MXPA06002488A - Composicion para enfriamiento y filtracion simultanea de la mezcla de gas-aerosol para extinguir fuego - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a composiciones para enfriamiento y filtración simultánea de la mezcla de gas-aerosol para extinguir fuego que se forma durante la quema de cargas pirotécnicas en generadores. En esta composición, se usan carbonatos de magnesio básicos y/o carbonatos del grupo I y metales del grupo II, como rellenadores que absorben calor;se usa nitrato, perclorato de potasio o mezclas de ellos, como oxidantes;se usa grafito, estearato de sodio o mezclas de ellos como aditivos para el proceso de producción;adicionalmente, se usa cloruro de potasio, silicato de metal alcalino de la fórmula general Me2O.m SiO2, en donde Me es potasio o sodio, m es el silicato variable en la cantidad de 2.1-3.8, como enlazante inorgánico, el sorbente se selecciona de la serie de zeolitas, geles de sílice o mezclas de ellos. Las tabletas, gránulos producidos a partir de la composición, tienen altos niveles de resistencia y eficiencia para enfriar los compuestos de gas-aerosol que se forman durante la quema de carga pirotécnica a alta velocidad de 5-12 mm/seg y altas temperaturas de combustión~1500ºC.

Description

COMPOSICIÓN PARA EN FRIAMI ENTO Y FILTRACIÓN SI MULTAN EA DE LA MEZCLA DE GAS-AEROSOL PARA EXTI NGUIR FUEGO CAM PO DE LA I NVENCIÓN Esta invención se relaciona con el campo de equipos de lucha contra incendios, específicamente a medios para enfriamiento y filtración de una mezcla de gas aerosol para extinguir fuego (GAFEM), que se forma durante la quema de cargas pirotécnicas en el generador. El enfriamiento y la filtración son pasos en el proceso de formación de la GAFEM, y están dirigidos a mejorar la eficiencia de la GAFEM mediante la disminución de la temperatura y de la toxicidad. Como resultado, el campo de uso de generadores de aerosol está considerablemente extendido, en particular para diferentes estructuras y espacios, sin efectos dañinos en el cuerpo humano.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El enfriamiento y filtración simultánea de la GAFEM es una dirección prometedora en la formación de GAFEM. De acuerdo con la patente RU 2142306, del 10.12.1999, estos procesos son efectuados a través de la interacción del GAFEM con compuestos caracterizados por la alta capacidad de absorción de calor, seleccionados del grupo de aluminosilicatos, por ejemplo, zeolitas, geles de sílice o mezclas de ellos. En RU 2142835, del 20.12.1999, el enfriamiento se alcanza pasando la GAFEM a través de un metal con cambio de calor; subsiguientemente se realiza enfriamiento adicional y filtración simultánea haciendo pasar la GAFEM a través de un sorbente filtrante, seleccionado del grupo constituido de zeolitas, geles de sílice, carbón activado o mezclas de ellos. El sorbente filtrante puede contener adicionalmente en su superficie, carbonatos y/o hidratos de metales alcalinos. Las invenciones anteriores tienen varios inconvenientes significativos -no pueden ser utilizados en generadores de aerosol con cargas pirotécnicas que tengan una elevada temperatura de combistión (mayor que 1000 grados C), y una elevada velocidad de ignición (mayor que 3 mm/seg). La razón es que en temperaturas por encima de 800 grados C, la zeolita y los granulos de gel de sílice experimentan fuertes fluctuaciones térmicas y eventualmente se rompen. El resultado es que la eficiencia del filtro sorbente cae hasta cero. Además las partículas incandescentes rotas sueltas vuelan fuera de ta salida del generador, y pueden ser la causa de una re-ignición del fuego o incluso de fuego en el caso de operación en falso del generador. En algunos generadores (por ejemplo, con descarga inversa de GAFEM), las partículas rotas del sorbente (especialmente en altas velocidades de carga, 7-8 mm/seg) ejercen resistencia dinámica pronunciada hacia el flujo de GAFEM , lo que puede conducir a la explosión del generador. Esto coloca el problema de unir los granulos individuales de zeolitas y geles de sílice en agregados más grandes (tabletas) usando enlazantes especiales. Al evaluar la capacidad de absorción de calor inherente a las zeolitas y geles de sílice, se debe señalar que no es más alta que la de los hidratos, hidróxidos, oxalatos de metales del grupo I y II, forrhados con el uso de aditivos especiales y prensados en tabletas. U na composición conocida para enfriar el aerosol para extinción de fuego (RU 2086278, del 10.08.1997) estaba formada con nitrocelulosa, plastificantes, estabilizadores, catalizadores, aditivos para el proceso de producción y un rellenador absorbedor de calor: carbonato de magnesio básico u oxalato de amonio, o fosfato de magnesio básico en una cantidad de 25-45% por masa. Esta composición tiene varios inconvenientes: - Bajo coeficiente de eficiencia de enfriamiento (Cec) de GAFEM en la salida del generador (el Cec es igual a la proporción de la temperatura de combustión de la carga pirotécnica con respecto a la temperatura de la GAFEM en la salida del generador que contiene el refrigerante). En este caso, el Cec es 1900/380 = 5.0. Una eficiencia de enfriamiento relativamente baja se debe al hecho de que el rellenador absorbente de calor no constituye más del 45% por masa de la composición. Es imposible aumentar el contenido del rellenador, considerando los problemas de operación durante la producción; - Bajos niveles de resistencia (0.60-0.69 MPa) de las tabletas formadas durante la producción de la composición. Este factor impone restricciones en las condiciones de transporte para las tabletas y generadores terminados, así como también a su operación bajo sobrecargas vibracionales en vehículos de transporte; - Altos niveles de gases tóxicos q ue se generan al exponer la com posición a altas temperaturas, tales como CO3, NO3, NH3, HCN, los cuales se forman en la descomposición de nitrocelulosa, plastificantes, estabilizadores y otros componentes. Se conoce una composición para el enfriamiento de aerosol para extinción de fuego (RU2120318, del 20.10.1998), la cual contiene como enlazante carboximetilcelulosa y/o acetato de polivinilo, o alcohol polivinílico, aditivos para el proceso de producción (caolina, sodio o estearato de zinc, aceite industrial o instrumental) y un rellenador absorbedor de calor -carbonato de magnesio básico u oxalato de amonio, fosfato de magnesio básico en cantidades de 25-45% por masa. Sin embargo esta composición tiene los siguientes inconvenientes: - Bajo nivel de resistencia (0.63-0.75 MPa) de las tabletas formadas durante la producción de la composición; - Bajo coeficiente de eficiencia de enfriamiento de la GAFEM (Cec 1900/325 = 5.84); - Alto nivel de toxicidad debido a la alta concentración de gases tales como CO, NH3, los cuales son liberados al exponer a altas temperaturas los componentes de la composición. El análogo más cercano con respecto al conjunto de características importantes, es la composición para enfriamiento para generadores de gas protegida por la patente RU2166975, del 20.05.2001. Esta composición para enfriamiento contiene los siguientes componentes en porcentaje por masa: 20-60 de hidróxido de magnesio y/o carbonato de magnesio básico, 10-20 ácido bórico y el resto de carbonatos de metales del grupo I o II. Los carbonatos metálicos utilizados incluyen carbonato de sodio, carbonato de magnesio o carbonato de calcio. La composición para enfriamiento también puede contener, en porcentaje por masa, bicarbonato de sodio 10-55, oxido de magnesio 10-40, sulfato de calcio hidratado 10-25 así como también catalizadores: óxidos de metales con valencia de transición (CuO, MnO2) 10-30. La composición para enfriamiento puede contener oxidantes 10-45 % por masa, tales como nitratos, percloratos, permanganatos, cromatos o percarbonatos de metales alcalinos, o peróxidos de metales alcalino-térreos. La composición para enfriamiento contiene aditivos para el proceso de producción en cantidades de 0.5-3.0% por masa, seleccionados de la serie de estearatos de metales alcalinos, o estearatos de metales alcalinotérreos, o carboximetilcelulosa, o metilcelulosa, o gelatina. El coeficiente de efiencia de enfriamiento está, en promedio, en 1350/210 = 6.42. La concentración promedio de óxido de carbono en la salida del generador es de 0.7-2.2 por ciento por volumen. Las tabletas formadas a partir de esta composición para enfriamiento tienen una resistencia a la compresión de 0.4-2.1 MPa. Esta composición para enfriamiento tiene las siguientes desventajas: - Bajo coeficiente de eficiencia de enfriamiento de la GAFEM enfriamiento en la salida del generador. Esto se debe al hecho de q ue la composición para enfriamiento contiene ácido bórico, el cual tiene un punto de fusión relativamente bajo ( 170.9 grados C) y actúa como un agente cementador. Durante la operación del generador, bajo la acción de las altas temperaturas (1250-1350 grados C), el ácido bórico experimenta la fusión en un corto periodo de tiempo, lo que ocasiona que las tabletas se rompan, los componentes del enfriador se adhieren, y sus superficies se obstruyen con los productos de desintegración y derretidos; - Bajo nivel de seguridad ambiental de la GAFEM, debido a la alta concentración de gases tóxicos en la salida del generador; - La resistencia inadecuada de las tabletas formadas a partir de la composición, limita la vida de servicio de los generadores bajo cargas vibratorias y fluctuaciones momentáneas de temperatura. Esto ocurre porque el ácido bórico usado como enlazante experimenta deformación plástica al ser expuesto a altas temperaturas. Todos los análogos conocidos, incluyendo los más cercanos, no aseguran una alta eficiencia en la extinción del fuego (estos necesitan una mayor proporción de las partículas del aerosol más activas en la extinción de fuego, de tamaño 1 -2 mcm); alta eficiencia enfriamiento de la GAFEM; mejor seguridad ambiental, la cual puede lograrse a través de la absorción de gases nocivos y de niveles mejorados de las características de resistencia de los artículos formados en las tabletas o granulos con la composición.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo de la invención propuesta ha sido crear una composición para el enfriamiento y filtración simultáneos de la mezcla de gas-aerosol para extinguir fuego que pueda hacerle posible obtener una solución en un solo paso, de las siguientes tareas: - Mejoramiento de la eficiencia de enfriamiento de la GAFEM en la salidar del generador, incrementando el contenido de rellenador absorbedor de calor en una composición, hasta 90% por masa. - Mejoramiento de la eficiencia en la extinción de fuego de la composición, incrementando la proporción de las partículas más activas, de tamaño 1-2 mcm, para extinción de fuego, del aerosol, debido al filtrado del aerosol. - Mejoramiento de los niveles de resistencia característicos de las tabletas o granulos formados a partir de la composición, debido al uso de un nuevo conjunto de componentes que contiene el enlazante inorgánico, rellenador absorbedor de calor, oxidante, sorbente, aditivos del proceso de producción. - Mejoramiento de la seguridad ambiental de la GAFEM utilizando un sorbente capaz de absorber los gases nocivos. La composición propuesta para enfriamiento y filtración simultáneos de la mezcla de gas-aerosol para extinción de fuego contiene: - Como rellenador absorbedor de calor: carbonato de magnesio básico, y/o carbonatos de metales del grupo I y I I en cantidad de 25-90% por masa. - U n oxidante: n itrato, perclorato de potasio, y una mezcla de ellos en cantid de 1 -10% por masa. - Aditivos del proceso de producción: grafito, sodio o estearato de calcio o una mezcla de ellos en cantidad de 0.2-1 .5% por masa. - Como enlazante inorgánico: cloruro de potasio, silicato de metal alcalino de la fórmula general Me2O.mSiO2, en donde Me es potasio o sodio, m -2.1 , -3.8 o una mezcla de ellos, en cantidad de 5-10% por masa. - El sorbente es el resto. Preferiblemente, el sorbente se selecciona del grupo constituido por zeolitas, geles de sílice o una mezcla de ellos. Fuera del rango de concentraciones del componente en las reivindicaciones, sus proporciones actuales se determinan basándose en el equilibrio tecnológico y en consideraciones de aplicabilidad funcional. Un análisis comparativo de la composición que se reivindica para enfriamiento y filtración simultáneos de la GAFEM con sus análogos cercanos, reveló sus siguientes caracteríasticas distintivas: a) el enlazante inorgánico: cloruro de potasio, silicato de metal alcalino de la fórmula general Me2O.mSiO2, en donde M es potasio o sodio, m es el componante silicato igual a 2.1 - 3.8, o una mezcla de ellos. La aplicación de tales enlazantes inorgánicos en composiciones para enfriamiento y filtración sim ultáneas de la GAFEM no ha sido conocida previamente. El uso del enlazante inorgánico seleccionado comprende cloruro de potasio con alta resistencia al calentamiento (p.f. del KCl -771 grados C) y silicatos de metales alcalinos, los cuales no se descomponen hasta 1400 grados C, hace posible obtener propiedades tecnológicas deseadas, mientras se alcanzan altos niveles de relleno de la composición y se producen artículos de alta resistencia (tabletas, granulos). b)EI sorbente, preferiblemente seleccionado del grupo de zeolitas, geles de sílice o una mezcla de ellos, al ser expuesto a Isa altas temperaturas de combustión de la composición pirotécnica (por encima de 1500 grados C) forma escorias con estructura de poros . Por lo tanto, el sorbente realiza en un solo paso la filtración de las partículas de aerosol y la absorción de gases nocivos. Durante la combustión de la composición pirotécnica, la GAFEM caliente calienta la superficie de la tableta, ocasionando por ello la descomposición del oxidante y la liberación de oxígeno, cuyos oxidantes suboxidaron los componentes gaseosos de la GAFEM, así como también la descomposición del rellenador absorbente de calor. Sim ultáneamente, el gel de sílice y los granulos de zeolita se cohesionan unos con otros y otras partículas (KCl, K2CO3K2, KHCO3) para producir escorias porosas con propiedades filtrantes.

El uso de sorbentes q ue forman estructuras porosas de escoria en las composiciones dirigidas al enfriamiento y filtración de la GAFEM no ha sido descrito previamente ni es obvio. Por ejemplo, al introducir los sorbentes seleccionados de esta invención en el prototipo de composición, su eficiencia para absorber gases tóxicos y para filtrar partículas sólidas de aerosol disminuirá a cero, ya que el ácido bórico de la GAFEM se derrite a altas temperaturas y obstruye los poros. c) Un nuevo conjunto de componentes: el rellenador absorbente de calor (carbonato de magnesio básico y/o carbonatos de metales del grupo I o I I), oxidante (nitrato, perclorato de potasio o una mezcla de ellos), aditivos del proceso de producción (grafito, estearato de sodio o estearato de potasio o una mezcla de ellos), enlazante inorgánico (cloruro de potasio, silicato de metal alcalino de la fórmula general Me2O.mSiO2, donde Me es potasio o sodio, m es el componente silicato de 2.1 -3.8, o una mezcla de ellos, sorbente (preferiblemente seleccionado del grupo de zeolitas, geles de sílice o mezclas de ellos). La composición propuesta para enfriamiento y filtración de la GAFEM hace posible alcanzar al mismo tiempo el enfriamiento de la GAFEM a expensas de la descomposición endotérmica del rellenador absorbedor de calor, y filtración de partículas de aerosol, las cuales aumentarán la repartición de partículas de 1 -2 mcm en la salida del generador debido a la formación de escorias con una estructura porosa, a medida que las tabletas se calientan, a la absorción de gases nocivos y a la oxidación final de los gases en la superficie del sorbente por el oxígeno liberado del oxidante descompuesto; también es posible mejorar la resistencia de las tabletas o granulos debido a este nuevo conjunto de componentes.

MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN EJEMPLO 1 Para preparar un kilo de la composición es necesario cargar una mezcladora de paletas con los siguientes componentes: 800 gramos de carbonato de magnesio básico (3MgCO3Mg(OH)2.3H2O), 50 gramos de carbonato de sodio Na2CO3, 50 gramos de carbonato de magnesio MgCO3 con un tamaño de partícula de 15-80 mcm, 5 gramos de nitrato de potasio, 5 gramos de perclorato de potasio KCIO4 con un tamaño de partícula de 5-10 mcm, 5 gramos de grafito, 5 gramos de estearato de sodio, 60 gramos de rellenador inorgánico KCl, 20 g de zeolitas. La mezcla se agita durante 40 minutos. Se coloca la mezcla resultante en la prensa giratoria para obtener tabletas de 8 mm de diámetro y 5 mm de altura por el método de prensado . con molde ciego, con una presión de 200 MPa. Las tabletas listas se someten a prueba para determinar su resistencia a ia compresión. Las tabletas producidas se cargan en el generador, el cual comprende el alojam iento metálico, la unidad con la carga pirotécnica y el encendedor, la cám ara de com bustión , la cámara de enfriamiento y la unidad de filtración y la unidad de salida. La composición pirotécnica consiste una composición pirotécnica para extinción de fuego, formadora de aerosol, con una temperatura de quemado de 1500 grados C; los componentes iniciales son tomados en las siguientes proporciones, en % por masa: Nitrato de Potasio 64 Perclorato de Potasio 20 Resina de fenol-formaldehido 1 1 .1 Ftalato de dibutilo 2.5 Estearato de calcio 0.4 Politetrafluoretileno (PTFE) 2.0 El generador se enciende en la unidad de prueba. La temperatura de la GAFEM se mide a 20 cm del corte usando el termopar cromel-alumel y un registrador. La fracción de masa de las partículas de aerosol de 1 -2 mcm en fase dispersa se determina mediante muestreo bajo el microscopio y pesado subsiguiente. El contenido tóxico de la GAFEM se determina tomando muestras de los ductos de gas localizados en la parte media de la unidad de prueba. Para determinar el contenido de óxido de carbono, se toma una muestra de gas con el sello hidráulico y luego se analiza en el cromatógrafo de gas equipado con un detector de conductividad térmica. Los parámetros de la columna cromatográfica empacada en vidrio son 2.4 m de largo, diámetro interno de 2.5, la tasa de alimentación del gas portador (Helio) es 30cm3/min, la temperatura de la columna es de 32 grados C, el volumen de la muestra es de 1 m3; los cromatogramas se registran con el registrador TC-1601. Los resultados de las mediciones de concentración de gas se obtienen como porcentaje por volumen y se recalculan en miligramos por metros cúbicos para las siguientes condiciones: presión 760 mm/Hg, temperatura 20 grados C (293 grados K) (el límite inferior de las mediciones es de 0.001 por volumen, el cual corresponde a la concentración de 11 mg/m3 y presión de 1 Pa = 750 mm/H). Para determinar el contenido de amonio, óxido de nitrógeno y cianuro, la fase gaseosa de la GAFEM se hace burbujear a través de un sifón lleno de agua con el filtro de vidrio, la tasa de burbujeo es de 2 L/min durante 10 minutos. El contenido de amonio esta determinado por fotocolorimetría en el producto de la reacción de la GAFEM con reactivo de Nessler (el límite inferior de la medición es de 2 mcg para una muestra de 2 mL, lo cual corresponde a la concentración de amonio de 0.5 mg/m3). El contenido de óxido de nitrógeno se determina por fotocolorimetría del producto de la reacción de la GAFEM con reactivo de Griss (el límite inferior de la medición es de 0.3 mcg para una muestra de 2 mL, el cual corresponde a la concentración de óxido de nitrógeno de 0.075 mg/m3). El contenido de cianuro se determina por fotocolorimetría del producto de la reacción de tiocianato (el nivel de medición inferior es de 2 mcg para una muestra de 5 mL, el cual corresponde a la concentración de cianuro de 0.1 mg/m3). Los resultados de las med iciones están presentados en la tabla.

EJEMPLO 2 Para preparar 1 kilo de la composición es necesario cargar, con agitación, una mezcladora para composiciones viscofluidas con los siguientes componentes: 140 gramos de solución acuosa de silicato de sodio al 50%, con una fracción de silicato igual a 2.5, mientras se agita a 100-300 rpm, se le añade a la mezcla 900 gramos de carbonato básico con un tamañode partícula de 15-80 mcm en porciones de 50 gramos, 10 gramos de nitrato de potasio con un tamaño de partícula de 5-10 mcm, 2 gramos de estearato de calcio, 2 gramos de grafito y 16 gramos de gel de sílice. Después de que todos los componentes han sido añadidos, se mezcla la composición durante 15-20 minutos hasta que se forma una pasta homogénea. La masa resultante es pasada a la operación de formación en la prensa hidráulica por el método de presión continua a temperatura ambiente y 50 MPa, para obtener hileras de 8 mm de diámetro sin canal. Luego se colocan las hileras en una bandeja para secarlas hasta que el contenido de humedad llegue a 20 - 30 % por masa. Luego se cortan las hileras en granulos cilíndrigos de 6 mm de longitud. Con la finalidad de extraer el agua de los granulos más completamente, estos son mantenidos a 90-120 g rados C hasta que el equilibrio de humedad alcanza - 0.5 % por masa. Los granulos listos se cargan en el generador y se someten a prueba tal como se describe en el ejemplo 1 . Los resu ltados de las mediciones se presentan en la tabla.

USO IN DUSTRIAL DE LA I NVENCIÓN La composición propuesta para el enfriamiento y filtración de la GAFEM hace posible realizar una lucha contra el fuego eficiente en estructuras, espacios cerrados y habitaciones, incluyendo donde haya personas y animales. Las ventajas de la composición propuesta son: -Alta eficiencia del enfriamiento de la GAFEM. -Alta eficiencia de extinción de fuego de la GAFEM. -Características de alta resistencia en las tabletas o granulos. -Alto nivel de seguridad ambiental de la GAFEM. -Simplicidad y seguridad en la producción de composición.

CARACTERÍSTICAS COMPARATIVAS DE LA COI l/IPOSICION PARA ENFRIAMIENTO Y FILTRACIÓN SIMULTÁNEA DE LA MEZCLA DE GAS-AEROSOL PARA EXTINCIÓN DE FUEGO, Y RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

Claims (2)

REIVI NDICACION ES

1 . Una composición para el enfriam iento y filtración sim ultánea de la mezcla de gas-aerosol para extinción de fuego, que consiste esencialmente en rellenadores a bsorbedores de calor: carbonato de magnesio básico y/o carbonatos de metales del grupo I y II, oxidante: nitrato, potasio, perclorato o mezclas de ellos, aditivos del proceso de producción: grafito, estearato de sodio, estearato de calcio o una mezcla de ellos, rellenador inorgánico: cloruro de potasio, silicato de metal alcalino de la fórmula general Me2O.mSiO2, en donde Me es potasio o sodio, m es el silicato variable en una cantidad de 2.1 -3.8 o una mezcla de ellos, y el sorbente, en la siguiente proporción en % por masa: - Rellenador absorbedor de calor -25-90. - Oxidante - 1 -10. - Aditivos del proceso de producción - 0.2-1 .5. - Enlazante inorgánico - 5-10. - Sorbente - el resto

2. La composición para enfriamiento y filtración simultánea en la extinción de fuego de la mezcla de gas-aerosol para extinción de fuego de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el sorbente se selecciona del grupo que consiste en zeolitas, geles de sílice o una mezcla de ellos.