ES2128315T5 - Procedimiento para evitar un incendio. - Google Patents
Procedimiento para evitar un incendio.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN PROCESO PARA CONTROLAR, PREVENIR Y APAGAR INCENDIOS UTILIZANDO UNA COMPOSICION QUE CONTIENE UN PROPANO FLUOROSUSTITUIDO POR LO MENOS SELECCIONADO DEL GRUPO QUE CONSISTE EN CF3-CHF-CF3, CF3-CF2-CHF2, CF3-CFH-CF2H, CF3-CH2CF3, CF3-CF2-CH2F, CHF2-CF2-CHF2, CF3-CF2-CHCL2, CHFCL-CF2-CCLF2, CHF2-CCL2-CF3, CF3-CHCL-CCLF2, CHF2-CF2-CHCLF, CF3-CF2-CH2CL, CCLF2CF2-CH2F, CF3-CH2-CCLF2, CHCLF-CF2-CF3, CHF2-CF2-CF2CL, CF3-CHCL-CF3, CF3-CHF-CF2CL Y CHF2-CFCL-CF3. LOS FLUOROPROPANOS SE PUEDEN UTILIZAR EN AREAS CERRADAS O ABIERTAS SIN QUE CAUSEN NINGUN EFECTO, O MUY POCO, EN EL OZONO DE LA ESTRATOSFERA Y CON POCO EFECTO EN EL PROCESO DE CALENTAMIENTO GLOBAL.
Description
Procedimiento para evitar un incendio.
Esta invención se refiere a composiciones
destinadas a ser utilizadas para evitar incendios basados en la
combustión de materiales combustibles. Más particularmente la
invención se refiere a aquellas composiciones que son altamente
eficaces y "medioambientalmente seguras". Específicamente las
composiciones de esta invención tienen poco o ningún efecto en el
proceso de agotamiento de la capa de ozono, y no contribuyen o
contribuyen muy poco al proceso de calentamiento global llamado
"efecto invernadero". A pesar de que estas composiciones
tienen efectos mínimos en estos campos, son extremadamente eficaces
en la prevención y extinción de incendios, particularmente de
incendios en espacios cerrados.
En la prevención o extinción de incendios, deben
ser considerados importantes para el éxito: (1) separar del aire
los combustibles, y (2) evitar o reducir la temperatura necesaria
para que tenga lugar la combustión. Así, pueden sofocarse pequeños
incendios con mantas o con espumas para cubrir las superficies
inflamadas para aislar los combustibles del oxígeno del aire. En el
procedimiento habitual de verter agua sobre las superficies
inflamadas para apagar el fuego, el principal elemento es el de
reducir la temperatura hasta un punto en que no puede continuar la
combustión. Obviamente, en la situación en la que se utiliza agua
también se produce un cierto grado de sofocación o separación entre
los combustibles y el aire.
El procedimiento específico que se utilice para
extinguir incendios dependerá de varios aspectos, como p. ej. la
ubicación del incendio, los combustibles implicados, las
proporciones del incendio, etc. En recintos totalmente cerrados
tales como salas de ordenadores, sótanos de almacenamiento,
bibliotecas de libros raros, estaciones de bombeo de gasoductos de
petróleo y lugares similares, se prefieren actualmente los agentes
extintores de incendios a base de hidrocarburos halogenados. Estos
agentes extintores de incendios a base de hidrocarburos halogenados
notan sólo son eficaces para tales incendios, sino que además
ocasionan poco o ningún daño al local o a su contenido. Esto está en
contraste con los bien conocidos "daños por el agua", que a
veces pueden sobrepasar los daños por el fuego cuando se utiliza el
habitual procedimiento de verter agua.
Los agentes extintores de incendios a base de
hidrocarburos halogenados que son actualmente más populares son los
halocarburos con contenido de bromo, como p. ej. el
bromotrifluorometano (CF_{3}Br, Halon 1301) y el
bromoclorodifluorometano (CF_{2}ClBr, Halon 1211). Se cree que
estos agentes extintores de incendios con contenido de bromo son
altamente eficaces en la extinción de incendios en curso porque, a
las altas temperaturas que se dan en la combustión, estos
compuestos se descomponen formando productos que contienen átomos
de bromo que interfieren con eficacia en el proceso autosostenido de
combustión por radicales libres, y extinguen con ello el incendio.
Estos halocarburos con contenido de bromo pueden ser emitidos desde
equipos portátiles o bien desde un sistema automático de inundación
de locales activado por un detector de incendios.
En muchas situaciones están implicados espacios
cerrados. Así, pueden producirse incendios en salas, sótanos,
máquinas blindadas, hornos, contenedores cerrados, tanques de
almacenamiento, silos y zonas similares. La utilización de una
cantidad eficaz de agente extintor de incendios en un espacio
cerrado implica dos situaciones. En una situación, el agente
extintor de incendios es introducido en el espacio cerrado para
apagar un fuego existente, y la segunda situación es la de crear una
atmósfera siempre presente que contenga el agente "extintor" de
incendios, o más exactamente el agente de protección contra
incendios, en una cantidad tal que el incendio no pueda iniciarse al
mantenerse. Así, en la Patente Estadounidense 3.844.354, Larsen
sugiere la utilización de cloropentafluoroetano
(CF_{3}-CF_{2}Cl) en un sistema de inundación
total (TFS) para extinguir incendios en un recinto totalmente
cerrado, siendo el cloropentafluoroetano introducido en el recinto
totalmente cerrado para mantener su concentración a menos del 15%.
Por otro lado, en la Patente Estadounidense 3.715.438, Huggett
describe la creación en un recinto totalmente cerrado de una
atmósfera que no sustente la combustión. Huggett prevé una atmósfera
que consta esencialmente de aire y un perfluoroetano, seleccionado
de entre los miembros del grupo que consta de tetrafluoruro de
carbono, hexafluoroestano, octafluoropropano y mezclas de los
mismos.
También se ha sabido que halocarburos con
contenido de bromo tales como Halo 1211 pueden ser utilizados para
crear una atmósfera que no sustentará la combustión. Sin embargo,
el alto coste debido al contenido de bromo y la toxicidad para los
humanos, es decir la sensibilización cardiaca a niveles
relativamente bajos (p. ej., el Halon 1211 no puede ser utilizado
por encima del 1-2%), hacen que los materiales con
contenido de bromo no sean atractivos para un uso a largo
plazo.
En los años recientes han surgido objeciones aún
más serias a la utilización de agentes extintores de incendios a
base de halocarburos bromados. El agotamiento de la capa de ozono
estratosférica, y particularmente el papel desempeñado por los
clorofluorocarbonos (CFC), han dado lugar a que exista gran interés
en desarrollar refrigerantes, disolventes, agentes espumantes, etc.
alternativos. Se cree actualmente que halocarburos con contenido de
bromo tales como el Halon 1301 y el Halon 1211 son al menos tan
activos como los clorofluorocarbonos en el proceso de agotamiento
de la capa de ozono.
Mientras que de los perfluorocarburos tales como
los sugeridos por Huggett, anteriormente citados, se cree que no
tienen tanto efecto como los clorofluorocarbonos en el proceso de
agotamiento del ozono, su estabilidad extraordinariamente grande les
hace sospechosos en otro campo medioambiental, que es el del
"efecto invernadero". Este efecto es causado por la acumulación
de gases que forman un escudo contra la termotransferencia,
redundando en el desfavorable calentamiento de la superficie de la
Tierra.
La patente
GB-A-902590 describe el
1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano, pero no describe
su utilidad como material de extinción de incendios. Las Derwent
Publications, semana 9039, Nº de Registro de Entrada 90295612, y
semana 9038, Nº de Registro de Entrada 90287121, describen una
composición azeotrópica de dicloropentafluoropropano con otros
hidrocarburos halogenados. La patente
EP-A-0481618 describe
heptafluoropropano simétrico en conjunción con
dicloropentafluoropropano. Tales composiciones no son reivindicadas
en la presente solicitud.
La patente WO 91/02564 describe la utilización de
heptafluoropropanos y hexafluoropropanos y pentafluoroetano
específicos en composiciones extintoras de incendios.
La patente WO 91/12853 describe la utilización de
2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoroetano
como agente extintor de incendios en solitario o en conjunción con
halocarburos específicos.
Hay por consiguiente necesidad de una composición
y de un procedimiento eficaces para la extinción de incendios que
contribuyan poco o nada al proceso de agotamiento del ozono
estratosférico o al "efecto invernadero".
Es objeto de la presente invención aportar tal
composición extintora de incendios, y aportar un procedimiento para
evitar y dominar el fuego en un recinto totalmente cerrado a base
de introducir en dicho recinto totalmente cerrado una cantidad
eficaz de la composición.
Según la presente invención, se aporta un
procedimiento para evitar incendios a base de establecer en un
espacio cerrado una atmósfera con contenido de oxígeno pero que no
sustenta la combustión, cuyo procedimiento comprende la introducción
en el espacio cerrado.
CF_{3}-CFH-CF_{3}(HFC-227ea);
en una cantidad adecuada para
impartir una capacidad calorífica de desde 40 hasta 55 cal/ºC por
mol de oxígeno en dicho espacio cerrado, excluyendo el uso conjunto
de
CHF_{3}.
En el documento WO 91/04766 se describe el uso de
CHF_{3} como agente para la prevención de incendios en
combinación con hidrocarburos halogenados incluyendo
CF_{3}-CFH-CF_{3}.
El propano parcialmente fluorosustituido
anteriormente indicado puede ser utilizado en conjunción con una
cantidad tan pequeña como del orden del 1% de al menos un
hidrocarburo halogenado seleccionado de entre los miembros del grupo
que consta de: difluorometano (HFC-32);
clorodifluorometano (HCFC-22);
2,2-dicloro-1,1,1-trifluoroetano
(HCFC-123);
1,2-dicloro-1,1,2-trifluoroetano
(HCFC-123a);
2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoroetano
(HCFC-124);
1-cloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano
(HCFC-124a); pentafluoroetano
(HFC-125); 1,1,2,2-tetrafluoroetano
(HFC-134); 1,1,1,2-tetrafluroetano
(HFC-134a);
3,3-dicloro-1,1,1,2,2-pentafluoropropano
(HCFC-225ca);
1,3-dicloro-1,1,2,2,3-pentafluoropropano
(HCFC-225cb);
1,2-dicloro-1,2-difluoroetano
y 1,1-dicloro-1,2 difluoroetano.
Cuando es añadido en cantidades adecuadas al aire
en un espacio confinado, el propano parcialmente fluorosustituido
elimina las propiedades pirosustentadoras del aire y sofoca la
combustión de los materiales inflamables tales como papel, tela,
madera, líquidos inflamables y artículos de plástico que puedan
estar presentes en el compartimento cerrado.
Este fluoropropano es extremadamente estable y
químicamente inerte. No se descompone a temperaturas tan altas como
del orden de 350ºC para producir productos corrosivos o tóxicos, y
no puede ser inflamado incluso en oxígeno puro, por lo que continúa
siendo eficaz como supresor de las llamas a las temperaturas de
ignición de los elementos combustibles presentes en el
compartimento.
El fluoropropano preferido es el
HFC-227ea. Adicionalmente es ventajoso debido a su
bajo punto de ebullición, que es un punto de ebullición de menos de
1,2ºC a presión atmosférica normal. Así, a cualquier temperatura
ambiente baja que probablemente pueda darse, este gas no se
licuara, y por consiguiente no reducirá las propiedades
piropreventivas del aire modificado. De hecho, cualquier material
que tenga un punto de ebullición tan bajo sería adecuado como
refrigerante.
\vskip1.000000\baselineskip
El heptafluoropropano HFC-227ea
está también caracterizado por un punto de ebullición
extremadamente bajo y una alta presión de vapor, a saber, de más de
44,3 psig a 21ºC.
Para eliminar las propiedades pirosustentadoras
del aire en la situación de un espacio confinado, el gas o los
gases debería(n) ser añadido(s) en una cantidad que
imparta al aire modificado una capacidad calorífica por mol de
oxígeno total presente que sea suficiente para extinguir o evitar
la combustión de los materiales inflamables no autosustentantes
presentes en el ambiente cerrado.
La mínima capacidad calorífica requerida para
sofocar la combustión varía con la combustibilidad de los
específicos materiales inflamables presentes en el espacio
confinado. Es bien sabido que la combustibilidad de los materiales,
y concretamente su capacidad para inflamarse y mantenerse en
combustión sostenida bajo un determinado conjunto de condiciones
ambientales, varía según la composición química y ciertas
propiedades físicas, tales como el área superficial relativa al
volumen, la capacidad calorífica, la porosidad y propiedades
similares. Así, el papel fino y poroso tal como el papel de seda es
considerablemente más combustible que un bloque de madera.
En general, una capacidad calorífica de
aproximadamente 40 cal/ºC y presión constante por mol de oxígeno es
más adecuada para impedir o sofocar la combustión de materiales de
combustibilidad relativamente moderada, tales como la madera y los
plásticos. Los materiales más combustibles tales como el papel, la
tela y algunos líquidos inflamables volátiles requieren generalmente
que el fluoroetano sea añadido en una cantidad suficiente para
impartir una superior capacidad calorífica. Es también deseable
aportar un margen extra de seguridad a base de impartir una
capacidad calorífica que se sitúe por encima de las exigencias
mínimas para los materiales inflamables de que se trate. Una
capacidad calorífica mínima de 45 cal/ºC por mol de oxígeno es
generalmente adecuada 3 para materiales moderadamente combustibles,
y un mínimo de aproximadamente 45 cal/ºC por mol de oxígeno lo es
para materiales altamente inflamables. Pueden añadirse cantidades
mayores si se desea, pero, en general, una cantidad que imparta una
capacidad calorífica superior a aproximadamente 55 cal/ºC por mol
de oxígeno total incrementa de manera importante el coste sin
incremento adicional importante alguno del factor de seguridad
antiincendios.
La capacidad calorífica por mol de oxígeno total
puede ser determinada mediante la fórmula:
C_{p}\text{*}
= (C_{p})_{o2} +
\frac{P_{z}}{P_{o2}}(C_{P})_{z}
donde
C_{p}\text{*} = capacidad calorífica total
por mol de oxígeno a presión constante;
P_{O2} = presión parcial de oxígeno;
P_{z} = presión parcial del otro gas;
(C_{p})_{z} = capacidad calorífica del
otro gas a presión constante.
El punto de ebullición del fluoropropano
utilizado en esta invención y los porcentajes molares requeridos
para impartir el aire capacidades caloríficas (Cp) de 40 y 50
cal/ºC a una temperatura de 25ºC y presión constante manteniendo un
contenido de oxígeno del 20% y del 16% está tabulado a
continuación:
La introducción del fluoropropano se efectúa
fácilmente a base de introducir dosificadamente cantidades del gas
en el compartimento cerrado que contiene aire. El aire contenido en
el compartimento puede ser tratado en cualquier momento en que ello
se considere conveniente. El aire modificado puede ser utilizado
continuamente si está constantemente presente una amenaza de
incendio o si el ambiente específico es tal que el peligro de
incendio deba ser mantenido al mínimo absoluto; o bien el aire
modificado puede ser utilizado como medida de emergencia si surge
una amenaza de incendio.
Se comprenderá más claramente la invención
haciendo referencia a los ejemplos siguientes. En los ejemplos se
muestran los efectos inesperados del fluoropropano en solitario y
en cualquiera de las mezclas anteriormente mencionadas como agentes
para reprimir los incendios, así como su compatibilidad con la capa
de ozono y su relativamente bajo "efecto invernadero" en
comparación con otros gases piroantagonistas como son en particular
los perfluoroalcanos y el Halon 1211.
La concentración extintora de incendios de la
composición de fluoropropano en comparación con varios controles
fue determinada por el procedimiento ICI del Quemador de Cubeta.
Este procedimiento está descrito en "Measurement of
Flame-Extinguishing Concentrations", R. Hirst y
K. Booth, Fire Technology, vol.
13(4):296-315(1997).
Específicamente, se hace pasar una corriente de
aire a razón de 40 litros/minuto por una chimenea externa (de 8,5
cm D.I. por 53 cm de altura) desde un distribuidor de perlas de
vidrio en su base. Un quemador de cubeta de combustible (de 3,1 cm
D.E y 2,15 cm D.I.) es posicionado dentro de la chimenea a 30,5 cm
por debajo del borde superior de la chimenea. El agente extintor de
incendios es añadido a la corriente de aire antes de su entrada en
el distribuidor de perlas de vidrio, manteniéndose el caudal de
aire en 40 litros/minuto para todos los ensayos. Los caudales de
aire y de agente se miden utilizando rotámetros calibrados.
Cada ensayo es efectuado a base de ajustar el
nivel de combustible en el depósito para llevar el nivel de
combustible líquido en el quemador de cubeta justo al nivel del
labio de vidrio esmerilado en el quemador de cubeta. Manteniendo el
caudal de aire a nivel de 40 litros/minuto, se enciende el
combustible en el quemador de cubeta. El agente extintor de
incendios es añadido en incrementos dosificados hasta que la llama
es extinguida. La concentración extintora de incendios es
determinada a partir de la ecuación siguiente.
Concentración
\ de \ extinción = \frac{F_{1}}{F_{1} + F_{2}} x
100
donde
F_{1} = Caudal de agente
F_{2} = Caudal de aire
Se utilizan dos combustibles distintos, que son
heptano y metanol, y para la tabla siguiente se utiliza el promedio
de varios valores de caudal de agente en la extinción.
El potencial de agotamiento del ozono (ODP) del
fluoropropano y de varias mezclas del mismo, en comparación con
varios controles, fue calculado utilizando el procedimiento descrito
en "The Relative Efficiency of a Number of Halocarbons for
Destroying Stratospheric Ozone", D.J. Wuebles, Lawrence Livermore
Laboratory report UCID-18924, (enero 1981) y en
"Chlorocarbon Emission Scenarios: Potential Impact on
Stratospheric Ozone", D. J. Wuebles, Journal Geophysics Research,
88, 1433-1443 (1983).
Básicamente, el ODP es la relación del
agotamiento del ozono resultante de la emisión de un agente
determinado calculado en la estratosfera en comparación con el ODP
resultante de la misma cantidad proporcional de emisión de
FC-11 (CFCl_{3}), que se establece como de 1,0.
Se cree que el agotamiento del ozono es debido a la migración de
compuestos que contienen cloro o bromo a través de la troposfera a
la estratosfera, donde estos compuestos son fotolizados por la
radiación ultravioleta siendo transformados en átomos de cloro o
bromo. Estos átomos destruirán las moléculas de ozono (O_{3}) en
una reacción cíclica en la que son formados oxígeno molecular
(O_{2}) y radicales de [ClO] o [BrO], reaccionando esos radicales
con átomos de oxígeno formados por irradiación ultravioleta de
O_{2} para formar de nuevo átomos de cloro o bromo y moléculas de
oxígeno, destruyendo entonces los átomos de cloro o bromo de nueva
formación ozono adicional, etc., hasta que los radicales son
finalmente barridos de la estratosfera. Se estima que un átomo de
cloro destruirá 10.000 moléculas de ozono, y que un átomo de bromo
destruirá 100.000 moléculas de ozono.
El potencial de agotamiento del ozono está
también estudiado en "Ultraviolet Absorption
Cross-Sections of Several Brominated Methanes and
Ethanes", L.T. Molina, M. J. Molina y F.S. Rowland'' J. Phys.
Chem. 86, 2672-2676 (1982); en Bivens et
al., Patente Estadounidense 4.810.403; y en "Scientific
Assessment of Stratospheric Ozone: 1989" U.N. Environment
Programme (21 agosto 1989).
En la tabla siguiente se presentan los
potenciales de agotamiento del ozono para el fluoropropano y los
controles.
Claims (2)
1. Procedimiento para evitar incendios a base de
establecer en un espacio cerrado una atmósfera con contenido de
oxígeno pero que no sustenta la combustión, cuyo procedimiento
comprende la introducción en el espacio cerrado del propano
fluorosustituído
CF_{3}-CFH-CF_{3}
(HFC-227ea) en una cantidad adecuada para impartir
una capacidad calorífica de desde 40 hasta 55 cal/ºC por mol de
oxígeno en dicho espacio cerrado, excluyendo el uso combinado de
CHF_{3}.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que el propano fluorosustituido está presente con al menos un 1% de
uno o varios de los hidrocarburos halogenados siguientes:
difluorometano (HFC-32), clorodifluorometano
(HCFC-22),
2,2-dicloro-1,1,1-trifluoroetano
(HCFC-123),
1,2-dicloro-1,1,2-trifluoroetano
(HCFC-123a),
2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoroetano
(HCFC-124),
1-cloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano
(HCFC-124a), pentafluoroetano
(HFC-125), 1,1,2,2-tetrafluoroetano
(HFC-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano
(HFC-134a),
1,2-dicloro-1,2-difluoroetano
(HCFC-132),
1,1-dicloro-1,2-difluoroetano
(HCFC-132c),
3,3-dicloro-1,1,1,2,2-pentafluoropropano
(HCFC-225ca) y
1,3-dicloro-1,1,2,2,3-pentafluoropropano
(HCFC-225cb).
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