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12 - TRL7 - I principi alla base dell’estinzione acustica

Autore Gianfranco Rocchi | Chief Communication Officer | 02 Luglio 2021 |


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I metodi tradizionali di estinzione dell'incendio si basano sull'eliminazione dell'apporto di ossigeno da una superficie in fiamme. Questo è ciò che fanno i sistemi di estinzione ad acqua, schiuma, CO2 o altri gas inerti ed infine, a polvere. Nonostante la loro comprovata efficacia nella lotta al fuoco,

tutti questi estinguenti possono produrre danni a ciò che brucia o che si trova nel loro raggio di azione, incluse le persone che di quell'ossigeno necessitano per respirare. Per questo motivo, si ricercano sempre nuovi metodi per spegnere le fiamme.

 

Tra questi, uno dei principali metodi esplorati è quello dell'onda acustica. Il principio di funzionamento di questo tipo di estintore dipende dall'oscillazione, tra regioni di alta e bassa pressione, dell'onda. Questa oscillazione può essere sfruttata per interrompe la continuità della fiamma, separando le molecole d'aria dal comburente e portando, negli auspici, alla sua estinzione.

 

Più precisamente, il rapporto aria-carburante ai confini della fiamma si trova al limite più basso e può essere influenzato dall'onda sonora. Inoltre, i cambiamenti nella velocità dell'aria influenzano il flusso del combustibile intorno alla fonte di calore e l'aumento del trasferimento del calore per convezione, riducendo la temperatura della fiamma.

 

Poiché l'efficacia del processo di estinzione dipende dall'ampiezza delle vibrazioni dell'aria e dalla potenza acustica, l'obiettivo è quello di costruire un estintore in grado di produrre un flusso acustico direzionale. Le soluzioni più semplici individuate sono emettere l'onda sonora all'interno di un tubo a sezione circolare con l'estremità aperta rastremata e piegata in una sezione trasversale rettangolare,  che svolge la funzione di guida d'onda, rafforzandola grazie alla risonanza acustica e "sparandola" contro le fiamme.

 

Le ricerche sperimentali di Paweł Stawczyk and Jacek Wilk-Jakubowski del Kielce University of Technology, si sono occupate di definire i parametri di base dell'onda sonora e il modello di estinzione dell'incendio.

Da un lato l'impedenza acustica, ovvero la misura dell'opposizione che il mezzo fisico (aria e pareti della guida d'onda) presenta al flusso acustico, la frequenza devono essere attentamente calibrate per ottenere l'opportuna efficienza acustica.

Dall'altro, nella progettazione dei dispositivi è necessario determinarne le caratteristiche direzionali. Queste caratteristiche consentono il posizionamento ottimale dell'estintore rispetto alla sorgente dell'incendio (la concentrazione del fascio acustico consente di ridurre la potenza acustica richiesta e le dimensioni del dispositivo di estinzione)

Per quanto concerne l'efficienza di estinzione si devono conoscere l'interazione tra l'onda sonora prodotta e le condizioni ambientali: vento, sottofondo acustico, distanza tra la sorgente del fuoco e l'uscita della guida d'onda (ad esempio la diminuzione del livello di pressione sonora osservata sperimentalmente all'aumentare della distanza tra la fiamma e l'uscita della guida d'onda è causata dalla sovrapposizione di onde riverberanti e onde emesse).

Secondo i test condotti, la pressione sonora capace di effetto estinguente era nell'ordine di 120-130 decibel.

Le onde acustiche di frequenze più basse - comprese tra 14 e 21 Hz - sono più adatte perché hanno un'ampiezza maggiore delle vibrazioni e una maggiore efficienza di estinzione. L'uso di onde acustiche a frequenza più elevata porta alcuni vantaggi, tra cui la maggiore concentrazione del raggio acustico, che diventa quindi più direzionale, il che migliora direttamente il raggio d'azione effettivo di estinzione ma richiede l'uso di una guida d'onda proporzionalmente più lunga, il che si traduce in difficoltà nell'attuazione pratica. Onde acustiche di frequenze più elevate, inoltre richiedono più energia per essere prodotte. L’assente o minore impatto degli infrasuoni sulla salute dei soccorritori e dei feriti fa preferire la soluzione a bassa frequenza.

 

Questo "agente estinguente" può essere utilizzato per lo spegnimento di incendi di classi diverse, in quanto le onde acustiche penetrano sia nei solidi, sia nei liquidi che nei gas. Secondo le ricerche tuttavia potrebbe essere utilizzato efficacemente in caso di incendi di classi B e C, mentre è improbabile che sia altrettanto efficace nel caso di materiali solidi in fiamme, in quanto l'incendio potrebbe riaccendersi a causa del mancato assorbimento del calore.

 

Oltre all'impatto delle onde acustiche a bassa frequenza sul corpo umano, da approfondire nel caso di un estintore acustico, dovranno essere investigati anche quelli sulle strutture edilizie; il rischio potrebbe essere portato dalle vibrazioni di risonanza di pareti o finestre.

 

Nel prossimo articolo della serie TRL7, tra 15 giorni su questi canali, approfondiremo alcune applicazioni, per ora sperimentali, dell’estintore a onda sonora.

  • https://www.researchgate.net/publication/349313442_Non-invasive_attempts_to_extinguish_flames_with_the_use_of_high-power_acoustic_extinguisher
  • https://ijaers.com/uploads/issue_files/57IJAERS-07202076-Astudy.pdf
  • https://www.ripublication.com/irph/ijert19/ijertv12n7_24.pdf
  • http://utpedia.utp.edu.my/15706/1/Dissertation%20-%20Alan%20A.%20A.%20-%2016036.pdf
  • http://www.kscst.iisc.ernet.in/spp/40_series/39S_bestprojreports/39S_BE_1977.pdf
  • https://www.researchgate.net/publication/341330176_Extinguishing_the_dripping_flame_by_acoustic_wave

Per scaricare questo articolo in versione pdf Clicca QUI

note sull'autore

Gianfranco Rocchi è curatore del digital content marketing di Mozzanica&Mozzanica Srl; con una formazione accademica in storia economica, ha una esperienza di oltre quindici anni nella consulenza aziendale relativamente ai sistemi di gestione aziendale e della salute e sicurezza sul lavoro. È stato inoltre autore di contenuti per la televisione ed il podcasting.

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