SAGOREVANJE I USLOVI SAGOREVANJA

Da bi smo bili u mogućnosti da se pravilno zaštitimo od opasnosti, potrebno je da se upoznamo

sa procesoom njenog nastajanja. I zaštiti od požara i eksplozija se mora prići na isti način, jer su

uslovi za njihovo nastajanje složeni i zavise od velikog broja faktora.

Gorenje, odnosno sagorevanje je složen fizičko – hemijski proces, koji se bazira na reakcijama

oksidacije uz izdvajanje znatne količine toplote i pojavom svetlosti. Uopšteno to se može

prikazati na sledeći način:

M+O2 ═ MO2 + Q

Reakcija je znači egzotermna. Količina izdvojene toplote je specifična za svaku materiju i varira

u prilično širokim granicama.

U osnovi svakog požara i eksplozija je proces gorenja. Kod velikog broja požara i eksplozija

osnovne reakcije gorenja su reakcije sjedinjavanja gorive materije sa oksidatorom (najčešće

kiseonikom iz vazduha), a u slučajevima kad gore materijali koji u svom sastavu imaju kiseonik

(eksplozivi, pirotehnički materijali, i slično)sagorevanje se odvija pomoću kiseonika koji je

sadržan u tim materijalima.

Poznato je da ima materija, kao što je sabijen acetilen, azotni hloridi i dr. koji mogu da

sagorevaju čak i eksplozivno, bez prisustva oksidatora, sa pojavom toplote i svetlosti, npr

vodonik i mnogi metali mogu da gore u atmosferi hlora, bakar u prahu sumpora itd.

Međutim, najveći broj požara se odvija preko reakcija oksidacije, a osnovni uslovi da bi došlo do

sagorevanja (spajanje gorućeg materijala sa kiseonikom) su:

prisustvo gorive materije

prisustvo oksidatora

prisustvo odgovarajućeg izvora paljenja

Ovo može da se prikaže tzv.“trouglom požara“:

Slika 1. Grafički prikaz trougla požara

U osnovi princip preventivne zaštite se bazira na isključenju nekog od ovih uslova – uglavnom

izvora paljenja i na taj način je u najvećem broju slučajeva zadovoljen osnovni uslov

(zahtev)preventivne zaštite od požara i eksplozije.

U svakodnevnom životu čovek je uvek okružen prisustvom dva od tri uslova za nastanak požara

čije se prisustvo ne može eliminisati, a to su vazduh i manje ili više zapaljive materije. Ipak,

prisustvo dva uslova ne mora nužno dovesti do nastanka požara, takođe je neophodno prisustvo

dovoljne količine energije koja može pokidati hemijske veze. Poslednji činilac požarnog trougla

jeste izvor te energije odnosno varnica koja će inicirati smešu goriva materija - vazduh. Kada se

formira trougao veoma je velika verovatnoća da će doći do formiranja požara. Sve ovo ukazuje

na činjenicu da se osnovni princip preventivne zaštite mora bazirati na isključenju prisustva

izvora paljenja. Veoma je važno prepoznati moguće izvore paljenja. Najčešće, požari nastaju

usled toga što ljudi ne znaju šta to može predstavljati opasnost, ili su nepažljivi prilikom

rukovanja sa zapaljivim materijama u blizini mogućih izvora paljenja. Izvori paljenja mogu biti:

otvoreni plamen šibice, raznih vrsta gorionika, ložišta, cigareta, radovi

zavarivanja i sečenja metala

materija Oksidator

Toplota

Goriva

zagrejane površine - pegla, šporet, grejna tela

hemijske reakcije – dobijanje acetilena iz CaC2, gašenje kreča, reakcija

conc. kiseline sa vodom ( skladišta, transportna sredstva)

sagorevanje gorive materije i pri tome se oslobaĎa toplota – sagorevanje

eksploziva i pirotehničkih materijala, eksplozivno sagorevanje smeša

zapaljivog gasa, para zapaljivih tečnosti i prašina

procesi samozagrevanja i samopaljenja

električna energija – električni ureĎaji i vodovi ( pregrevanje, opterećenje)

pražnjenje elektriciteta u atmosferi (grom, munja)

statički elektricitet

Gorive materije

Da bi došlo do sagorevanja, odnosno požara, jedan od neophodnih uslova je da je prisutna

materija koja može goreti. U principu, se materije u pogledu sagorivosti mogu podeliti u dve

grupe:

1. nesagorive materije

2. sagorive (zapaljive) materije

Sagorive su one koje se pod normalnim uslovima mogu zapaliti i goreti do potpunog sagorevanja,

a nesagorive, koje se pod normalnim uslovima ne mogu zapaliti.

Međutim ova podela je uslovna, pošto imamo materije koje pod određenim uslovima gore iako

spadaju u nesagorive npr. aluminijum u komadu ili manjim komadima je nesagoriv, a u obliku

praha se može zapaliti i sagorevati čak i eksplozivno.

Sadržaj vode ili drugih primesa znatno utiče na zapaljivost npr. etilalkohol je zapaljiva tečnost,

međutim kada se pomeša sa vodom tako da koncentracija opadne na ispod 40% u smeši sa

vodom onda je ova smeša nesagoriva (nezapaljiva).

Kod zapaljivih materija treba razlikovati lako i teško zapaljive. Za teško zapaljive je

karakteristika da gore dok na njih deluje plamen, a kada se on ukloni prestaje gorenje. U ovu

grupu spadaju uglavnom prirodna vlakna (vuna, dlake, kosa), kao i neki polimerni sintetički

materiji kao oni koji sadrže hlorna jedinjenja u svom sastavu, drvo impregnirano sredstvom

protiv paljenja.

Podela prema zapaljivosti, a na osnovu agregatnog stanja je na:

gasovite

tečne i

čvrste gorive materije

Kod gasovitih i tečnih je relativno lako odrediti sagorivost, jer ona najviše zavisi od temperature.

Kod čvrstih materija nije jednostavno odrediti grupu sagorivosti jer osim temperature na

sagorevanje utiče i fizičko - hemijsko stanje materije (npr. kod aluminijuma u komadu ne gori a

prah gori)

SAGOREVANJE GASOVA

Brzina reakcije, zatim tok procesa oksidacije kao i ostali parametri zavise u velikoj meri od

agregatnog stanja materije.

Gasno stanje čine slobodni molekuli ili atomi (plemeniti gasovi) koji su međusobno dosta

udaljeni tako da je međusoban uticaj neznatan, nalaze se u stalnom kretanju i ravnomerno

ispunjavaju zapreminu koja im je na raspolaganju. Usled stalnog kretanja molekula dolazi do

sudara istorodnih i raznorodnih molekula (gorivog gasa i oksidatora) čime se omogućava dodir

između gorive materije i oksidatora, što je jedan od osnovnih faktora za proces gorenja.

Sagorevanje gasovitih materija je relativno jednostavan proces u većini slučajeva molekuli

sagorivog gasa su izmešani sa molekulima kiseonika a usled stalnog kretanja molekula dolazi i

do velikog broja sudara.

Na običnim temperaturama u većini slučajeva neće doći do reakcije jer molekuli gasa nemaju

dovoljnu energiju da stupaju u reakciju sa kiseonikom, nego se mora delovati spoljašnjim

izvorom energije.

Za otpočinjanje reakcije oksidacije potrebno je da veza između atoma ili grupe atoma u molekulu

se prvo razlabavi kako bi se mogle uspostaviti nove veze i u tu svrhu treba aktivirati molekule

(npr. dovođenjem toplotne energije i pri tom jedan broj molekula dobija dovoljnu količinu

energije da stupi u reakciju sa kiseonikom). Drugi način aktivacije je stvaranjem slobodnih atoma

ili radikala.

Na sagorevanje gasova i paljenje utiče više faktora i to pre svega koncentracija zapaljivog gasa u

smeši, temperatura smeše, sadržaj stranih primesa, pritisak itd.

Zapaljivi gasovi u smeši sa vazduhom mogu da sagorevaju, samo ako su koncentracije gasa u

smeši sa vazduhom (odnosno kiseonikom) u tačno određenom odnosu. Najmanja koncentracija

zapaljivog gasa u smeši sa vazduhom (odnosno kiseonikom) pri kome je moguće sagorevanje,

naziva se donja granica zapaljivosti, a najviša koncentracija pri kojoj je sagorevanje još uvek

moguće zove se gornja granica zapaljivosti.

Donja granica se karakteriše velikim viškom oksidatora a gornja velikim viškom gorive materije.

Interval između donje i gornje granice naziva se intervalom zapaljivosti

I = Cmax – Cmin

Bezopasno područje je područje ispod donje granice i područje iznad gornje granice.

Slika 2. Donja i gornja granica zapaljivosti i eksplozivnosti

SAGOREVANJE TEČNIH MATERIJA

Sagorevanje z a p a l j iv i h t e č n o s ti se u suštini svodi na sagorevanje gasova.U pracesu

sagorevanja gore pare tečnosti koje se obrazuju iznad njene površine. (to se vidi sa slike):

Slika . Sagorevanje sa slobodne površine tečnog goriva 1 - zona dogorevanja, 2 - front plamena, 3 - zona

para i produkata termičkog razlaganja, 4 - konvektivno kretanje, 5 - zone predgrevanja

Kada se stvaraju pare? Na sobnim temperaturama, kinetička energija molekula tečnosti je tolika

da se ovi kreću samo u tečnoj fazi. Povećanjem temperature povećava se energija kretanja

molekula i na nekoj određenoj temperaturi molekuli će imati dovoljno veliku energiju da se

otkinu i sa površine tečnosti preći će u prostor iznad nje i obrazovaće paru. Najintezivnije

isparenje na temperaturi ključanja (Tk) toplota koja je predata tečnosti tada se iaključivo troši na

njeno isparavanje to je TOPLOTA ISPARAVANJA ili LATENTNA TOPLOTA..

U požarnom smisli, ona tečnost koja lakše isparava (kao npr. etar, benzin, aceton) je opasnija, jer

se već na sobnim temperaturama mogu obrazovati opasne koncentracije para tečnosti u vazduhu.

Zapaljive smeše se mogu obrazovati i RASPRŠIVANJEM TEČNOSTI, i pri tome nastaju sitne čestice –

kapljice tečnosti sa vazduhom koje daju maglu (pri bojenju, lakiranju). Raspršivanjem tečnosti

na veliki broj čestica izaziva povećanje površine tečnost, što ubrzava isparavanje a time i

dostizanje donje granice zapaljivosti (eksplozivnosti).U ovom sličaju će lakše doći do zapaljenja

nego kada para nastaje isparavanjem tečnosti (lakše paljenje kod dizel motora, lož ulja).

MEHANIZAM GORENJA ČVRSTIH MATERIJA

Mehanizam sagorevanja čvrstih materija nije isti za sve čvrste materije, i zavisi od sastava

materije i njenih osobina. Mehanizme sagorevanje čvrstih materija možemo podeliti u tri grupe:

1. Direktno sagorevanje - na ovaj način sagorevaju hemijski elementi

2. Sagorevanje uz promenu agregatnog stanja - kod ovog načina sagorevanja čvrsto telo u

prvoj fazi zagrevanja prelazi u tečno stanje, a zatim u parno tako da se sagorevanje vrši u

parnoj fazi. Na taj način se sagorevanje čvrstog tela svodi na sagorevanje gasovitog tela.

Mnoge organske čvrste materije sagorevaju na ovaj način: vosak, parafin, mast...

3 Sagorevanje uz raspadanje - najveći broj čvrstih materija sagoreva tako da se prethodno

raspadne uz stvaranje produkata raspadanja koji mogu biti gasoviti, tečni ili čvrsti.

Početak raspadanja pojedinih materija zavisi od osobina same materije. Brzina

obrazovanja produkata raspadanja menja se sa temperaturom i vremenom. U početku

raspadanja, na nižim temperaturama ova brzina je mala, daljim povećanjem temperature

se povećava da bi kasnije opet pala na neku minimalnu brzinu, bez obzira na povećanje

temperature. Sastav proizvoda raspadanja se takođe menja sa povećanjem temperature.

Kod nižih temperatura preovlađuju ugljen-monoksid i ugljen-dioksid uz stvaranje u

pojedinim slučajevima tečnih proizvoda u većim količinama. Na višim temperaturama se

pojavljuju metan, vodonik i drugi ugljovodonici, uz smanjenje količine tečnih proizvoda

raspadanja.

Sagorevanje čvrstih materija se u principu odigrava u dve faze. U prvoj fazi dolazi do

sagorevanja gasovitih proizvoda razgradnje čvrste materije, a u drugoj fazi sagoreva čvrsti

ostatak. Prva faza je obično praćena plamenom, čija veličina zavisi od brzine obrazovanja

gasovitih proizvoda. Druga faza obično nije praćena plamenom, ili je plamen veoma mali.

Paljenje čvrstih tela se u suštini svodi na paljenje gasovitih produkata raspadanja. Za

paljenje čvrstih tela potreban je izvor toplote većeg intenziteta i dužeg delovanja.

Eksplozivno sagorevanje čvrstih tela, granice eksplozivnosti

Pojedine sagorive materije, ukoliko se u vazduhu nalaze u obliku prašine, mogu pod određenim

uslovima eksplozivno sagorevati. Prašina je disperzni sistem u kojem disperznu fazu čine čestice

čvrste materije veličine od 0,001 do 1 mm, a disperzionu fazu vazduh ili drugi gas nosioc.

Disperzne sisteme čvrstih čestica možemo podeliti na dve grupe: prirodne prašine i tehničke

prašine.

U prirodne prašine spada kosmička prašina, zemaljska prašina neorganskog i organskog porekla.

Prirodna prašina ne predstavlja u principu opasnost od eksplozije, niti postoji verovatnoća da

može nastati smeša sa vazduhom koja bi mogla eksplodirati.

Tehničke prašine nastaju uglavnom kod prerade i obrade različitih čvrstih materijala, kao što je

napr. rezanje drveta, obrada duvana, obrada tekstilnih vlakana, itd. Znatne količine prašine mogu

se pojaviti u vazduhu prilikom proizvodnje praškastih materijala kao što su cement, gips, brašno,

mleko u prahu, itd. Prašina čije su čestice male, odnosno dim, nastaje sagorevanjem goriva i

može sadržavati sagorive čestice i time predstavljati veliku opasnost, naročito u industriji.

Disperzni sistemi čvrstih čestica u vazduhu mogu eksplodirati, pri čemu moraju da budu

ispunjeni sledeći uslovi: prašina mora biti sagoriva, kiseonik mora biti prisutan kao i izvor

paljenja. Eksplozivnost ovakvih sistema zavisi od veličine čestica, vlažnosti vazduha i čestica,

sadržaja gorivih materija u česticama, temperature paljenja čvrstih čestica.

PRODUKTI SAGOREVANJA

Sagorevanje može biti potpuno i nepotpuno.