al pompei centrifuge, 5000 l/min. la ≅ 0,8 MPa; btaia maxim a tunului cu ap la 30º, este de 80m iar la 80º de 60m; btaia maxim a tunului cu spum la 30º, este de 60m iar la 80º , este de 40m.


92

Anexa 8.1

Schema instalaiilor speciale ale autospecialei de prevenire i stingere a incendiilor ATI Roman 19256 DF

Schema instalaiilor speciale ale autospecialei utilizat pentru realizarea determinrilor experimentale se prezint în figura A.8.1.

Figura A.8.1- Schema instalaiilor speciale: 1) - rezervor de ap; 2) - rezervor spumant lichid ; 3)- robinet golire rezervor ap; 4) - pompa centrifug;

5) - conducte aspiraie; 6)-conducte refulare pomp centrifug; 7)- robinet central tun; 8) - robinet eav ap tun; 9) - eav ap tun; 10)- robinet alimentare rezervor ap; 11) - robinet conduct autoprotecie cabin; 12) - pomp

autoabsorbant spumant; 13) - robinet golire spumant din rezervor; 14) - robinet dozator spumant în ap; 15) - robinet alimentare rezervor spumant; 16)- conduct barbotare spumant; 17)- robinet eav spum tun;

18) - eav spum tun; 19)- pomp vid cu ejector;20)- robinet pomp vid cu ejector; 21) - pomp vid cu rotor; 22) - robinet pomp vid cu rotor; 23) - robinet ulei pomp vid cu rotor;24)- rezervor ulei pomp vid cu rotor;

25) - vacuummetru; 26) - robinet vacuummetru; 27) - manometru; 28) - conducte cu robinet pentru autoprotecie lateral; 28) semnificaia culorilor: ap; spumant; soluie spumant în ap; soluie de detergent

în ap; ap; soluie de spumant în ap; soluie detergent în ap; detergent; aer. .


93

Anexa 8.2 Concepte i termeni utilizai în tez Principalii termeni utilizai, în tez i coneci cu acetia sunt: A arde - a fi în stare de combustie.[8.21],[8.22] Aditiv antistatic - substan solid (praf, pulbere) sau lichid, care introdus, în cantiti de

ordinul ppm, într-un volum de lichid combustibil, are rolul de a reduce efectul difuziei turbulente datorat pulsaiilor de vitez, în cazul transvazrii, transportului etc., a lichidelor prin conducte cilindrice, i de a limita astfel riscul datorat încrcrilor electrostatice.[8.37]

Ajutaj - dispozitiv situat la captul furtunului de refulare sau a evii, care reduce diametrul i mrete viteza apei.[8.25],[8.26]

Ajutaj controlat manual - eav sau ajutaj care poate fi controlat manual prin închiderea jetului sau modificarea formei, dimensiunilor sau caracteristicilor jetului, de exemplu jet pulverizat.[8.25],[8.26]

Alimentare în releu/pompare - transferul apei pân în zona operaiilor, plecând de la o rezerv de ap îndeprtat, utilizând pompe în releu, în lungul furtunurilor.[8.25],[8.26]

Amestector de linie - echipament proiectat s amestece spumant concentrat cu ap, amplasat în general, între pomp i sistemul de aplicare.[8.23],[8.24]

Ardere/combustie - reacie de combinare a unui material cu oxigenul, însoit de degajare de cldur i, în general, de emisie de flcri i/sau incandescen i/sau degajare de fum.[8.38]

Ardere cu incandescen - ardere a unui material, în faz solid, fr flacr, dar cu emisie de lumin care eman din zona de ardere; a se vedea de asemenea incandescena. [8.21],[8.22]

Ardere fr flacr - ardere fr flacr a unui material în stare solid.[8.21],[8.22] Autospecial de intervenie - vehicul autopropulsat, de construcie special, care dispune de

instalaii, echipamente, accesorii i materiale pentru prevenirea i stingerea incendiilor i sunt destinate limitrii i lichidrii incendiilor, salvrii oamenilor i bunurilor materiale, înlturarea urmrilor accidentelor de circulaie, tehnice i dezastrelor.[8.31]

Autospecial de stins incendii - autospecial de intervenie care acioneaz nemijlocit sau în cooperare cu altele pentru limitarea i lichidarea incendiilor cu produsele de stingere, utilajele, accesoriile i echipamentele din dotare.[8.33] Autospecial pentru lucrul cu spum - autovehicul de intervenie la incendii utilizat în principal sau în totalitate pentru transportul spumanilor i echipamentelor necesare pentru proiectarea spumei asupra unui incendiu.[8.25],[8.26]

Coeficient de înfoiere - raport dintre volumul de spum i volumul soluiei spumante din care spuma a fost generat.[8.34]

Coeficient de înfoiere - raport dintre volumul de spum i volumul soluiei spumante din care spuma a fost generat.[8.24],[8.26].[8.35],[8.36]

Coeficient de înfoiere a unei spume - raportul dintre volumul de spum obinut i volumul de soluie spumant utilizat.[8.23],[8.24]

Colector/distribuitor - accesoriu utilizat pentru a reuni dou sau mai multe linii de furtunuri, într-una singur.[8.25],[8.26]


94

Coloan umed - conduct fix /rigid instalat permanent într-o cldire i racordat la rezervoare de ap, care permite alimentarea cu ap a furtunurilor pompierilor.[8.25],[8.26]

Coloan umed - conduct fix/ rigid, instalat permanent într-o cldire i racordat la o surs de alimentare cu ap pentru alimentarea evilor pompierilor.[8.23],[8.24]

Coloan uscat - conduct fix i rigid instalat permanent într-o cldire, destinat racordrii furtunurilor pompierilor, pus sub presiune în momentul utilizrii.[8.25],[8.26]

Combustibil - material capabil s ard.[8.21],[8.22] Concentraie a unei soluii spumante - raportul dintre volumul spumantului concentrat i

volumul soluiei spumante.[8.23],[8.24] Distribuitor - accesoriu utilizat pentru divizarea unei linii de furtunuri în dou sau mai multe linii.[8.25],[8.26]

Dozator de linie - echipament proiectat s introduc spumant concentrat în ap, amplasat în general între pomp i eava generatoare.[8.25],[8.26] Dozator de spum - dispozitiv amplasat la pomp, capabil s introduc suficient spumant concentrat în pomp pentru a alimenta una sau mai multe evi generatoare de spum.[8.25],[8.26] Debit de refulare - volum de ap refulat de pomp pe unitatea de timp. [8.38] Debit de refulare nominal - debit de refulare specificat la presiunea nominal, vitez de rotaie nominal i înlime de aspiraie geodezic nominal. [8.38] Flash-over - trecere brusc în stare de ardere generalizat a tuturor suprafeelor materialelor combustibile dintr-o incint.[8.21],[8.22] For de recul - for care acioneaz în direcie opus direciei jetului proiectat de eav.[8.25],[8.26]

Furtun aplatisabil - furtun a crui seciune devine circular numai pus sub presiune interioar, iar în stare neumplut se poate plia i rula plat.[8.33]

Furtun de refulare - furtun utilizat pentru vehicularea apei sub presiune.[8.25],[8.26] Furtun plat - furtun de seciune plat care ia forma cilindric atunci când este sub presiune.[8.33] Furtun plat - furtun care are seciune plat cu excepia cazului când este sub presiune [8.41] Furtun semirigid - furtun care îi menine seciunea circular chiar dac nu este presurizat. [8.39],[8.42]

Hidrant - dispozitiv instalat la o conduct de ap principal care permite racordarea echipamentului de intervenie al pompierilor i obinerea alimentrii continue cu ap.[8.25],[8.26]

Hidrant cu furtun semirigid - tip de hidrant de incendiu la care suportul este tambur rotitor i furtunul semirigid.[8.23],[8.24]

Hidrant de incendiu - echipament alctuit dintr-un furtun prevzut cu o eav de refulare, un suport corespunztor i un robinet de închidere, pentru alimentarea cu ap. [8.23],[8.24]

Hidrant interior - material de lupt împotriva incendiului format dintr-o cutie sau o ua, un suport pentru furtun, un robinet de închidere manual, un furtun plat prevzut cu racorduri, o eava de refulare universal.[8.33]

Hidrant interior automat cu furtun semirigid - material de lupt împotriva incendiului care cuprinde un tambur cu alimentare axial, un robinet de închidere automat, un furtun semirigid, o eava de refulare universal i, dac este cazul, un orientator.[8.32]

Hidrant interior fix cu furtun semirigid - hidrant interior cu furtun semirigid cu tambur rotativ într-un singur plan, dotat cu un orientator adiacent tamburului.[8.32]

Hidrant interior manual cu furtun semirigid - material de lupt împotriva incendiului care cuprinde un tambur cu alimentare axial, un robinet de închidere manual pentru alimentare cu ap adiacent tamburului, un furtun semirigid, o eava de refulare universal i, daca este cazul, un orientator.[8.32] Hidrant interior de incendiu - echipament de lupt împotriva incendiului care cuprinde în principal o cutie sau o u, un suport pentru furtun, un robinet manual de închidere, un furtun plat prevzut cu racorduri, eava de refulare universal. [8.41]


95

Hidrant interior pivotant cu furtun semirigid - hidrant interior cu furtun semirigid cu tambur rotativ în mai multe planuri, montat pe unui din urmtoarele suporturi: bra pivotant sau alimentare pivotant sau u pivotant.[8.32]

Hidrant subteran - hidrant prevzut cu mijloace operaionale, acoperit cu un capac situat la nivelul solului, racordat la o conduct principal de distribuie, permanent presurizat, utilizat pentru intervenii la incendiu.[8.23],[8.24]

Hidrant subteran - hidrant, instalat cu toate mijloacele operaionale dedesubtul unui capac situat la nivelul solului, racordat la o conduc principal de distribuie, permanent presurizat, utilizat pentru intervenia la incendii.[8.25],[8.26] Hidrant automat pentru incendiu - echipament de lupt împotriva incendiului care cuprinde un tambur cu alimentare axial cu ap, un robinet de închidere-deschidere automat adiacent tamburului, un furtun semirigid, eava de refulare universal i, dac este cazul, un dispozitiv de ghidare a furtunului. [8.40] Hidrant interior manual pentru incendiu - instalaie de lupt împotriva incendiului care cuprinde un tambur cu alimentare axial cu ap, un robinet de închidere/deschidere manual adiacent tamburului, un furtun semirigid, eava de refulare universal i, dac este cazul, un dispozitiv de ghidare a furtunului.[8.40],[8.41]

Incendiu - ardere care se dezvolt necontrolat în timp i spaiu.[8.21],[8.22] Incendiu - proces complex de ardere, cu evoluie necontrolat, datorat prezenei substanelor

combustibile i a surselor de aprindere, a crui apariie i dezvoltare are efecte negative prin producerea de pierderi de viei, pagube materiale etc. i care impune intervenia organizat pentru stingere. [8.19]

Incendiu - ardere autoîntreinut, care se desfoar fr control în timp i spaiu, care produce pierderi de viei omeneti i/sau pagube materiale i care necesit o intervenie organizat în scopul întreruperii procesului de ardere.[8.44]

Inductor de spum - vezi eav generatoare de spum.[8.25],[8.26] Inflamabil - material capabil s ard cu flacr.[8.21],[8.22] Inflamabilitate - proprietate a unui material de a fi inflamabil.[8.37] Inflamare - perioad de apariie a flcrilor.[8.21],[8.22] Inflamare generalizat (flash-over) - trecerea brusc la starea de combustie generalizat

pe suprafaa materialelor combustibile dintr-un spaiu închis.[8.19] Instalaie de pulverizare a apei - reea de conducte cu ap, prevzute cu pulverizatoare i

mijloace de punere în funciune a acestora.[8.23],[8.24] Instalaie de stingere cu spum - instalaie fix de stingere care utilizeaz ca produs de

stingere spuma.[8.23],[8.24] Instalaie sprinkler - instalaie automat alctuit din conducte, echipate cu sprinklere amplasate la intervale i înlimi corespunztoare, proiectat pentru a detecta, localiza sau stinge un incendiu, prin refularea apei.[8.23],[8.24]

Intervenie împotriva incendiilor - operaii întreprinse în vederea stingerii unui incendiu.[8.25],[8.26]

Înalt înfoiere - se aplic spumei al crei coeficient de înfoiere este mai mare de 201 i, prin asociere, echipamentului, sistemelor i spumanilor concentrai corespunztori.[8.36] Înlime de aspiraie geodezic - diferena de nivel între centrul primului racord de aspiraie al turbinei i nivelul apei pe partea de aspiraie la 1013 mbar i temperatura apei de 4 °C. [8.38] Înlime de aspiraie geodezic nominal - diferena de nivel între centrul primului racord de aspiraie al turbinei (în direcia de curgere) i nivelul apei pe partea de aspiraie a pompei, la 1013 mbar i temperatura apei de 4 °C, în condiii de debit nominal. [8.38]

Jet - refulare a unui produs de stingere, uzual printr-o eav, fie sub forma unui jet continuu, pulverizat, cea.[8.25],[8.26]

Jet cea - ap proiectat printr-o eav, sub form de cea la presiune înalt, utilizat pentru a absorbi rapid cldura, a elibera fumul i a minimiza pagubele produse de ap.[8.25],[8.26]

Jet de stingere - vezi jet.[8.25],[8.26] Jet pulverizat - ap proiectat de o eav, sub form dispersat, pentru a acoperi cea mai mare

suprafa posibil.[8.25],[8.26]


96

Joas înfoiere - se aplic spumei al crei coeficient de înfoiere este în domeniul de la 1 pân la 20 i, prin asociere, echipamentului, sistemelor i spumanilor concentrai corespunztori.[8.36] Joas înfoiere - se aplic spumei al crei coeficient de înfoiere este în domeniul de la 1 pân la 20 i, prin asociere, echipamentului, sistemelor i spumanilor concentrai corespunztori.[8.34], [8.35]

Lichid polar – vezi spumant pentru incendii de lichide polare.[8.25],[8.26] Medie înfoiere - se aplic spumei al crei coeficient de înfoiere este în domeniul de la 21 la 200 i prin asociere, echipamentului, sistemelor i spumanilor concentrai corespunztori.[8.36] Pomp centrifug pentru stingerea incendiilor - turbomain cu antrenare mecanic destinat refulrii lichidelor în scopul stingerii incendiilor; pompele centrifuge pentru stingerea incendiilor sunt destinate special pentru interveniile pompierilor i pot fi adecvate pentru instalarea pe autospecialele de stingere i pe motopompe. [8.38] Pomp montat pe vehicul - pomp instalat permanent pe un vehicul i antrenat de motorul acestuia. [8.38] Presiune de refulare - diferen între presiunea la seciunea de ieire pa i presiunea la seciunea de intrare pe. [8.38] Presiune de refulare nominal - presiune de refulare specificat pentru debitul de refulare nominal.[8.38] Putere de refulare - putere transmis prin pomp la debitul de refulare. [8.38] Putere de refulare nominal - putere de refulare la vitez de rotaie nominal, debit de refulare nominal, presiunea de refulare nominal i înlime de aspiraie geodezic nominal. [8.38] Racord de furtun - pies utilizat pentru conectarea a dou furtunuri lungi sau pentru a racorda un alt echipament la un furtun.[8.25],[8.26]

Racord înfundat - capac amplasat peste racordurile de aspiraie i refulare ale unei pompe, atunci când ele nu sunt utilizate.[8.25],[8.26] Racorduri - componente utilizate pentru racordarea furtunului la robinetul de alimentare i la eava de refulare universal.[8.42] Reacia evii - a se vedea for de recul.[8.25],[8.26] Rezerv static de ap - surs de ap capabil s asigure un volum mare de ap pentru necesitile unitii de intervenie la incendiu.[8.25],[8.26] Robinet manual de închidere - robinet izolat de acionare cu funcionare manual instalat adiacent hidrantului sau sistemului echipat cu furtun.[8.40] Soluie spumant - amestec omogen de ap i spumant concentrat, în proporie corespunztoare, pentru a obine spuma.[8.23],[8.24],[8.25],[8.26]

Soluie spumant - soluia spumantului concentrat în ap.[8.36] Sorb pentru tub de aspiraie - filtru conectat la captul tubului de aspiraie pentru a preveni ptrunderea în pomp a particulelor etc.[8.25],[8.26]

Spumant care formeaz film apos - spumant concentrat care formeaz un film apos care în anumite condiii plutete pe suprafaa hidrocarburii.[8.25],[8.26]

Spumant concentrat - lichid care, atunci când este amestecat cu ap în proporie corespunztoare, formeaz o soluie spumant.[8.27],[8.28],[8.29],[8.30],[8.36]

Spumant concentrat - produs chimic care formeaz o soluie spumant prin amestec cu apa; într-o concentraie corespunztoare.[8.23],[8.24]

Spumant concentrat care formeaz film apos - spumant concentrat bazat pe un amestec de hidrocarburi i ageni activi de suprafa fluorurai i care are capacitatea de a forma un film apos pe suprafaa anumitor hidrocarburi.[8.36]

Spumant concentrat care formeaz film apos - spumant concentrat pe baz de amestecuri de hidrocarburi i ageni tensioactivi fluorurai care are capacitatea de a forma film apos pe suprafaa combustibilului.[8.27],[8.28]

Spumant concentrat fluoroproteinic - spumant concentrat proteinic care conine produse tensioactive fluorocarbonate.[8.23],[8.24]

Spumant concentrat fluoroproteinic - spumant concentrat proteinic cu adaos de ageni tensioactivi fluorurai.[8.27],[8.28]


97

Spumant concentrat fluoroproteinic - spumant concentrat proteinic cu adaos de ageni activi de suprafa fluorurai.[8.36]

Spumant concentrat fluoroproteinic care formeaz film apos - spumant fluoroproteinic ce are capacitatea de a forma film apos pe suprafaa combustibilului.[8.27],[8.28]

Spumant concentrat fluoroproteinic care formeaz film apos - spumant concentrat fluoroproteinic care are capacitatea de a forma un film apos pe suprafaa anumitor hidrocarburi.[8.28]

Spumant concentrat newtonian - spumant concentrat care are vâscozitatea independent de viteza de forfecare.[8.27],[8.28],[8.30]

Spumant concentrat pentru incendii de lichide polare - spumant concentrat utilizat pentru stingerea incendiilor de lichide inflamabile miscibile cu apa (lichide polare) i de lichide inflamabile care distrug alte spume.[8.25],[8.26]

Spumant concentrat polivalent - spumant concentrat corespunztor pentru stingerea incendiilor de lichide inflamabile miscibile în ap (lichide polare) i hidrocarburi.[8.23],[8.24]

Spumant concentrat proteinic - spumant concentrat pe baz de substane proteinice hidrolizate.[8.27],[8.28],[8.36]

Spumant concentrat pseudoplastic - spumant concentrat a crui vâscozitate scade cu creterea vitezei de forfecare.[8.27],[8.28],[8.30]

Spumant concentrat rezistent la alcooli - spumant proteinic aditivat sau fiuorosintetic cu caracteristici distincte care-i asigur o eficacitate ridicat la stingerea incendiilor de produse polare prin formarea unui precipitat sau a unei membrane de polimer pe suprafaa alcoolului.[8.27],[8.28]

Spumant concentrat sintetic - spumant concentrat bazat pe lichide tensioactive sintetice (în general detergeni) cu ageni stabilizatori corespunztori.[8.23],[8.24]

Spumant concentrat sintetic - spumant concentrat pe baz de amestecuri de ageni tensioactivi hidrocarbonai care poate conine ageni tensioactivi fluorurai i aditivi (stabilizatori de spum i substane anticongelante).[8.27],[8.28],[8.36]

Spumant proteinic - spumant concentrat obinut în principal din proteine naturale hidrolizate.[8.23],[8.24]

Spum pentru stingerea incendiilor - agregat de bule umplute cu aer format dintr-o soluie apoas a unui spumant concentrat corespunztor.[8.36]

Spum chimic - spum stingtoare produs prin reacia unei soluii bazice cu o soluie acid, în prezena unui stabilizator.[8.23],[8.24]

Spum de înalt înfoiere - spum a crui coeficient de înfoiere este mai mare de 200 (în general, aproximativ 500).[8.23],[8.24]

Spum de înalt înfoiere - spum care are coeficientul de înfoiere mai mare de 200.[8.27],[8.28],[8.30]

Spum de joas înfoiere - spum a crui coeficient de înfoiere este mai mic sau egal cu 20 (în general, aproximativ 10).[8.23],[8.24],[8.27],[8.28],[8.30]

Spum de medie înfoiere - spum a crui coeficient de înfoiere este cuprins între 20 i 200 (în general, aproximativ 100).[8.23],[8.24],[8.27],[8.28],[8.30] Spum mecanic/fizic - spum produs prin introducerea de aer sau aer inert într-o soluie spumant.[8.23],[8.24] Suport pentru furtun - dispozitiv utilizat pentru susinerea furtunului. [8.32] Stingere a incendiilor - totalitatea aciunilor de limitare i întrerupere a procesului de ardere prin utilizarea de metode, procedee i mijloace specifice.[8.44] Racord - component utilizat pentru conectarea furtunului la robinetul de alimentare i la eava de refulare universal. [8.32] ef de eav/servant - pompier care controleaz o eav.[8.25],[8.26] Timp de amorsare - timpul necesar pentru a amorsa pompa inclusiv conducta de aspiraie i a refula apa de stingere la presiune pozitiv în seciunea de refulare.[8.38] Tun de ap - eav sau ajutaj de tip special, cu baleiaj lateral i vertical, utilizat pentru proiectarea unor cantiti mari de ap sau de spum, care poate fi portabil sau fix.[8.25],[8.26]

Tun de ap fix - tun de ap montat permanent pe o autospecial de intervenie la incendii, pe o nav de intervenie, remorcher, autoscara sau pe o construcie.[8.25],[8.26]


98

Tun de ap portabil - tun de ap proiectat pentru a funciona la sol sau pe o remorc mic i care poate fi pus în funciune oriunde în zona incendiului.[8.25],[8.26]

eav controlat manual - vezi ajutaj controlat manual.[8.25],[8.26] eav cu furtun înfurat - eava racordat la extremitatea unui furtun de refulare de pe un

tambur desfurtor.[8.25],[8.26] eav de cea - eav controlat manual, care produce ap sub form foarte fin dispersat, în

general la presiune înalt.[8.25],[8.26] eav de refulare pentru furtunuri înfurate pe tambur - vezi eav cu furtun

înfurat.[8.25],[8.26] eav de refulare universal - component montat ia extremitatea furtunului utilizat pentru

a dirija i a controla jetul de ap.[8.32] eav de refulare universal - dispozitiv montat la extremitatea furtunului, utilizat pentru a

dirija i a controla jetul de ap.[8.33],[8.41] eav generatoare de spum - eav racordat la captul unui furtun de refulare unde aerul este încorporat într-o soluie spumant, pentru a produce spuma.[8.25],[8.26] Vâscozitate intrinsec - se definete ca fiind limita:

0

lim→

=c

snin ηη ; noiunea se utilizeaz în

cazul compuilor macromoleculari.[8.45] Vâscozitate redus - raportul dintre vâscozitatea specific i concentraia substanei dizolvate sau în stare de suspensie ( csnηη = ) în care c, este concentraia în volum a corpului dispersat; pentru fluidul bifazic, se definete o singur concentraie notat cu c , care de regul este concentraia fazei dispersate.[8.45] Vâscozitatea specific a fluidului polifazic - se noteaz cu snη , este o mrime adimensional

definit prin raportul ( ) 1−=−= nrnsn ηηηηη , în care η este vâscozitatea dinamic a fluidului

purttor( ηηη nnr = ), pentru care, nη este vâscozitatea dinamic aparent sau echivalent i este numeric egal cu valoarea vâscozitii dinamice a unui fluid monofazic, omogen i izotrop care conduce la aceeai pierdere de sarcin , în condiii similare de curgere cu cea corspunztoare fluidului polifazic studiat. [8.45]


99

Anexa 8.3 Principalele standarde care fac referire la instalaii, utilaje i accesorii din domeniul prevenirii i stingerii incendiilor Principalele standarde în acest sens, sunt: [8.43] 1)*** SR EN 12259-5/2006 - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiului. Componente pentru sprinklere i sisteme de pulverizare cu ap. Partea 5: Detectoare de curgere a apei. 2)*** SR EN 12259 - 4/2006 - Sisteme de lupt împotriva incendiilor. Componente pentru sisteme cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 4: Dispozitive de alarmare cu motor hidraulic. 3)***SR EN 12259-2/AC - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Componente pentru sisteme cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 2: Sisteme cu supape de alarm ap-ap. 4)***SR EN 12259-1:1999+A1 - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Componente pentru sisteme cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 1: Sprinklere. 5)*** SR EN 12259-2 - Sisteme de lupt împotriva incendiilor. Componente pentru sisteme cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 2: Sisteme de supape hidraulice de alarmare. 6)***SR EN 12259-2: 1999/A1 - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Componente pentru sisteme cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 2: Sisteme cu supape de alarm ap-ap. 7) *** SR EN 12259-3 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Componente pentru sisteme cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 3: Supape de alarm ap-aer. 8)*** SR EN 1846-1 - Autospeciale de stingere a incendiilor i de salvare. Partea 1:Terminologie i destinaie. 9)***SR EN 671-2-1998 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtunuri. Partea 2: Hidrani interiori echipai cu furtunuri plate. 10)*** SR EN 671-1-1998 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtunuri. Partea 1: Hidrani interiori echipai cu furtunuri semirigide. 11)*** SR ISO 7751/1995 - Furtunuri i tuburi de cauciuc i materiale plastice. Raporturi între presiunile de încercare i spargere fa de presiunea de lucru. 12)*** SR EN 24671/1996 - Furtunuri i furtunuri flexibile de cauciuc i materiale plastice. 14)***SR EN 12259-1+A1:2002 - Protecia împotriva incendiilor. Sisteme de lupt împotriva incendiilor. Componentele sistemelor cu sprinkler i cu ap pulverizat. Partea 1: Sprinklere. 15)***SR EN 12259-1+A1:2002/A2:2004 - Protecia împotriva incendiilor. Sisteme de lupt împotriva incendiilor. Componente sistemelor de tip sprinkler i cu ap pulverizat. Partea 1: Sprinklere. 16)***SR EN 12259-2:2002/A2:2002 - Protecia împotriva incendiilor. Sisteme de lupt împotriva incendiilor. Componentele sistemelor de tip sprinkler i cu ap pulverizat. Partea 2: Supap de control i semnalizare pentru instalaii tip ap-ap. 17)*** SR EN 12259-3:2002/A1:2003 - Protecia împotriva incendiilor. Sisteme de lupt împotriva incendiilor. Componente sistemelor cu sprinkler i cu ap pulverizat. Partea 3: Sisteme de supape de alarm ap-aer.


100

18)***SR EN 12259-4:2002/A1:2003 - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Componentele sistemelor cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 4: Dispozitive de alarm cu motor hidraulic. 19)***SR EN 12259-5:2003 - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Componente sistemelor cu sprinklere i cu ap pulverizat. Partea 5: Detectoare de curgere a apei. 20) *** SR 2164/1994 - Furtun de refulare cauciucat pentru utilaje de stins incendii. 21) *** STAS 2071-1998 - Utilaj de stins incendii. evi de refulare. Condiii tehnice de calitate. 22)*** STAS 6264/1988 - Utilaj de stins incendii. evi de refulare de mân simple. Dimensiuni. 24)***STAS 3888/1991 - Cauciuc vulcanizat i termoplastic. Încercare la traciune. 25)***STAS 8362/1985 - Furtunuri de cauciuc. Încercare la presiunea hidrostatic. 26)***SR EN 694/2002 AC:2004 - Furtunuri de lupt împotriva incendiilor. Furtunuri semirigide pentru sisteme fixe. 27)***SR EN 671-2/2002A1:2004. Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtun. Partea 2:Hidrani interiori echipai cu furtunuri plate. 28)***SR EN ISO 14557/2004 - Furtunuri de lupt împotriva incendiilor. Furtunuri de aspiraie flexibile de cauciuc i de material plastic. 29)***SR EN ISO 14540/2004 - Furtunuri de lupt împotriva incendiilor. Furtunuri aplatizabile etane pentru sisteme fixe. 30)***SR EN 671-2/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului. Sisteme echipate cu furtun. Partea 2:Hidrani de perete echipai cu furtunuri plate. 33)***STAS 5770/1998 - Utilaj de stins incendii. Racorduri. Condiii generale de calitate. 34)*** STAS 701/1974 - Utilaj de stins incendii. Racorduri fixe. Dimensiuni. 35)*** STAS 702/1974 - Utilaj de stins incendii. Racorduri de absorbire. Dimensiuni. 36)*** STAS 703/1973 - Utilaj de stins incendii. Racorduri de refulare. Dimensiuni. 37)*** STAS 704/1974 - Utilaj de stins incendii. Reducii de racorduri. Dimensiuni. 38)*** STAS 705/1974 - Utilaj de stins incendii. Racorduri înfundate. Dimensiuni. 39)*** STAS 6782/1983 - Utilaj de stins incendii. evi de refulare de mân cu robinet. Dimensiuni. 40)***STAS 1478/1990 - Alimentarea cu ap la construcii civile i industriale. Prescripii fundamentale de proiectare. 41)***SR 2164/1994 - Furtun de refulare cauciucat pentru utilaje de stins incendii. 42)***SR ISO 8331/1995 - Furtunuri i tuburi de cauciuc i materiale plastice. Ghid tehnic pentru selecionare, depozitare, utilizare i pstrare; 43) *** STAS 8362-85 - Furtunuri de cauciuc. Încercarea la presiune hidrostatic. Clase de precizie. 44)*** SR EN 24671/1996 - Furtunuri i furtunuri flexibile de cauciuc i de materiale plastice. Metode de msurare a dimensiunilor. 45)***SR ISO 7751/1995 - Furtunuri i tuburi de cauciuc i materiale plastice. Raportul între presiunile de încercare i spargere fa de presiunea de lucru. 46)***SR EN 671-1/AC/2005 - Sisteme fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtunuri. Partea 1: Hidrani interiori echipai cu furtunuri semirigide. 47)***SR EN 671-3/2005 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtunuri. Partea 3: Întreinerea hidranilor interiori echipai cu furtunuri semirigide i a sistemelor echipate cu furtunuri plate. 48)***SR EN 1028-2/2005-Pompe utilizate în incendiu. Partea 2:Verificarea condiiilor generale i de securitate. . 49)***SR EN 1028-1/2005 - Pompe utilizate în incendiu. Pompe centrifuge cu dispozitiv de amorsare utilizate în incendiu. Partea 1:Clasificare/condiii generale i de securitate. 50)*** SR EN 1947/2005 - Furtunuri de lupt împotriva incendiilor. Furtunuri de refulare semirigide i furtunuri echipate cu racorduri pentru pompe i autospeciale.


101

51)*** SR 13450 -2/2000 - Mijloace tehnice i procedee pentru prevenirea i stingerea incendiilor. Autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor. Partea 2: Condiii tehnice generale i de calitate ale autospecialelor cu ap i spum. 52)*** SR 13450 -1:2000 - Mijloace tehnice i procedee pentru prevenirea i stingerea incendiilor. Condiii tehnice generale de calitate pentru autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor. Partea 1: Clasificare, definiii, terminologie, condiii tehnice generale. 53)*** SR ISO 7203-1:1999 - Produse de stingere a incendiilor. Spumani concentrai. Partea 1: Specificaii pentru spumanii concentrai de joas înfoiere pentru aplicarea pe lichide nemiscibile cu apa. 54)*** SR ISO 7203-2:1999 - Produse de stingere a incendiilor. Spumani concentrai. Partea 2: Specificaii pentru spumanii concentrai de medie i înalt înfoiere pentru aplicarea pe lichide nemiscibile cu apa.

Bibliografie capitolul 8

[8.1]***O.C.C.P.M. nr.1337/1998 - Norme tehnice privind exploatarea, întreinerea, repararea, scoaterea din funciune, declasarea i casarea autospecialelor, aparaturii, mijloacelor i echipamentelor de prevenire i stingere a incendiilor, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1998.

[8.2]***O.M.I.nr.92/30.11.1990 - Regulamentul Instruciei de Specialitate a Pompierilor Militari, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1990.

[8.3]***Maini i utilaje de stins incendii, volumul 2, Comandamentul Pompierilor, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1980.

[8.4] erban, M., Popescu, G. - Aspecte tehnice privind funcionarea pompei centrifuge p.s.i. 50/8 din dotarea autospecialelor de stins incendii, Conferina Naional a Facultii de Pompieri, „SIGPROT-2001”, ediia a - IV-a, Buletinul Pompierilor nr.1(5)/2001, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 2001.

[8.5] Secar,V. .a. - Manual pentru cunoaterea accesoriilor, utilajelor i autospecialelor de stingere a incendiilor, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1992.

[8.6] Popescu, G., erban, M. - Metode de reducere a pierderilor de sarcin la transportul apei prin conducte de seciune circular, Conferina Naional a Facultii de Pompieri - Academia de Poliie “Alexandru Ioan Cuza”, „SIGPROT-2001”, ediia a IV- a, Buletinul Pompierilor nr.1 (5)/2001, Bucureti, 2001.

[8.7] Leca, A., Bedros, N.P., .a. - Cercetri privind utilizarea aditivilor polimerici în instalaiile de stins incendii, contract 6-18/1981, Universitatea “Politehnica„ Bucureti, Facultatea de Energetic, beneficiar Inspectoratul pentru Situaii de Urgen, Bucureti,1981.

[8.8]Avram, V., Sârbu, G., Balint, I. - Metodologia calculului forelor i mijloacelor necesare pentru stingerea incendiilor, Editura Ministerului de Interne, Bucureti, 1991.

[8.9]Popescu, G. - Hidraulica fluidelor aditivate. Referat nr.3 pentru doctorat, Universitatea Tehnic de Construcii, Bucureti, 2006.

[8.10] Popescu, G., Tcacenco, V., .a. - Reducerea pierderilor de sarcin la instalaiile pentru stingerea incendiilor cu ajutorul aditivilor polimerici de tip colagenic, Contract nr.1277/programul Relansin, Facultatea de Pompieri - Academia de Poliie “Alexandru Ioan Cuza”, beneficiar Institutul Naional de Cercetri Biologice, Bucureti, 2001.

[8.11]***SR 2164: 1994 - Furtun de refulare cauciucat pentru utilaje de stins incendii, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1994.

[8.12]***STAS 701-1974 - Utilaj de stins incendii, Racorduri fixe, Dimensiuni, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1974.

[8.13]***STAS 703 -1973 - Utilaj de stins incendii, Racorduri de refulare. Dimensiuni, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1973.

[8.14]***STAS 704 - 1974 - Utilaj de stins incendii. Reducii de racorduri, Dimensiuni, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1974.

[8.15]*** STAS 2071-1998 - Utilaj de stins incendii, evi de refulare, Condiii tehnice de calitate, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998.

[8.16]*** STAS 6264 -1980 - Utilaje de stins incendii, evi pentru refulare de mân simple, Dimensiuni, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1980.

[8.17]***SR 13450 -2:2000 - Mijloace tehnice i procedee pentru prevenirea i stingerea incendiilor, Autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor. Partea 2, Condiii tehnice generale de calitate ale autospecialelor cu ap i spum, Asociaia Român de Standardizare, 2000. [8.18]***STAS 8362/1985 - Furtunuri de cauciuc. Încercarea la presiune hidrostatic, clase de precizie pentru manometre de msurare a presiunii, Institutul Român de Standardizare., Bucureti, 1985. [8.19]*** Normativ de siguran la foc a construciilor, indicativ P-118/1999, Editura I.P.C.T., Bucureti, 1999.


102

[8.20]*** Elemente de leigislaie, Buletinul Pompierilor nr.1/2006, Editura Ministerului Administraiei i Internelor, 2006. [8.21]*** SR 8421-1/A1/2000 - Protecie împotriva incendiilor. Vocabular, partea 1: Termeni generali i fenomene ale incendiului, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2000.

[8.22]*** SR 8421-1/1999 -Protecia împotriva incendiilor. Vocabular, partea 1: Termeni generali i fenomene ale focului, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 1999.

[8.23]*** SR 8421- 4/A1/2000 - Protecia împotriva incendiilor. Vocabular, partea 4: Echipamente i mijloace de stingere, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2000.

[8.24]*** SR 8421- 4/1999 - Protecia împotriva incendiilor. Vocabular, partea 4: Echipamente i mijloace de stingere, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 1999.

[8.25]*** SR ISO 8421-8/A1/2000 - Protecia împotriva incendiilor. Vocabular, partea 8: Termeni specifici luptei împotriva incendiilor, serviciilor de salvare i manipulrii produselor periculoase, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2000.

[8.26]*** SR ISO 8421- 8/1999 - Protecia împotriva incendiilor. Vocabular, partea 8: Termeni specifici luptei împotriva incendiilor, serviciilor de salvare i manipulrii produselor periculoase, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 1999.

[8.27]*** Condiii tehnice generale, Spumani concentrai de înalt înfoiere pentru aplicare pe lichide nemiscibile cu apa, cod C.T.G. J.04.03.00.

[8.28]*** Condiii tehnice generale, Spumani concentrai de medie înfoiere pentru aplicare pe lichide nemiscibile cu apa cod C.T.G. J.04.02.00.

[8.29]*** Condiii tehnice generale, Spumani concentrai de joas înfoiere pentru aplicarea pe lichide nemiscibile cu apa, cod C.T.G. J.04.01.00.

[8.30] *** Condiii tehnice generale, Spumani concentrai de joas înfoiere pentru aplicare pe lichide miscibile cu apa, cod C.T.G. J.03.01.00.

[8.31] *** SR 13450-1/2000 - Mijloace tehnice i procedee pentru prevenirea i stingerea incendiilor, Autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor, Partea 1: Clasificare, definiii, terminologie, condiii tehnice generale, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2000.

[8.32]*** SR EN 671-1/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului, Sisteme echipate cu furtun, Partea 1: Hidrani interiori cu furtun semirigid, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1996.

[8.33] *** SR EN 671-2/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiului, Sisteme echipate cu furtunuri, Partea 2: Hidrani de perete echipai cu furtunuri plate, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1996.

[8.34] ***SR EN 1846-1/2001 - Autospeciale de stingere a incendiilor i de salvare, Partea 1: Terminologie i destinaie, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2001.

[8.35]***SR ISO 7203-1/1998 - Produse de stingere a incendiilor, Spumani concentrai, Partea 1: Specificaii pentru spumanii concentrai de joas înfoiere pentru aplicare pe lichide nemiscibile cu apa, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998.

[8.36]*** SR ISO 7203-2/1998 - Produse de stingere a incendiilor, Spumani concentrai, Partea 2: Specificaii pentru spumanii concentrai de medie i înalt înfoiere pentru aplicare pe lichide nemiscibile cu apa, Institutul Român de Standardizare, Bucureti, 1998.

[8.37] Golovanov, N., Popescu, G., Dumitrana, T., Coatu, S. - Evaluarea riscurilor generate de descrcri electrice, Editura Tehnic, Bucureti, 2000. [8.38]*** SR EN 1028-1/2005 - Pompe utilizate în incendiu. Pompe centrifuge cu dispozitiv de amorsare utilizate în incendiu. Partea 1: Clasificare/condiii generale i de securitate, Aociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2005. [8.39]*** SREN 1947/2005 - Furtunuri de lupt împotriva incendiilor. Furtunuri de refulare semirigide i furtunuri echipate cu racorduri pentru pompe i autospeciale, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2005. [8.40]*** SREN 671-1/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtunuri. Partea 1: Hidrani interiori echipai cu furtunuri semirigide, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 1996. [8.41]*** SREN 671-2/1996 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtunuri. Partea 2: Hidrani de perete echipai cu furtunuri plate, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 1996. [8.42] *** SREN 671-3/2005 - Instalaii fixe de lupt împotriva incendiilor. Sisteme echipate cu furtun. Partea 3: Întreinerea hidranilor interiori echipai cu furtunuri semirigide i a sistemelor echipate cu furtunuri plate, Asociaia Român de Standardizare, Bucureti, 2005. [8.43]*** Catalogul Standardelor Române - 2005, Editura Tehnic Bucureti, 2005. [8.44]*** Legea nr.307/2006 - Lege privind aprarea împotriuva incendiilor, Monitorul Oficial al României, partea I, nr.633/ 21iulie, 2006. [8.45] Florea, J., Tudorel, P., Robescu, D., Stamatoiu, D. - Dinamica fluidelor polifazice i aplicaiile ei tehnice, Editura Tehnic, Bucureti, 1987.


103

Capitolul 9 Concluzii generale în raport cu rezultatele prezentate în tez 9.1 Concluzii generale Economia de energie este i rmâne un concept actual, care necesit în mod permanent adoptarea de soluii tehnice cu caracter general i specific. În Statele Unite ale Americii i în Europa, preocuprile pentru dezvoltarea/extinderea unor studii referitoare la utilizarea aditivilor, cu implicaii referitoare la pierderile de sarcin, a început practic, dup cel de-al doilea rzboi mondial. În România, preocuparea pentru efectuarea/realizarea unor determinri experimentale în scopul utilizrii de aditivi cu natur organic/anorganic, prin intermediul crora s se realizeze scderea pierderilor de sarcin, la transportul apei prin conducte i accesorii pentru stingerea incendiilor, reprezint o activitate care, îi definete începuturile, cu anul 1981, când, au fost realizate studii, în acest sens, la Facultatea de Energetic, din cadrul actualei Universiti, “Politehnica” Bucureti, unul dintre beneficiari, fiind chiar sistemul pompierilor militari, girat /mijlocit la nivelul anului 1982, de actualul Centru Naional pentru securitate la incendiu i protecie civil. Trebuie s menionez faptul c, preocupri în acest sens, le-au avut i unele cadre didactice ale: Universitii Tehnice de Construcii din Bucureti, Universitii Tehnice de Construcii din Cluj , Facultii de Pompieri. În raport cu scopul/dezideratul/atribuiile pe care le au pompierii militari, acestea sunt date de necesitatea stingerii incendiilor în timp util; utilizarea aditivilor s-a dovedit extrem de economic; utilizarea aditivilor la autospecialele pentru stingerea incendiilor implic un numr minim de incendii la care trebuie s se acioneze, într-o perioad de timp predefinit. Din acest punct de vedere, exist acoperire, deoarece în România numrul incendiilor este suficient de mare pentru a se justifica astfel de investiii, mai ales c în fiecare an, crete numrul lor cu o medie pe ultimii 10 ani, de aproximativ 8 %; numrul de incendii la care au intervenit pompierii militari în anul 2006, a fost de aproximativ 13000, cu 27 % mai mult ca în anul 2005. Este necesar s artm c, acest numr reprezint în medie doar (75…85)% dintre incendiile care s-au dezvoltat i au generat pagube matertiale/umane; pentru (10...15)% din rest, au intervenit serviciile de pompieri private care dein tehnic de intervenie, i care prin achiziionarea de aditivi, ar putea justifica scderea preului la acetia. Faptul c, aceste autospeciale, se utilizeaz i pentru aspiraia apei din surse artficiale /naturale, situaia reprezint un plus, pentru justificarea producerii i utilizrii aditiviilor, mai ales dac lum în calcul riscul determinat de inundaii; dac ar fi fost implementat un astfel de


104

sistem în perioada 2005…2007, când intervenia în domeniul situaiilor de urgen a fost necesar, pentru evacuarea cantitilor de ap rezultate urmare a inundaiilor, economia materializat în consumul de carburant, dup calcule sumare, ar fi fost de minimum 20 miliarde lei vechi. Dac ne raportm la gradul de acoperire /de dispersie a tehnicii pentru intervenie, în raport cu aria/teritoriul României, este necesar s menionm faptul c, exist foarte mule situaii în care, distanele între anumite locaii sunt foarte mari (localiti, gospodrii ale populaiei etc.) de ordinul(16…30)km i subunitile de pompieri, i pentru care, nu exist posibilitatea alimentrii autospecialelor din surse de ap, artificiale i cu atât mai mult, din surse de ap naturale; aceast situaie, relev necesitatea realizrii la stingerea incendiilor a unor economii de energie/de carburant i respectiv a unor economii de ap, situaie care necesit aplicarea simultan a urmtoarelor cazuri : - investiii pentru achiziionarea unor evi de refulare în construcie special pentru actualele autospeciale din dotarea pompierilor militari, (evi de refulare care lucreaz la presiuni mari i foarte mari i debite foarte sczute; în acest caz se poate realiza economie de ap pentru stingerea incendiilor la locuine sau gospodrii ale populaiei) ; - prima msur nu este îns suficient deoarece, în procent de aproximativ 95% din cazuri, este necesar vehicularea apei în furtunuri pân la evile de refulare prin intermediul crora se genereaz dispersia jetului sub form de cea etc., fiind necesar s se realizeze economie de carburant i de ap simultan i pe furtunuri, situaie care implic utilizarea de aditivi pentru reducerea pierderilor de sarcin pe acestea; în acest mod, se justific utilizarea aditivilor pentru reducerea pierderilor de sarcin, fiind necesare investiii pentru utilizarea de aditivi la ap la actualele autospeciale pentru prevenirea i stingerea incendiilor (dozator pentru aditivi, modificri constructive ale instalaiilor pentru ap etc.); acest caz nu implic costuri mari cu investiiile respectiv cu utilizarea instalaiilor care ar trebui instalate. Situaia supus discuiei anterioare, are valoare de adevr i în cazurile când distanele dintre subunitile de pompieri i locaiile în care este necesar s se intervin, sunt relativ reduse (3…8)km respectiv au valoari medii(8…15) km. Pentru transportul apei în conductele magistrale, din cadrul sistemelor industriale etc., utilizarea aditivilor este practic singura soluie prin intermediul creia se poate realiza economie de energie electric în raport cu economia de ap; o soluie, în acest sens, este dat de amplasarea unor staii de pompare dispuse în serie, dotate cu dispozitive de dozare a aditivilor, în contextul unei rezervri sigure. Pentru a pune în eviden i mai bine, importana pe care o poate genera utilizarea aditivilor, în raport cu instalaiile/canalele de ap, pentru evacuarea/ transportul cantitilor de ap, urmare precipitaiilor, care rezult în principal, din circuitul apei în natur, justificarea dottii staiilor de pompare a apei i a unor puncte de lucru intermediare, este pe deplin justificat, mai ales, c în viitor clima, inclusiv pe teritoriul României, va suferi modificri, în sensul c precipitaiile vor deveni mai frecvente i de aici, oportunitatea unor investiii în acest sens, rezid ca fiind cu atât mai mult justificat. Urmare precipitaiilor, în present, numai pentru oraul Bucureti, economia anual rezultat din consumul de energie electric, ar putea depi, în medie 20 miliarde lei vechi. Este necesar s înelegem în contextual tezei c, consumurile de carburani /energie electric sunt direct proporionale cu gradul de fiabilitate al utilajelor/instalaiior/autospecialelor utilizate în realizarea scopurilor prestabilite. Costurile cu utilizarea aditivilor polimerici obinui în mod sintetic, sunt mai reduse comparativ cu costurile determinate de fabricarea aditivilor obinui spre exemplu, din realizarea unor producii, determinate de creterea ovinelor/bovinelor.


105

Implementarea în România, a unor sisteme, în contextul tezei, ar determina economii pentru consumurile cu carburanii/energie electric etc., la staiile de pompare care deservesc diferite localiti, pentru sistemul de irigaii etc., care pot depi 1000 miliarde lei vechi /an. 9.2 Principalele contribuii ale autorului la realizarea tezei 9.2.1 Contribuii cu caracter teoretic Pentru realizarea datelor prezentate în tez, punerea în valoare a coninutului teoretic prin intermediul cruia s-au materializat unele rezultate, cu precdere cele referitoare la fenomenul/conceptul de turbulen, a reprezentat un suport esenial pentru trecerea în continuare la înelegerea i realizarea determinrilor experimentale. Din aceast perspectiv, direciile pe care le-am urmat, având ca baz observaiile date de îndrumtorul tezei, au avut caracter de documentare, fiind conexate i dezvoltate în sensul fenomenologiei curent utilizate pe plan occidental; acestea s-au materializat în principal, prin: - punerea în eviden a unor date, prin intermediul crora s-au evaluat unele fapte cu natur istoric, referitoare la fenomenul de aditivare ; - punerea în eviden a unor date cu caracter tehnic, de istorie relativ recent, referitoare la fenomenul de aditivare; datele bibliografice utilizate, provin din surse publicate în ri ca: S.U.A., Regatul Marii Britanii , Suedia, Elveia, Cehia, precum i din România; - publicarea în perioada anilor 1996.....2007 a peste 70 de articole, materiale cu caracter fenomenologic, istoric, de punere în eviden a unor date experimentale, inclusiv unele referitoare la determinrile proprii, în peste 10 publicaii materializate prin buletine tiinifice, volume ale unor conferine naionale i internaionale, reviste de profil etc., unele dintre acestea fiind introduse la bibliografia tezei; -evaluarea principalelor concepte i termeni utilizai în domeniul prevenirii/stingerii incendiilor i coneci cu domeniul studiat; - evaluarea principalelor standarde care fac referire la instalaii, utilaje i accesorii din domeniul prevenirii i stingerii incendiilor, dar i din unele domenii conexe. În cadrul activitilor specifice din Facultatea de Pompieri, împreun cu unele cadre didactice din facultate, am coordonat o serie de proiecte pentru diplom, cu teme care fac referire la utilizarea aditivilor polimerici, cu aplicaii la sistemele de stingere a incendiilor. 9.2.2 Contribuii cu caracter practic Pentru realizarea obiectivelor propuse, în scopul conceperii/redactrii tezei, au fost întreprinse demersurile i obinerea în acest sens, a aprobrilor necesare de la conducerea S.C. ”Pipera„ S.A., pentru realizarea standului i pentru efectuarea determinrilor experimentale; în acest sens, au fost necesare: - autospeciala de prevenire i stingere a incendiilor din dotarea serviciului de pompieri cu dreptul de utilizare a accesoriilor/elementelor componente ; - participarea unor categorii de personal: servani, oferi, din cadrul serviciului de pompieri, la realizarea determinrilor experimentale; - acordul pentru utilizarea instalaiilor de stingere a incendiilor i a cantitilor de ap, pentru care s-au utilizat aditivi, în scopul realizrii determinrilor experimentale; - acordul pentru locaia în care s-au realizat determinrile experimentale (incinta S.C.”Pipera” S.A.).


106

Pentru determinrile experimentale, s-a realizat un dispozitiv compus dintr-o autospecil pentru prevenirea i stingerea incendiilor, de tipul A.T.I.R 12.215 la care s-au racordat linii formate dintr-un numr multiplu de furtunuri tip B i tip C, cu lungimi standard egale fiecare cu 20 m, având diametrul interior egal cu 76mm i respectiv 52 mm. De asemenea, au fost realizate demersurile pentru aprobarea contractului, încheiat între Facultatea de Pompieri cu Institutul Naional de Cercetri Biologice, referitor la realizarea de ctre acesta, a dozelor de aditivi, conform cu datele specificate în tez. De asemenea, am realizat unui stand cu conducte din aliaj de aluminiu, având diametrul interior egal cu 52 mm, de la S.C. “U.M.E.B.„ S.A, necesare pentru compararea rezultatelor cu cele obinute la curgerea apei prin furtunurile plate tip C, utilizate de pompieri, având diametrul interior egal cu 52mm).

Realizarea determinrilor experimentale pentru determinarea pierderilor de sarcin liniare pe un tronson de conduct cu seciune circular din aliaj de aluminiu având diametrul interior de 76mmi respectiv 52 mm; tronsoanele s-au realizat în ideea de comparrii pierderilor de sarcin determinate pe acesta, cu cele determinate pe furtunurile plate tip C, cu acelai diametru interior. Pentru realizarea determinrilor experimentale, au fost construite dou tronsoane de conduct din aliaj de aluminiu, având fiecare, lungimi egale cu 0,5m, i diametrul interior egal cu 52 mm, în care au fost încorporate, la capetele traseelor de msurare, la ieirea din pomp i la intrarea în eava de refulare, câte un manometru având clasa de precizie 1,6 pentru care, domeniul de presiuni realizat a fost cuprins în intervalul (0.4…10)MPa. Cele dou tronsoane de conduct au avut încorporate fiecare câte un manometru, fiind racordate pe liniile de furtunuri, unul la ieirea din autospecial, cellalt, înainte de intrarea în evile de refulare tip B/tip C, având ajutaje de 16 mm i respectiv 10 mm. Pentru realizarea determinrilor, s-au utilizat concentraii ale aditivilor cuprinse în intervalul (0…30)ppm, valori considerate ca fiind comparabile cu domeniile de concentraii utilizate de cercettorii din alte ri. Rezultatele obinute urmare determinrilor experimentale materializate în tez, ofer în principal, informaii referitoare la :

- determinri experimentale la ap fr utilizarea de aditivi polimerici la furtunurile plate tip C;

- determinri experimentale pentru ap cu utilizarea de aditivi polimerici la furtunurile plate tip C;

- determinri experimentale pentru ap i ap cu aditivi la furtunurile plate tip B; - determinri experimentale pentru ap fr utilizarea de aditivi în conducte din aliaj

de aluminiu. Activitatea de documentare pentru acumularea/organizarea/realizarea datelor prezentate în tez, a început în anul 1993, iar activitatea de cercetare i de determinare experimental a început, în anul 1998. 9.3 Principalele direcii de lucru/aciuni viitoare pentru continuarea i dezvoltarea

cercetrilor prezentate în tez Principalele direcii de lucru/aciuni, care urmeaz s se realizeze de ctre doctorand, în viitor, în cadrul activitilor de cercetare/documentare, post tez, sunt în principal: - realizarea unor determinri experimentale privind pierderile de sarcin liniare la alte tipuri de furtunuri plate, cu parametri de lucru avansai cum sunt de exemplu, furtunurile


107

Van Rullen, care se comercializeaz în România, pentru care, presiunea de încercare este de (4…5)MPa i presiunea de lucru (1,5…2) MPa precum i la tipurile de furtunuri semirigide, existente, prevzute de legislaia român în vigoare; - elaborarea unui program de calcul, pentru determinarea înlimii de aspiraie la autospecialele de intervenie pentru prevenirea i stingerea incendiilor, conform cu datele specificate la capitolul 7 din tez; - finalizarea redactrii i publicarea volumului: “ Pierderi de sarcin. Aplicaii pentru accesorii i tehnica de prevenire i stingere a incendiilor ”; - realizarea de propuneri i înscrierea pentru câtigarea unor granturi prin intermediul crora s se poat realiza extinderea i dezvoltarea cadrului necesar determinrlor experimentale pentru utilizarea aditivilor la ap; - realizarea unor studii/determinri experimentale referitoare la variaia diametrului exterior al furtunurilor plate, utilizate la stingerea incendiilor, în funcie de viteza/debitul de ap cu /fr coninut de aditivi polimerici, la ap i de ajutajul evilor de refulare; - determinri experimentale pentru stabilirea lungimii de amestec la o serie de tipuri de furtunuri de tipul: B, C, D i la conducte, pentru care se realizeaz efectul de reducere a pierderilor de sarcin liniare, la ap, utilizând diferii aditivi; - realizarea unor reete specifice de aditivi, în colaborare cu unele instituii de cercetare în domeniu Institutul de Cercetri Biologice etc., prin intermediul crora s se pun în eviden reducerea pierderilor de sarcin liniare, la furtunuri pentru pompieri i conducte i brevetarea acestora, dup caz (soluii diluate de antigel, diferite categorii de spunuri lichide i solide etc.); - finalizarea redactrii i publicarea volumului: “ Elemente de hidraulic pentru pompieri”; - realizarea unui stand experimental pentru dezvoltarea determinrilor experimentale puse în eviden la capitolul 7 din tez, referitoare la securitatea muncii, i evaluarea unor riscuri la utilizarea apei pentru stingerea incendiilor, ( tensiune de pas, tensiune de atingere etc.) de ctre servani, la aciunea de stingere a incendiilor, în colaborare cu: Universitatea Politehnica Bucureti., catedra de ”Electroenergetic“ i cu Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, catedra de “Hidraulic i Protecia Mediului”; - finalizarea redactrii i publicarea volumului “Evaluarea riscurilor la intervenia pentru stingerea incendiilor” i realizarea în acest sens, a unui ghid de securitate a muncii necesar personalului care intervine pentru stingerea incendiilor; - realizarea unui sistem de dozare pentru aditivi la ap, necesar dotrii autospecialelor pentru prevenirea i stingerea incendiilor i brevetarea dup caz, a acestuia; - construcia unei evi de refulare optimizate pentru ap i brevetarea acesteia, dup caz; - dezvoltarea unor studii i cercetri prin intermediul crora s se fac referire la unele msuri de securitate a muncii i de prevenire a incendiilor, care rezid din fenomenul de încrcare electrostatic a lichidelor combustibile/inflamabile, datorat curgerii acestora în micare turbulent; realizarea în acest sens, a unor soluii de aditivi cu dublu scop, de reducere a fenomenului de turbulen i de reducere a pierderilor de sarcin liniare, la vehicularea/transportul acestora în conducte magistrale de transport; - realizarea unor articole, publicaii, studii etc., i punerea de acord a datelor publicate în: Regulamentul instruciei de specialitate a pompierilor militari, aprobat prin O.M.I. nr. 92/30.11.1990 cu celelalte publicaii/volume de specialitate existente, prin crearea unei teorii unitare pentru: lungimea jetului refulat; înlimea jetului refulat etc.; materializarea dup caz a datelor în standarde/normative naionale;


108

- realizarea unor determinri experimentale referitoare la influena aditivilor, asupra: lungimii jetului compact, debitului refulat, în cazul utilizrii aditivilor; - realizarea unor modele/modelri matematice avansate prin care s se pun în eviden unele fenomene conexe, prezentate în tez.

tezÃ de doctoratdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/popescu.pdf · 2007. 9. 4. · apei prin...

Documents