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Collana Le Origini - LA STORIA DELLO SPRINKLER

Autore Gianfranco Rocchi | Chief Communication Officer | 15 Febbraio 2021 |

in copertina: tratto dal calendario Mozzanica 2021 - impianto di cardatura e filatura del cotone in una fabbrica del 1830

Sprinkler e banchetti nuziali rinascimentali, ovvero quella volta che a Leonardo da Vinci andò tutto storto

Il cenacolo vinciano può sembrare uno strano punto di partenza per iniziare a raccontare la storia dei sistemi antincendio sprinkler, eppure quest’opera ci offre due interessanti spunti.

Le fragilità dell’Ultima Cena derivano sia dalla scelta dei colori impiegati, sia dal fatto che è un dipinto murale realizzato a secco e non “a fresco”. Leonardo cercava una tecnica che gli consentisse più agio nella pittura (l’affresco impone tempi più rapidi e quindi minor cura dei dettagli a parità di aera dipinta e tempo impiegato) e una resa cromatica più vivida, luminosa, e quindi più efficace emotivamente, rispetto a quello che la consolidata tecnica dell’affresco gli avrebbe concesso.

Se Leonardo avesse scelto una via più conservativa, forse, i primi frati Domenicani che consumarono i pasti nel refettorio della chiesa di Santa Maria delle Grazie, su una parete del quale si trova l’opera, non avrebbero avuto la sensazione di essere dei commensali di Cristo e dei suoi apostoli ma avrebbe risparmiato alla sua opera un precocissimo degrado che solo una ventina d’anni dopo fece dire al Vasari:

Non si scorge più se non una macchia abbagliata.

Siete ancora perplessi e vi domandate dove voglia andare a parare, vero?; perché avevamo detto che si parlava di sistemi antincendio...d’accordo, ecco il primo spunto.

Quando si parla di gestione del rischio, si parla di incertezza, ed i sistemi che devono prevenire e proteggere i rischi sono progettati per ridurre quest'incertezza.

La stessa innovazione tecnologica in questi settori tende ad essere applicata molto lentamente; un approccio sperimentale come quello adottato da Leonardo con l’Ultima Cena sarebbe estremamente pericoloso in materia di prevenzione e protezione del rischio. Il prezzo da pagare alla mancanza di affidabilità di un sistema si misurerebbe in danni materiali o addirittura in perdite di vite umane.

Eppure è attraverso la sperimentazione, e gli incidenti, che la tecnologia è progredita.

 

Se questo parallelismo tra l’Ultima Cena e un sistema di prevenzione e protezione antincendio vi sembra forzato concedetemi una seconda chance per convincervi del fatto che partire da Leonardo da Vinci non è una scelta fuori luogo.

Una cena a cui lavorò Leonardo, vera e non dipinta questa volta, ci offre il secondo spunto.

Il genio fiorentino si era proposto a Ludovico il Moro, nel 1482, con una breve lettera – un curriculum vitae – in cui elencava, per punti, le dieci tipologie di servizi che poteva rendere al Signore di Milano. Nove di questi riguardavano gli impieghi bellici delle sue competenze ingegneristiche ed uno, l’ultimo, ciò in cui sarebbe potuto essere impiegato in tempo di pace. Parla dell'architettura, delle opere di canalizzazione delle acque, delle sue abilità come scultore e pittore ma non cita esplicitamente una delle sue molte abilità, quella di scenografo, una competenza che univa abilità artistiche e conoscenze ingegneristiche.

Ciononostante queste abilità dovevano essere note allo Sforza, che nominò Leonardo: “Maestro delle feste e banchetti” e gli affidò l’organizzazione di molte cerimonie, incluse le sue nozze con la principessa Beatrice d’Este e quelle del duca Giovanni Galeazzo con Isabella d’Aragona, evento nel quale per la prima volta nella storia le portate furono servite in tempi successivi, anziché essere ammassate all’inizio della festa; ogni portata era accompagnata da canti, musiche, balli e poesie, tanto che, secondo alcuni storici, si può far risalire a quest’evento la nascita del balletto moderno1.

Già da questa sommaria ricostruzione si intuisce come Da Vinci considerasse il banchetto come uno spettacolo o forse, meglio, come un meccanismo; la riuscita dipendeva dal perfetto collegamento e sincronismo in cui tutte le parti; le pietanze, come gli attori, dovevano entrare in scena secondo una sequenza ordinata. Per questo era necessario apportare delle innovazioni. Leonardo decise di automatizzare la cucina, inventando  dei nastri trasportatori per portare il cibo ai cuochi più velocemente e introdusse un grande forno per cuocere il cibo a temperature più alte del normale, per l’epoca.

 

Non fu un successo: i nastri trasportatori erano ora troppo lenti, ora troppo veloci, il forno funzionava come previsto ma i cuochi, che non sapevano gestirlo, bruciarono il cibo, innescando un principi di incendio. È questo punto che entra in funzione un altro elemento del progettò di Leonardo: un sistema di spegnimento in cui l’acqua viene spruzzata da degli ugelli (la pazienza dei pochi lettori che ci han seguito fin qui, è stata finalmente premiata!).

I sistema sprinkler ante-litteram di Leonardo fu l’unico componente a funzionare come da progetto ma rovinò la maggior parte del cibo, bagnandolo, per poi continuare ad allagare la cucina. Gli ospiti se ne andarono digiuni, il progetto leonardesco della cucina automatizzata fu accantonato e con lui il primo sprinkler.

 

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Per trovare traccia di un altro tentativo di progettazione di sistemi antincendio dovranno trascorrere altri duecento anni, fino al dispositivo di Ambrose Godfrey-Hanckwitz, sebbene il sistema messo a punto dal chimico anglo-tedesco, sembra piuttosto il primo esempio di estintore automatico, piuttosto che di un impianto di spegnimento fisso.

Il metodo di Godfrey – di cui diremo meglio quando ci occuperemo, tra qualche mese, della storia degli estintori – prevedeva, infatti, che l'innesco di micce facilmente infiammabili2, una volta riscaldate da un principio di incendio, provocasse l’esplosione di una piccola carica di polvere da sparo posta all'interno di un barile d'acqua “impregnato di un certo preparato, nemico del fuoco” (un ritardante?); ciò avrebbe generato la pressione necessaria a rilasciare rapidamente grandi quantità di acqua e quindi spegnere le fiamme. Godfrey riferisce di due dimostrazioni a scala reale e di grande successo, della sua invenzione nel 1723, alla prima delle quali erano presenti diversi membri della Royal Society.


antincendio in scena al Drury Lane

L’idea leonardesca ricompare in un progetto dei primi dell’800 a Londra. Il Theatre Royal, Drury Lane , comunemente noto come Drury Lane, il quale non solo è oggi ancora esistente, ma può vantare il primato d'essere il più antico teatro di Londra ancora in uso, sebbene l'edificio odierno sia il più recente di una serie di quattro teatri costruiti nello stesso luogo, il primo dei quali risale al 1663. 

Per i suoi primi due secoli, Drury Lane era ragionevolmente il principale teatro di Londra. Il 25 gennaio 1672, il teatro prese fuoco, dopo essere scampato al Grande Incendio di Londra di sei anni prima, e Thomas Killigrew, il suo ideatore, costruì un teatro più grande sullo stesso terreno. Questo edificio durò quasi 120 anni fino a che, nel 1791, l'edificio fu demolito per far posto a un teatro ancora più grande, inaugurato quattro anni dopo.

Le ragioni del rinnovamento furono squisitamente di carattere economico. Sebbene all'epoca fosse in voga il modello secondo cui i teatri dovevano essere molto piccoli, questo si scontrava con l'aumento dei costi introdotti dalle innovazioni scenografiche3, riducendo drammaticamente le marginalità dei gestori.

La nuova tecnologia dell'epoca, finalmente, consentiva l'ampliamento dei locali: colonne di ferro sostituirono il legno, sostenendo, con meno ingombro, cinque ordini di gallerie. Il palco diventò più grande in larghezza e profondità. Henry Holland, l'architetto che, con Charles Heathcote Tatham, nè curò la realizzazione, disse che era:

su una scala più ampia di qualsiasi altro teatro in Europa.

Ad eccezione delle chiese, era l'edificio più alto di Londra.

Il nuovo teatro non fu unanimemente accolto positivamente dal pubblico e dagli attori. Non solo si perdeva ogni senso di intimità e connessione, cui erano abituati compagnia e pubblico, ma le dimensioni stesse del teatro ponevano gran parte del pubblico a una distanza tale da rendere piuttosto difficile l'ascolto della voce degli attori. Per compensare, le produzioni allestite nel nuovo teatro, tendevano più allo spettacolo che alla parola parlata. Un esempio di magnificenza scenografica è una produzione del 1794 che mostrava l'acqua reale che scorreva lungo un ruscello roccioso in un lago abbastanza grande su cui remare una barca. Quest'acqua usciva dai serbatoi posti sul tetto, che erano stati installati - insieme a una tanto pubblicizzata cortina di sicurezza in ferro a scopo antincendio.

 

► scopri di più: LA COMPARTIMENTAZIONE DEL FUMO E DEL CALORE MOZZANICA

 

il Theatre Royal divenne infatti il primo teatro a presentare una tenda di sicurezza in ferro che alla fine sarebbe diventata un requisito legale in tutti i grandi teatri.

La ricostruzione del 1794 era costata però il doppio della stima originale di 80.000 sterline e le produzioni erano più costose da montare nella struttura più ampia, tanto che il drammaturgo irlandese Richard Brinsley Sheridan, proprietario del teatro, si trovò in condizioni economiche difficilissime; ciononostante resistette fino al 24 febbraio 1809, quando un nuovo incendio che distrusse il Drury Lane, lo rovinò definitivamente.

Sheridan si rivolse al birraio Samuel Whitbread, un vecchio amico, per chiedere aiuto. Oltre a investire fortemente nel progetto, Whitbread accettò di guidare un comitato che avrebbe gestito la compagnia e supervisionato la ricostruzione del teatro, ma chiese a Sheridan di ritirarsi personalmente dalla direzione, cosa che fece interamente entro il 1811.

Il progetto del nuovo Theatre Royal fu affidato a Benjamin Dean Wyatt. Il 10 ottobre 1812, più di tre anni dopo il disastro, Robert Elliston portò sul palco rinnovato l'Amleto. 

Il nuovo teatro con 3.060 posti a sedere riduceva di circa 550 posti la capienza (nonostante fosse considerato ancora estremamente grande). Questo è l'edificio che si può ancora vedere oggi.

 

Wyatt integrò nel suo progetto un sistema ideato dall'inventore William Congreve.

Un William Congreve aveva già debuttato nel 1693 al Drury, ed era un noto drammaturgo, ma quello a cui ci stiamo riferendo era, invece, un baronetto che dopo essersi occupato di editoria, pubblicando il Royal Standard and Political Register, finì coinvolto in battaglie politiche da cui uscì sconfitto nel 1804, ritirandosi a vita privata e dedicandosi ad un'altra sua passione: le invenzioni.

In particolare i suoi esperimenti con i razzi4, i quali furono utilizzati con successo durante le guerre napoleoniche e gli guadagnarono la nomina a controllore del Royal Laboratory a Woolwich dal 1814 fino alla sua morte e l'elezione a Fellow della Royal Society. La sua vita continuerà frequentando la corte a servizio del principe e poi re Giorgio IV (per la cui incoronazione derivò dai suoi razzi dei fuochi pirotecnici) entrando e uscendo dalla vita politica e dagli affari, fino a che un grave procedimento di frode nei suoi confronti lo costrinse alla fuga a Tolosa, in Francia, dove morì.

Oltre ai suoi razzi, Congreve fu un inventore prolifico benché non di altrettanto successo. A suo nome sono stati registrati 18 brevetti, tra cui diverse armi, sistemi idraulici, applicazioni del motore a vapore, un orologio, tecniche di metallurgia, della carta per banconote non falsificabile, un metodo per uccidere le balene mediante (ancora!) i razzi, miglioramenti nella produzione di polvere da sparo, tecniche di stampa e contatori del gas.

 

Tra questi brevetti, l'invenzione che interessa alla nostra storia e applicata al Theatre Royal e registrata con numero di brevetto 3606: un serbatoio cilindrico ermetico – che pare avesse una portata di 100m3 -  alimentava una conduttura d'acqua da 10", la quale si diramava in tutte le parti del teatro, con una serie di tubi più piccoli come sistema di distribuzione, i quali erano perforati con una serie di fori da ½".

L’acqua, fornita al serbatoio da una condotta sotterranea in ghisa da 250 mm, era pressurizzata con aria da una pompa, ad una pressione di 6 atmosfere.

Le valvole che controllavano il sistema erano azionate manualmente ed erano pensate per scaricare acqua solo nell'area interessata. Per garantire un approvvigionamento idrico di riserva, era stato raggiunto un accordo con l'acquedotto che, dopo aver ricevuto un segnale di allarme, avrebbero avviato la pompa a vapore per fornire un approvvigionamento supplementare.

Questo è stato il primo pratico sistema antincendio ad utilizzare un approvvigionamento idrico ad alta pressione ad essere installato in un edificio commerciale.

 

► scopri di più: LE STAZIONI DI POMPAGGIO MOZZANICA

Il sistema progettato da Congreve dipendeva totalmente da qualcuno all'esterno del teatro che potesse azionare una valvola.

È considerato come il capostipite degli impianti a diluvio e sprinkler odierni. Questi sistemi, che presto si diffusero negli stabilimenti tessili, agivano sull’intera area da proteggere.

 

Prima di  Congreve, nel 1806, l’avvocato John Carey, in Inghilterra aveva già ottenuto il brevetto n. 2963  per un tubo perforato da utilizzare nei sistemi di protezione antincendio. Il sistema funzionava mantenendo chiusa una valvola di controllo attraverso delle stringhe combustibili; l'incendio, bruciandole, avrebbe aperto la valvola e permesso all'acqua di aggredire le fiamme, grazie alla pressione derivate dal fatto di aver collocato un serbatoio di raccolta rialzato; ogni valvola era dotata di una grande “rosa” per deflettere l’acqua e spruzzarla sul pavimento. Si trattava, nel caso di Carey e delle evoluzioni successive di questa configurazione impiantistica, di impianti a secco, con fori da ⅓ di pollice in larghezza e distanziati di 3-10 pollici l'uno dall'altro.

Il sistema, come  più tardi quello di Congreve, era anche pensato per essere connesso attraverso un allarme, alla stazione dei vigili del fuoco. L'obiettivo era spegnere il fuoco il più velocemente possibile e avere la minima quantità di danni.

Sebbene molto simile al sistema di Congreve, non è considerato il primo sistema sprinkler in quanto c'è traccia di qualche sua applicazione.

Per evitare che i tubi si arrugginissero e raccogliessero detriti, erano ricoperti di catrame e pece, secondo un metodo per proteggere i tubi rimasto popolare per diverso tempo in seguito; il calore dell'incendio avrebbe sciolto il catrame permettendo all'acqua di fluire .

O almeno questo era nell'intenzione progettuale di Carey; alla prova pratica il fuoco si sarebbe trovato probabilmente troppo lontano dalle tubature, lasciando alcune parti del tubo ricoperte di catrame, fino a che l’incendio non avesse raggiunto un’intensità tale che a poco sarebbe valso l’intervento di soppressione.

Nel 1809, questo modello subì un'ulteriore evoluzione. William Cosgrove sempre a Londra, brevettò dei bulbi fusibili tarati a 190 °F, permettendo di passare ad una configurazione "a umido", trascinandosi dietro però problemi come la ruggine e le incrostazioni. Una tecnologia che non era ancora matura e che forse per questo non fu integrata dal sistema di Congreve di lì a qualche anno.

Fu grazie a James B. Francis, ancora una volta un ingegnere inglese emigrato, però, nel Nuovo Mondo, e col pallino per l'idraulica, che questi sistemi varcarono per la prima volta l’Atlantico. Francis aveva in realtà qualcosa di più del “pallino per l’idraulica”; era un vero e proprio genio in questo campo, tanto che fu il padre della "turbina Francis"5 che a lui deve il nome.

Nel 1845, fu proprio Francis a sviluppare i primi sistemi di antincendio fissi mai concepiti negli Stati Uniti.

James non si limitò ad introdurre la tecnologia ma la innovò, distanziando i fori da 1/10 pollice a intervalli di 9 piedi, e sperimentato oltre alle corde combustibili anche la guttapercha6 come elemento fusibile per attivare gli ugelli. La guttapercha fu uno dei molti materiali fusibili con cui il mondo dell’antincendio stava sperimentando delle soluzioni.


alla ricerca della giusta scioglievolezza

Nel 1851,  Barnabas Wood, dentista di Albany, si trasferì a Nashville, nel Tennessee per conseguire la la laurea in medicina. Meno di dieci anni dopo, nel 1860, annunciò la scoperta di una lega di bismuto, stagno, piombo e cadmio, in proporzioni tali da avere un punto di fusione molto basso.

Il “metallo di Wood”, come venne più tardi denominato, noto anche come lega di Lipowitz, è una lega metallica eutettica impiegata dallo stesso Wood come elemento fusibile per sistemi antincendio.

 

Pur non disponendo di dispositivi di misurazione della temperatura, già i romani avevano notato che aggiungendo al piombo una certa percentuale di stagno importato dalla Cornovaglia, la miscela fondeva ad una temperatura inferiore a quella del piombo.

Nella sua Storia naturale, Plinio il Vecchio, nel corso del I secolo, riportò la formula per saldare i tubi di piombo: due parti di piombo per una parte di stagno.

Ancora a metà del XVIII secolo, questa anomalia nelle leghe intrigava e restava sempre inspiegabile

Una cosa che è ancora piuttosto singolare; è perché due metalli qualsiasi mescolati insieme vengono fusi a un fuoco inferiore rispetto a se fossero separati.

osservava Du Chatelet nella sua “Dissertazione sulla natura e la propagazione del fuoco”, nel 1744.

 

Nel 1701, le prime leghe ternarie a bassa temperatura che utilizzavano lo stagno di bismuto e piombo sono stati descritti da Isaac Newton nel suo articolo "Scalum graduum Caloris" che le impiega come punto di riferimento per le calibrazioni dei termometri ad alte temperature.

Al momento in cui Wood usò la sua lega come elemento fusibile, l'impiego ingegneristico di questi composti, aveva già una cinquantina d'anni alle spalle, da quando nel 1802 gli inglesi Richard Trevithick e Andrew Vivian inventarono il primo motore a vapore ad alta pressione. In questo veicolo serviva un fusibile in piombo nella parte inferiore della caldaia, come dispositivo di sicurezza termica, la cui fusione avrebbe dovuto inviare un getto di vapore sul focolare sottostante per spegnerlo7.

La lega inventata e brevettata da Wood conteneva il 50% di bismuto, il 27,6% di piombo, il 13,4% di stagno e il 10% di cadmio e fondeva a 165°F.

 

Fu solo col finire dell'800 che i contributi di Frederick Guthrie e Georges Charpy rivelarono le proprietà eutettiche di queste leghe.

I primi elementi fusibili nei sistemi antincendio apparvero intorno al 1882 ma molto rapidamente, tradirono una scarsa risposta allo stress permanente che dovevano sostenere, causato dalla pressione dell’acqua. Già nel 1883 comparvero meccanismi che ovviavano meccanicamente attraverso dei demoltiplicatori a leva, ai limiti di carico dei fusibili.

 

► scopri di più: SCOPRI I SISTEMI SPRINKLER MOZZANICA

 

Per vedere degli standard affrontare il problema dell'impiego delle leghe fusibili si dovranno attendere gli anni '30 del XX° secolo e addirittura il novembre 1968, negli USA, per la prima norma – UL-33 – relativa ai collegamenti termici per i sistemi di protezione antincendio “Fuse Links for Fire-Protection Service”.

Nel 1852 a William MacBay di Woolwich fu  concesso il brevetto n. 505 per un sistema antincendio sia per gli edifici che per le navi che per certi aspetti assomigliavano al moderno sistema sprinkler automatico. Anche MacBay impiegava la guttapercha o leghe fondibili a bassa temperatura8.


l’alba dei sistemi automatici

Oltre a Francis, un altro celebre inventore si dedicò al problema dei sistemi automatici per lo spegnimento degli incendi.

Sir Hiram Stevens Maxim è meglio conosciuto come l’inventore della prima mitragliatrice ma aveva depositato brevetti su numerosi dispositivi, dai ferri arricciacapelli, alle trappola per topi, dagli inalatori alle rivettatrici per citarne solo alcune.

Maxim sosteneva anche di aver inventato la lampadina, contendendo la paternità ad Edison e sperimentò, senza successo, il volo a motore9.

Quando il proprietario di una grande fabbrica di arredamento, andata ripetutamente a fuoco, sottopose il problema della protezione antincendio a Maxim questi inventò il primo irrigatore antincendio automatico. Avrebbe spento le aree che erano in fiamme e segnalato l'incendio alla stazione dei vigili del fuoco.  Maxim non fu in grado di vendere il progetto e quando scadde il brevetto l'idea fu riutilizzata.

 

Nel frattempo qualcuno si stava concentrando ancora sui sistemi a tubi perforati non automatici. Sebbene sia spesso erroneamente indicato come l'inventore del primo estintore, quello che brevetta Alanson Crane, il 10 febbraio 1863 è più propriamente un sistema a diluvio, come è evidente dalla documentazione di brevetto.

Il principale vantaggio dell'invenzione di Crane, come afferma lui stesso, è costituito dalla collocazione della valvola sistema di ritegno, che poteva essere azionato dall'esterno di un edificio in fiamme, con una semplice chiave inglese, inondando d'acqua i diversi piani, estinguendo il fuoco

in un attimo e senza il minimo danno all'edificio.

Crane aveva previsto tuttavia anche la possibilità di limitare a chi in possesso di una specifica chiave, l’attivazione del sistema.

 

► scopri di più: GLI IMPIANTI A DILUVIO MOZZANICA

 

Nel 1864 il maggiore Stewart Harrison 1st Engineer dei London Volunteers, diede al mondo la prima testa automatica per irrigatore.

L'irrigatore consisteva in un involucro di ottone cavo a forma di sfera, puntellato da un gran numero di fori di 1 mm e mezzo di diametro. All'estremità superiore la sfera aveva un codolo filettato per consentirne l'avvitamento ad un tubo di alimentazione.

All'interno del codolo filettato c'era una valvola composta da un pezzo di gomma morbida a forma di cono che sigillava più strettamente con l'aumentare della pressione dell'acqua su di essa. La superficie interna dell'uscita è stata stagnata per evitare che la valvola di gomma si attaccasse. Il calore dell’incendio avrebbe fatto sciogliere la saldatura liberando la valvola permettendo all'acqua di uscire dai fori.

Harrison prevedeva un distanziamento tra i suoi irrigatori tra l'1,8 e 3 metri a seconda del rischio da proteggere. Ha anche proposto nel brevetto di fornire l’acqua, al sistema, da un serbatoio elevato e di includere una valvola di allarme azionata dal flusso d'acqua.

Le quattro caratteristiche principali di questo irrigatore che lo rendevano così superiore era la valvola in gomma sagomata, che eliminava le perdite sotto l'alta pressione dell'acqua e si caricava dello sforzo, alleggerendo l’elemento fusibile dal compito di reggere la pressione dell’acqua; la saldatura che era stata efficacemente isolata dal corpo dell'irrigatore, inoltre, lo rendeva più sensibile al calore ed il meccanismo di attivazione, per come era congegnato, impediva che il raffreddamento provocato dal flusso d’acqua raffreddasse la valvola interrompendone la completa apertura.

Gli unici gravi difetti erano la distribuzione dell'acqua inefficace e la breve vita utile della guarnizione in gomma ma si trattava pur sempre di un sistema  che possedeva un design, di fatto, superiore a molti che lo seguirono. Harrison tuttavia, abbandonò il lavoro e non cercò di ottenere un brevetto perché non riscontrava alcun interesse nella comunità imprenditoriale britannica.

 

Oltreocenao invece, tra il 1852 ed il 1885, l’interesse era notevole ed i sistemi a tubi perforati erano utilizzati negli stabilimenti tessili di tutto il New England come mezzo di protezione antincendio; fu solo con Philip W. Pratt di Abington, nel Massachusetts che si giunse, però, il 17 settembre 1872, al brevetto del primo sprinkler automatico.

Erano ancora cavi combustibili e fusibili che tenevano chiuse le valvole in questo sistema e l'irrigatore aveva una testa che ruotava per la pressione dell'acqua e distribuiva l'acqua con un movimento circolare.

Si trattava di una configurazione che presentava ancora un elevato grado di complessità e, in maniera direttamente proporzionale, di inaffidabilità, come il sistema di John Souther, del 1872, che prevedeva l’impiego di getti di vapore.

Charles F. Buell di New Haven introdusse, nel 1873, un irrigatore che, sebbene grezzo, fu il primo ad usare il principio dello scarico dell'acqua da un ugello aperto “sensibile” e della distribuzione con una piastra di spruzzo o deflettore.

Mancava veramente poco perché i sistemi antincendio sprinkler assumessero la forma definitiva che conosciamo oggi.


il moderno sprinkler

Diplomanto in ingegneria civile e meccanica nel 1855, Frederick Grinnell, all'età di 19 anni, entrò come disegnatore presso la Jersey City Locomotive Works e più tardi, durate la guerra civile, si occupò anche dell'installazione di motori a vapore progettati per navi da guerra. Nel 1869, all'età di 33 anni, Grinnell acquistò una partecipazione di controllo e divenne presidente della società Providence Steam & Gas Pipe Company, che esisteva già da circa 20 anni e si occupava principalmente della produzione di impianti idraulici e dispositivi per il riscaldamento con vapore di scarico dei motori a vapore Corliss, nonché la costruzione di impianti per la produzione di gas da colofonia, petrolio greggio e carbone.

Nello stesso anno Grinnell incontrò una nostra conoscenza, James Francis. Era l'epoca in cui Francis era incaricato di ripartire l'energia idrica ottenuta dal fiume Merrimac, ai grandi stabilimenti tessili della zona di Lowell. A Francis era anche assegnata la responsabilità della pianificazione di un sistema completo di protezione antincendio per questi stabilimenti; per questo strinse un contratto con la società guidata da Grinnell per installare il sistema di "tubi perforati".

Francis aveva progettato un serbatoio da due milioni di galloni e un sistema di condutture sotterranee in ghisa per collegare il serbatoio ai siti produttivi. Lungo i soffitti di questi erano state installate tubazioni forate in ferro battuto e collegate, in sezioni, a un tubo di alimentazione. Una valvola di controllo dell'acqua esterna doveva essere aperta manualmente in caso di incendio e l'acqua sarebbe stata così scaricata in piccoli getti sull'area collegata.

Gli imprenditori di Lowell accettarono rapidamente il sistema Francis e subito dopo, la Providence Steam and Gas Pipe Company iniziò a installare sistemi simili negli stabilimenti prima di di Fall River, nel Massachusetts e poi, anche, altrove.

Il successo dei sistemi di tubazioni per perforati è stato tuttavia di breve durata a causa di una combinazione di problemi, ovvero il rapido esaurimento delle scorte d'acqua dovuto all'apertura non necessaria di troppe valvole e mancanza di funzionamento automatico poiché quasi tutti gli incendi altamente distruttivi si verificavano di notte.

Grinnell si applicò per superare queste limitazioni del sistema. Il suo primo brevetto, il 12 marzo 1878, riguardava un "tubo di spruzzatura" perforato che aveva i fori ricoperti con un materiale non corrodibile come l'ottone. Ciò tenderebbe a indicare che anche il potenziale intasamento delle perforazioni dovuto all'ossidazione del tubo di ferro era un problema importante che doveva essere risolto.

Vari miglioramenti furono apportati da  Grinnell negli anni successivi per ottenere il funzionamento automatico su aree limitate, ma lo sviluppo parallelo dell'irrigatore automatico segnò la fine delle tubazioni perforate.

Grinnell dovette attendere l'11 agosto 1874 per poter disporre di un brevetto da utilizzare. Quel dispositivo non fu progettato da un talentuoso ingegnere idraulico, come Francis, o da un imprenditore del settore, come lo stesso Grinnell ma da un uomo, che pur essendo un ingegnere ed un imprenditore, come i precedenti, e certamente talentuoso, visti i risultati, veniva da un settore completamente differente.

 

Henry S. Parmelee infatti era presidente della Fair Haven and Westville Street Railway Company, una delle società che gestiva i trasporti ferroviari nelle dinamiche aree della east coast statunitense di metà ottocento ed era anche socio di minoranza della Parmelee & Son, una società di produzione di pianoforti formatasi in seguito a un incendio distruttivo nella fabbrica della Parmelee Piano Company nel 1865. Suo padre, Spencer T. Parmelee, era un ricco uomo d'affari di New Haven che in precedenza era stato presidente della Driggs Piano Co. a New York,  e che aveva brevettato i sistemi a boccole per i perni d'accordatura, che rivoluzionarono la meccanica dei pianoforti.

Quindi, pur non essendosi occupato in precedenza di antincedio, Henry era il rampollo di una famiglia di inventori e imprenditori, con già alle spalle un’azienda distrutta dalle fiamme…aveva il pedigree adatto per essere un pioniere dei sistemi sprinkler.

Nel 1874, Henry era socio  di uno dei più grandi innovatori nella progettazione e costruzione di pianoforti: Frederick Mathushek. Fu per proteggere questa fabbrica che Parmelee inventò la prima testa di irrigazione automatizzata. La Mathushek Piano Manufacturing, è considerata il primo edificio negli Stati Uniti ad essere dotato di un sistema antincendio automatico.

Si trattava di un miglioramento del brevetto di Pratt poiché chiaramente l’incipit della dichiarazione di brevetto recita.

Si sappia che io, Henry S. Parmelee, della città e della contea di New Haven e dello Stato del Connecticut, ho inventato un nuovo e utile miglioramento negli estintori automatici […] Sono a conoscenza del fatto che gli estintori sono stati provvisti di guarnizioni all'interno del corpo dell'involucro del distributore, e in connessione con una valvola ivi disposta, e quindi non rivendico tale costruzione. Nel mio miglioramento il sigillo si trova sull'estremità esterna del condotto dell'acqua, collegato al distributore perforato, per cui il sigillo non solo è protetto dallo spostamento accidentale, e anche dalla polvere e dallo sporco dal soffitto sopraelevato, ma è esposto in modo più prominente...

Parmelee ottenne il brevetto l'11 agosto 1874. Il dispositivo includeva una valvola di alimentazione che era tenuta chiusa da un pezzo di saldatura fusibile. La fusione della saldatura rilasciava la valvola di alimentazione e consentiva lo scarico dell'acqua attraverso la distribuzione perforata. Il sistema includeva un sistema di allarme anch'esso attivato automaticamente.

Il 26 gennaio 1875, Parmelee brevettò un secondo progetto di sprinkler che differiva dal primo in quanto aveva un cappuccio sul distributore perforato, tenuto in posizione dalla stessa lega fusibile a bassa temperatura. I distributori, secondo il brevetto, dovevano essere preferibilmente disposti in modo che il tubo puntasse verso l'alto ma Parmelee aveva previsto anche la possibilità di una configurazione a secco, in maniera che l'effetto di raffreddamento dell'acqua non interferisse con la fusione del sigillo a 160°F.

Vale la pena sottolineare come Parmelee si preoccupasse anche dell’aspetto estetico, quando scriveva, che il distributore avrebbe potuto essere migliorato ed “avere un aspetto ornamentale”.

Gli sprinkler con questo design sono stati acquistati da Thomas J. Borden per due dei suoi impianti di Fall River, Massachusetts. In particolare il Mechanics Mill, lo storico cotonificio, costruito nel 1868 in mattoni rossi, in stile italiano, situato a 1082 Davol Street a Fall River, Massachusetts e ancor oggi esistente.

 

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Poco dopo, i soci in affari di Parmelee gli chiesero di progettare sistemi di irrigazione per le loro fabbriche. Realizzando il potenziale, Henry ha costituito la Parmelee Sprinkler Company e ha stipulato un contratto con la Providence Steam and Gas Pipe Company di Grinnell per l'installazione dei sistemi.

Il 2 luglio 1878, Parmelee brevettò un altro miglioramento, il suo quinto progetto di sprinkler, che aveva un distributore rotante10.

Al fine di mettere il suo nuovo irrigatore su una solida base commerciale, Grinnell ha incorporato alcune modifiche di progettazione per ridurre i costi e, allo stesso tempo, migliorarne la sensibilità e fornire una distribuzione dell'acqua più uniforme. La versione commercializzata è stata installata in migliaia di unità nel corso dei tre anni successivi, quasi esclusivamente in stabilimenti tessili.

La HB Claflin Dry Goods Co. di New York City deteneva, nel novembre 1878, il primato di essere il primo negozio ad essere dotato di sprinkler, con quasi un migliaio di teste Parmelee installate.

Per convincere i potenziali clienti del loro valore del sistema, per i primi anni, era normale fornire un'esposizione del funzionamento del sistema. Per questo fu costruito un edificio di circa due piani dove effettuare test antincendio. Col passare del tempo, tuttavia, il successo nell'estinzione di incendi reali ha reso superflua ogni dimostrazione.

Henry Parmelee e Frederick Grinnell diventarono ufficialmente soci  e, nel 1881, il sistema Parmelee contava 214 installazioni ed era accreditato di aver controllato diciannove incendi tra il 1877 e il 1881.

 

Eppure il sistema aveva ancora dei margini di miglioramento; ciò era chiaro a Grinnell. Erano in particolare necessari ulteriori miglioramenti nella sensibilità e nell'uniformità della distribuzione  dell'acqua fornita dall'irrigatore, specialmente negli impianti di produzione in cui il materiale infiammabile sciolto poteva facilmente portare ad una rapida propagazione del fuoco.

Il 21 ottobre 1881 gli sforzi di Grinnell sono culminati in quattro brevetti relativamente a caratteristiche essenziali dell'irrigatore pendent. Questo dispositivo divenne noto come il primo sprinkler "sensibile".

Una delle difficoltà riscontrate con gli ugelli riguardava la corrosione delle parti (specie negli stabilimenti in cui vengono impiegate sostanze che aggrediscono i materiali) o l'accumulo di incrostazioni e corpi estranei derivanti dalle lavorazioni realizzate negli ambienti protetti.

Il rischio era quindi che il sigillo si bloccasse, anche dopo breve tempo dall'installazione, e la pressione dell'acqua non fosse in grado di rimuoverlo anche quando i dispositivi di tenuta fossero stati completamente sganciati.

L'invenzione di Grinnell consistette, principalmente, nell'impiego di una valvola sferica in combinazione con un dispositivo di espansione. L'azionamento del meccanismo sarebbe stato attivato dalla dilatazione termica di un materiale espansivo, che avrebbe azionato un stantuffo, il quale avrebbe rimosso la valvola sferica. Questa configurazione impediva perdite d'acqua in condizioni normali; non solo ma lo stelo della valvola e la valvola stessa dovevano essere completamente rilasciati prima che l'acqua potesse fuoriuscire, scongiurando di conseguenza ogni pericolo di ritardare o impedire l'apertura dell'irrigatore a causa del raffreddamento, che la fuoriuscita di acqua avrebbe potuto provocare, prima che il dispositivo di controllo termico avesse svolto completamente la funzione di rilascio della valvola.

Durante il periodo 1882-1888 Grinnell perfezionò quattro tipi di ugelli a disco metallico lavorando su diversi sistemi cedevoli che consentissero di assicurare l'apertura della valvola;

I miglioramenti hanno riguardato la sensibilità termica, la prevenzione dell'intasamento, la tenuta in tutte le condizioni di pressione, la protezione contro il colpo d'ariete, lo scarico dell'acqua attraverso un foro di mezzo pollice invece che da sottili fessure o perforazioni e infine la distribuzione per mezzo di un deflettore a dente. Così è nato lo sprinkler con orifizio standard; l'orifizio da 1/2 pollice infatti era meno adatto a intasarsi in condizioni di flusso.

Grinnell ha affrontato il problema della sensibilità termica con una sperimentazione rigorosa ed è stato il primo a utilizzare un forno per la valutazione del tempo di risposta delle teste. Gli ugelli Grinnell, superiori a qualsiasi altro irrigatore del tempo, sono stati prodotti dal 1882 fino alla fine del 1890.

Oltre 200.000 irrigatori furono installati tra il 1878 e 1882, e le innovazioni crebbero assieme ad un sempre più fiorente mercato.

 

Nel 1883  Sir William Mather, un illustre industriale inglese, visitò gli Stati Uniti come membro della Royal Commission on Technical Education.

Venuto a conoscenza del nuovo irrigatore di Grinnell, Mather si recò in visita a Providence, nel Rhode Island, e acquisì personalmente da Grinnell i diritti di distribuzione per l'intero emisfero orientale. Nasceva la Mather & Platt Ltd  alla quale si deve l'introduzione dello sprinkler in Europa, Australia e India, fino alla sua acquisizione, all’inizio degli anni ’80, da parte dell’australiana Wormald11.

Sebbene il nuovo ugello fosse un successo commerciale, Grinnell continuò a sperimentare. Con tre brevetti, nel luglio del 1890, abbandonò la valvola metallica per evitare la corrosione e l'adesione delle superfici metalliche a contatto tra loro. Inoltre, optò per un deflettore fisso per la distribuzione dell'acqua, non vulnerabile a inceppamenti dovuti a polvere e sporco.

Nel 1890 fu prodotto l'irrigatore con la sede dell'orifizio sigillata da un disco di vetro.

Nel 1902 erano stati installati circa 5 milioni di "irrigatori migliorati del 1890". Nel 1903, ulteriori modifiche furono incorporate nel design dell'irrigatore sigillato con disco di vetro e, a partire dal 1912, le installazioni avevano raggiunto la quota di 15 milioni su base mondiale.

Fino al 1 gennaio 1896, circa 25.000 erano i casi di incendi arrestati dagli sprinkler Grinnell. Funzionava!

All data del 2 gennaio 1893, Frederick Grinnell aveva ricevuto 41 brevetti negli Stati Uniti ed era co-inventore con suo fratello Richard W. Grinnell su altri 5. In quel giorno, i diritti su tutti questi brevetti furono ceduti,  per la somma di dieci dollari, alla General Fire Extinguisher Company, l'azienda che aveva costituito lo stesso Grinnell, accorpando attorno alla Providence Steam and Gas Pipe Company, la  Neracher and Hill Sprinkler Company  di Warren, Ohio e la  Automatic Fire Alarm and Extinguisher Company  di New York.

Grinnell mantenne la gestione dell'intera azienda fino al suo ritiro, poco prima della sua morte.

Morì nel 1905 nella sua città natale di New Bedford. Parmalee era morto tre anni prima.

Nel 1919, General Fire Extinguisher Co. fu ribattezzata Grinnell Co.

Il successo fu tale che ancora oggi, in Francia, gli irrigatori a volte vengono chiamati " le Grinnell".


l’affermazione di un paradigma

La storia dello sprinkler sembra paradigmatica della teoria dei cluster di innovazione; Le innovazione radicali, quella di Henry Parmelee e Frederick Grinnell, aprono scenari completamente nuovi nell’antincendio sia in termini di possibilità tecniche di lotta alle fiamme, sia in termini di definizione di nuovo mercato. Quella che segue è una rapida carrellata di innovazione sostanziali, che offrono funzionalità nuove che, pur non alterando sostanzialmente l’architettura generale, rendono lo sprinkler più potente, affidabile e versatile. Per certi versi esulano dallo scopo di questa collana di articoli, che intende esplorare le origini delle tecnologie che oggi sono più ampiamente impiegate nella lotta agli incendi tuttavia non citarle lascerebbe il lettore ad una intollerabile distanza di più di cent’anni dai nostri giorni.

Trascureremo invece le innovazioni incrementali, ovvero quelle che forniscono ridotti aumenti di performance e funzionalità.

Nel 1920 fu sviluppato il primo dispositivo ad apertura rapida sempre dalla Grinnell Corporation, che fece seguire, un anno dopo il primo dotato di bulbo di vetro quarzoide.

Dal 1922 quello che divenne noto come l'irrigatore a bulbo al quarzo (precedentemente indicato come l'irrigatore a bulbo di silice Grinnell) risolse i problemi di corrosione e offrì un miglioramento nella precisione di taratura.

Con l’evoluzione degli ugelli, il controllo della forma, velocità e densità di scarica ha permesso a questa tecnologia di estendere il proprio campo di applicazione.

Nel 1932 Mather e Platt Ltd ha introdotto il sistema Mulsifyre nel Regno Unito.

 

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Questa variante tecnologia che può essere considerata precorritrice degli odierni sistemi waterspray ad alta velocità, poteva essere applicata all’estinzione di incendi di liquidi infiammabili, applicando l'acqua sotto forma di uno spruzzo conico costituito da goccioline che viaggiavano ad alta velocità. Bombardando la superficie del liquido in fiamme, le goccioline formavano una miscela tra combustibile e l’acqua. Questa miscela raffreddava notevolmente il fuoco riducendo la velocità di vaporizzazione del liquido. Mentre le goccioline d'acqua attraversavano la zona della fiamma, parte dell'acqua si trasformava in vapore sottraendo ossigeno alle fiamme.

Nel 1939 l'NFPA ha adottato il suo primo standard relativo alla cura e manutenzione di sistemi sprinkler.

Il 1953 fu un anno cruciale per gli sprinkler, che abbandonarono il pattern di scarica convenzionale, ad eccezione di applicazioni speciali; rispetto alle nuove teste, le vecchie erano più piccole, e circa il 40% dell'acqua era diretta verso l'alto.  La nuova testa “spray”  aveva un deflettore più grande per creare uno spruzzo più uniforme12.

Negli stessi anni gli sprinkler cominciarono a spruzzare, oltre all’acqua, additivi schiumogeni  e solventi polari, ampliando ulteriormente il campo di applicazione ad incendi di classi diverse.

Per seguire le sfide che le nuove applicazioni richiedevano, si svilupparono teste che ottimizzavano le risorse idriche a disposizione, quando limitate – come la testa Selfcon del 1957 – o acceleravano la velocità di attivazione sfruttando meccanismi differenti – come il sistema di diluvio ad alta velocità "Primac" nel 1958 in cui una piccola carica esplosiva apriva la valvola di diluvio o l’acquamatic, che per la prima volta consentiva al sistema di interrompere il flusso di estinguente se la testa rilevava la discesa della temperatura al di sotto di una soglia preimpostata.

Entro la metà degli anni '80, la tecnologia degli sprinkler antincendio si era evoluta per includere sistemi di automazione, ad alta velocità e di grande diametro. Le dimensioni delle gocce sono diventate un punto focale dello sviluppo e sono stati introdotti irrigatori a goccia di grandi dimensioni.

I progettisti stavano ormai considerando ogni aspetto della tecnologia degli sprinkler nei loro sforzi per migliorare la sicurezza antincendio, e nel 1989 debuttano gli sprinkler ESFR (Early Suppression Fast Response) offrendo una soluzione per i rischi di stoccaggio ad alto rischio.

Gli anni ’90, infine, videro l'emergere della tecnologia della nebbia d'acqua.

 

Si è fatta diversa strada da quel banchetto nella Milano del rinascimento, seguendo però un fil rouge molto preciso, ovvero quello di un sistema fisso che fosse in grado di garantire una protezione permanente, con la capacità di attivarsi autonomamente e solo lì dove serve. L’evoluzione futura, si sta già intravvedendo, porterà questa capacità di intervento mirato alle estreme conseguenze, integrando la capacità di calcolo nelle teste che diventeranno “smart”, ma questa è davvero un’altra storia.


Note

1A questo proposito, sembra che fu di Leonardo l’idea di gettare il riso agli sposi.

2 Godfrey è stato uno dei primi produttori di fosforo bianco ed è stato uno dei migliori e di maggior successo ai suoi tempi, avendo migliorato e industrializzato, come si direbbe oggi, il processo per produrlo, fondando un'azienda, che con alterne fortune e con il nome di Godfrey and Cooke continuò ad operare fino al 1915; su questo elemento chimico, come avrete già intuito, si basavano i suoi inneschi.

3la King's Company di Thomas Killigrew fu costretta a commissionare, fin dalla sua prima edificazione, un teatro tecnicamente avanzato e costoso in competizione con la rivale Duke's Company, che attirava folle affascinate dagli scenari "mobili" o "mutevoli" e produzioni visivamente curatissime a Lincoln's Inn Fields.

4gli inglesi erano stati esposti ai razzi indiani di Hyder Ali , il sovrano del XVIII secolo di Mysore, regno nell'India meridionale, e suo figlio e successore Tipu Sultan che li usarono contro le forze della Compagnia delle Indie Orientali durante le guerre anglo-Mysore, a partire dal 1780 con la battaglia di Pollilur e quindi ancora nel 1792 e nel 1799, durante la battaglia di Seringapatam . Gli effetti furono minimi ed una grande quantità di razzi inutilizzati e le loro attrezzature da costruzione caddero nelle mani britanniche quando Mysore cadde.

5Sempre a Francis si dovettero a metà ottocento grandi progetti idrici come le dighe per l'approvvigionamento idrico di New York o la diga a Saint Anthony Falls sul fiume Mississippi; Francis ha anche ideato metodi scientifici per testare le macchine idrauliche ed è stato un membro fondatore dell'American Society of Civil Engineers e il suo presidente nel 1880. Oggi, la turbina Francis è la turbina ad acqua più utilizzata al mondo; Con l'incorporazione della turbina Francis in quasi tutte le dighe idroelettriche costruite dal 1900, è responsabile della generazione di quasi 1/5 di tutta l'elettricità mondiale.

6Con guttaperca qui si intende il lattice dell'omonimo albero. Questa sostanza termoplastica rigida, naturalmente biologicamente inerte, resiliente, elettricamente non conduttiva è un polimero di isoprene che forma un elastomero simile alla gomma.

Mentre le gomme di lattice hanno una struttura molecolare amorfa, la guttaperca cristallizza, in un materiale rigido. Questa caratteristica la rese ideale per diversi impieghi, dall'isolamento per i cavi telegrafici sottomarini, ad impieghi negli oggetti di uso comune - come peraltro facevano da sempre i nativi dell'arcipelago malese, dove la pianta cresceva spontaneamente, che la impiegavano per fabbricare manici ed impugnature varie - fino ad essere impiegata per realizzare oggetti di arredo, palline da golf, le "guttie", appunto, scuri gioielli "da lutto", impugnature della pistola, etc.

Fin che non si sviluppò il processo di vulcanizzazione della gomma, la capacità di essere modellata a caldo, senza perdere le proprie caratteristiche di resistenza allo stato rigido, fecero della guttaperca un materiale estremamente importante al punto che solo la bachelite a inizio '900 ed il polietilene dal 1940 in poi, l'hanno soppiantata.

Oggi è ancora impiegata per la sua bioinerzia nel campo delle protesi, specie odontoiatriche, e dei dispositivi chirurgici.

7Un secondo tappo, realizzato in lega fusibile a temperatura inferiore, e posto nella parte superiore della caldaia, a contatto con il vapore avrebbe dovuto fondere quando la temperatura dello stesso diventava troppo alta. Nei vent'anni successivi i dispositivi a pressione vennero equipaggiati con sistemi simili

8 Un'altra proposta del brevetto Mac Bay era di utilizzare gas acido carbonico e vapore come agente estinguente, ma non sono stati forniti dettagli su questo metodo e non sembra che sia stato praticamente dimostrato.

9 Per condurre e finanziare i suoi studi sull’aerodinamica e il volo sviluppò la "Captive Flying Machine", una giostra che fece la storia dei parchi di divertimento, è una storia, delle tante relative alla vita di Maxim, che è gustoso approfondire.

10 Le sperimentazioni in quegli anni andavano nel senso di sistemi forse troppo ambiziosi per i materiali e le tecnologie dell’epoca; i design vincenti furono per molti anni i più semplici costruttivamente, riducendo man mano le parti in movimento ed i meccanismi complessi. Vale però la pena ricordare che sempre nel 1878 Joseph A. Miller di Providence brevettò un irrigatore azionato dall'espansione di aste e olio in un contenitore chiuso, e potrebbe essere considerato il primo tentativo di produrre un irrigatore On-Off

11 Quest’azienda portava il nome di un altro pioniere dell’antincendio, l’inglese John Wormald, il quale, in Inghilterra aveva scritto le prime regole di installazione degli sprinkler nel 1885.

12 Questa evoluzione è stata frutto della  ricerca di Factory Mutual che ha identificato i vantaggi della sostituzione del nuovo pattern più efficace.

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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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