Temel Yangın Bilgileri

Bunu Paylaş:

Sıcaklık ve Isı

Isı ile sıcaklığın farklı şeyler olduğunun anlaşılması gerekir.

Isı,

aralarındaki sıcaklık farkı nedeni ile iki cisim arasında alışveriş edilen enerji şeklidir.

Sıcaklık ise,

cisimlerin termal dengeye geldiklerini belirleyen niceliktir.

Bazı popüler sıcaklık birimleri

Celsius ölçeği,

1742’de İsveçli astronom Anders Celsius’un ismiyle adlandırılmış bir sıcaklık ölçme birimidir.

Celsius ölçeğine göre, suyun üçlü noktası (aynı anda katı, sıvı ve gaz halinde bulunabildiği sıcaklık: triple point) 0,01 °C (veya 273,16 °K) olarak tanımlanır. (Bu tanımla, daha önce referans alınan suyun donma noktası 273,15 °K’dir, ancak üçlü noktanın ölçümü çok daha kesin bir şekilde yapılabilmektedir). Bir derece Celsius (1 °C) ise, mutlak sıfır ile suyun üçlü noktasının farkının 1/273,16’sı olarak tanımlanmıştır. İlk olarak Anders Celsius tarafından önerilen buzun erime noktası ile suyun kaynama noktası arasında 100 derecelik bir sıcaklık ölçeği düşüncesi, 1954 yılında daha kesin sonuç vermesi amacıyla bu şekle getirilmiştir. Bu değişiklik ve Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler konferansının son kararları doğrultusunda (°C) birimindeki C sembolü santigrat olarak değil Celsius (selsiyus) şeklinde okunacak. Yani (°C) nin doğru okunuşu “derece Celsius (selsiyus)” şeklindedir.



Fahrenhayt veya fahrenheit,

Alman fizikçi Daniel Gabriel Fahrenheit tarafından 1724 yılında oluşturulan bir sıcaklık ölçüm birimidir. Bu birime göre, suyun donma sıcaklığı 32, kaynama sıcaklığı ise 212 derece olarak alınmış ve iki nokta arası 180 dereceye bölünmüştür.

 

Kelvin Ölçeği

K harfi ile gösterilen ve birim aralığı santigrat (celsius) derecesiyle aynı olan, ancak sıfır noktası olarak mutlak sıfırı (–273.15 °C) alan sıcaklık ölçüsü birimi. İsmini, termodinamikteki mutlak sıfır kavramını ilk defa gazlardan tüm maddelere uygulayan İskoç asıllı bilim adamı Lord Kelvin’den alır. 1954’teki onuncu Ağırlık ve Ölçüler Genel Konferansı’nda (Fr. Conférence Générale des Poids et Mesures) suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığının (mutlak sıfırla olan farkının) 273,16’da biri olarak tanımlanmıştır.

Celsius çevirim formülleri
ilk ölçek çevrilen ölçek formül
Celsius Fahrenheit °F = °C × 1.8 + 32
Fahrenheit Celsius °C = (°F – 32) / 1.8
Celsius Kelvin °K = °C + 273.15
Kelvin Celsius °C = °K – 273.15

Isı Enerjisi Birimleri

Joule (J)

1 W’lık enerjinin 1 saniye boyunca akması karşılığı ısı enerjisi.

Kalori (simgesi cal),

atmosfer basıncında 1 gram suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için gerekli olan enerji miktarıdır.

BTU ya da Btu (British thermal unit);

bir libre (453,6 gr) suyun sıcaklığını 63° F’den (17.2222 °C) 64 °F’ye (17.7778 °C) çıkartmak için gerekli olan enerji miktarıdır.





Bir madde, yanma gibi bir oksidasyon reaksiyonuna girdiği zaman ısı enerjisi açığa verir. Atom düzeyinde ısı, atom ve moleküllerin hareketi olarak düşünülebilir ve sıcaklık arttıkça moleküllerin titreşimleri de artar. Yangınla mücadele açısından önemli bir kavram da özısıdır.

Öz ısı,

birim kütle başına ısı sığasıdır. ( C.G.S. birimleri sistemine göre bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 C°, S.I. birimleri sistemine göreyse 1 kg.’ının sıcaklığını 1 K° arttırmak için gerekli olan ısı enerjisi miktarıdır. Öz ısı birimi kullanılan birim sistemine göre; J/gK, J/g°C) veya Cal/g °C) vb. olur.)

Yangınla mücadele açısından bir maddenin öz ısısının mümkün olduğunca yüksek olması istenir ki yangının ürettiği ısıyı emerek sıcaklığını tutuşma sıcaklığının altında tutabilsin. Bazı maddelerin öz ısı değerlerine bakıldığında

Maddenin adı Öz ısı (Cal/g°C)
Su 1.00
Buz 0.50
Zeytinyağı 0.47
Naftalin 0.41
Hidrojen 0.41
Oksijen 0.22
Bor 0.58
Magnezyum 0.26
Alüminyum 0.217
Krom 0.12
Manganez 0.115
Demir 0.115
Nikel 0.110
Bakır 0.1
Çinko 0.095
Kripton 0.074
Baryum 0.045
Uranyum 0.026
Cıva 0.033
Gümüş 0.056
Kurşun 0.031
Bizmut 0.294
Cam, kum 0.15
Hava (sabit basınçta) 0.23
Su buharı 0.48
Kobalt 0.107

bu konuda suyun üstün olduğu görülür.

Yanma Isısı

Belirli bir sürede yangından açığa çıkacak ısı enerjisi, yanan maddenin yanma ısısına bağlıdır. Yanma ısısı, birim kütle başına yanma sonucu açığa çıkan enerji olarak tanımlanabilir. Birimi KJ/g ‘dır.

Yanma ısısı, yangın durumunda, yangın yayılma hızını, kontrol altına alınmasını ve can güvenliğini önemli ölçüde etkiler. Ahşap yanma ısısı 16-19 Kj/g; yanıcı sıvılar 19.9-44.8 Kj/g; yanıcı gazlar 10.1-12.1 Kj/g düzeyindedir.

Isı Transferi

Enerji akışı daima yüksek potansiyelden alçak potansiyele doğru olduğundan, ısı akışı da sıcaktan soğuğa doğru gerçekleşir. Isı akış oranı genellikle BTU/saat veya J/saniye olarak belirtilir. Isı transferi iletim, konveksiyon ve radyasyon olmak üzere üç mekanizma ile gerçekleşir.

Bu mekanizmaların anlaşılması, bina tasarımlarında ısı transferini dolayısı ile yangın yayılımını kısıtlayıcı önlemler almaya katkı sağlar.

İletim yolu ile ısı transferi

Sıcak maddenin atom ve moleküllerinin titreşimi, başka moleküllerle teması ve çarpışmaları sonucu ısı akışı gerçekleşir. Doğrudan temasla gerçekleşen ısı transferidir. Demir bir çubuğun bir ucunu ateşe değdirdiğinizde, ısı diğer uca doğru iletim yolu ile yayılacaktır. İletim yolu ile ısı transferini etkileyen dört faktör vardır: sıcaklık, malzemenin kesit alanı, uzaklık ve malzemenin yapısı. Uzaklık arttıkça ısı iletimi yavaşlayacaktır. Bu olgu sıcaklık gradyenti olarak bilinir ve uzaklık ile sıcaklığın değişme hızını belirtir. (ΔT/d). Kesit alanı büyüdükçe ısı transferi hızlanır. Metallerin ısıl iletkenliği (k) genellikle sıcaklık arttıkça azalır. Gazlarda ise tersi olur; sıcaklık arttıkça gazların ısıl iletkenliği de artar. Gazlarda gevşek molekül yapısı (daha az çarpışma dolayısı ile daha az ısı transferi) dikkate alındığında, gazların ısıl iletkenliği sıvı ve katılara göre düşüktür.  Isı transferini etkileyen bir diğer faktör malzemenin yapısı idi. Her malzeme için, malzeme boyunca ısı transferi oranı ile orantılı bir ısıl iletkenlik katsayısı tanımlanmıştır. Tüm bu faktörler Fourier Yasası içerisinde yer almıştır.

Fourier Yasası

Buna göre ısı transferinden oluşan ısı akısı q (W/m²) sıcaklık gradyentinin büyüklüğü ile orantılı ve ters işaretlidir: q=-k.A.dT/dx.  Bu eşitliğe göre ısıl iletim katsayısının boyutu W/m.K veya J/m.s.K olacaktır.

Termal iletim katsayısı yüksek olan malzemeler iyi ısıl iletkenlerdir ve düşük olanlar yalıtkanlardır. En iyi ısı yalıtkanları genellikle arasına hava girmesine uygun ince lifli yapıda katı mazlemelerdir, cam yünü, elyaf gibi. Bazı malzemelerin ısıl iletim katsayıları şöyledir:

Bakır 401 W/m°K

Gümüş 429 W/m°K

Alüminyum 237 W/m°K

Demir 72.8 W/m°K

Beton 1.7 W/m°K

Ahşap 0.13 W/m°K

Hava 0.023 W/m°K

 

Konveksiyon yolu ile ısı transferi

Konveksiyon yolu ile ısı transferi, ısınmış sıvı veya gaz akışkan bir ortamın hareketi ile meydana gelir. Yangın yayılımı açısından konveksiyon kritik öneme sahiptir. Yangınlarda, yangının havayı ve diğer gazları ısıtması sonucu konveksiyon görülür ve bu ısınan gazlar başka maddelerin tutuşmasına yol açarak yangını yayarlar. Isınan akışkanlar genleştiğinden, onları çevreleyen soğuk akışkan kısımlara göre yoğunlukları azalır ve böylece yükselerek hareket ederler. Isınan akışkanların bu hareketleri doğal konveksiyon oluşturur. Konveksiyon ile ısı transferi şu faktörlerden etkilenir:

  • Akışkanın yoğunluk, viskozite, termal iletkenlik gibi özellikleri.
  • Akış rejiminin hızı ve doğası
  • Kesit alanı gibi yüzey geometrisi özellikleri
  • Sıcaklık farkı

Konveksiyon ısı transfer katsayısı

(h) (W/m²K) , belirli bir malzeme için sabittir. Bu sabit ile konveksiyon ile ısı transferi I=h.A.Δ.T formülü ile hesaplanabilir. Burada I, ısı transaferi oranı, A akışkanın temas ettiği yüzey alanı, Δ.T ise akışkan ile temas ettiği yüzey arasındaki sıcaklık farkıdır.

Radyasyon yolu ile ısı transferi:

Isının elektromanyetik ışınımlar yoluyla taşınmasıdır.

elektromanyetik-spektrum-elektromanyetik-tayf

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik ışınımlar dalga boyuna göre, kızılötesi, görünür ve ultraviole olmak üzere üç ana bölgede bulunur. Yangın sırasında ortaya çıkan elektromanyetik ışınımlar büyük ölçüde kızılötesi bölgededir; çok küçük bir kesimi ise görünür bölgede yer alır. Termal radyasyonun kendisi ısı değildir. Isıdan kaynaklanır ve bir nesneye çarptığında orada ısı oluşturur. Mutlak sıfırın üzerinde sıcaklığı bulunan tüm cisimler sürekli olarak termal ışınımda bulunurlar. İletim ve konveksiyondan farklı olarak termal radyasyon hareketi için herhangi bir ortama ihtiyaç duymaz. Bu nedenle ışınımla ısı transferi vakum altında dahi gerçekleşir. Bir nesnenin ışınımda bulunma kabiliyeti, ışınım emme kabiliyeti ile orantılıdır. Radyasyon, boşluktan düz hatlar veya demetler halinde geçer. Yolu üzerinde bulunan maddeler radyasyonu kısmen veya tamamen yansıtabilir, absorblayabilir ya da değiştirmez. Radyasyonun nesnelerle bu etkileşimleri ile ilgili bazı nicelikler şöyle gösterilebilir:

Reflektivite, ρ: radyasyonun bir madde tarafından yansıtılan kesri

Absorbtivite, α: radyasyonun bir madde tarafından absorblanan kesri

Transmissivite, τ: radyasyonun bir madde tarafından geçirilen kesri

Bunların toplamı 1’e eşittir. α + ρ + τ = 1

 

Kirchhoff Kanunu

Bir maddenin radyasyon gücü Kirchhoff Kanunuyla genelleştirilmiştir. Kanuna göre denge sıcaklığında, herhangi bir cismin toplam radyasyon gücü ile absorbtivitesi arasındaki oran, sadece cismin sıcaklığına bağlıdır. W₁/α₁ =W₂/α₂ eşitliği vardır. W₁ ve W₂ herbir cismin toplam radyasyon gücü, α1 ve α2 absorbtiviteleridir. Kanun, monokromatik ve toplam radyasyona uygulanabilir. Gelen radyasyondaki enerji dağılımı radyasyon verici yüzeyin karakterine ve sıcaklığına bağlı olduğundan, alıcı yüzeyin absortivitesi de verici yüzeyin bu özelliklerine bağlıdır.

 

Siyah Cisim

En yüksek absorbtivite değeri 1’dir ve bu değere, bir cismin gelen radyasyonun (yansıtma ve geçirme olmaksızın) tümünü absorblaması durumunda ulaşılır. Böyle bir cisme “siyah cisim” denir. Kirchhoff Kanuna göre, siyah bir cisim, herhangi bir sıcaklıkta ulaşılabilecek en yüksek radyasyon gücüne sahiptir. Bir cismin “emissivitesi (e, radyasyon çıkarması)”, cismin toplam radyasyon gücünün, aynı sıcaklıktaki siyah bir cisminkine oranıdır.

Kirchhoff Kanununda, siyah cisim toplam radyasyon gücü Ws, siyah cisim absortivitesi  αs=1, diğer cisim radyasyon gücü W₂,  absortivitesi  α₂ ile gösterildiğinde, diğer cisimin emissivitesi e₂=W₂/Wₛ= α₂ olduğu görülür.

Çevresiyle denge sıcaklığında bulunan herhangi bir cismin emissivitesi ve absorbtivitesi birbirine eşittir. Emissivitenin birimsiz  bir sabit olduğuna dikkat edilmelidir. Bazı malzemeler için e değerleri şöyledir:

Cilalı metal <0.1

Tuğla 0.8

Grafit 0.9

Meşe ve mermer 0.9

Emissivite ile beraber radyasyonla ısı iletimini etkileyen iki diğer faktör sıcaklık farkı ve mesafedir. Sıcaklık artışı ısı transferini hızla artırır. Mesafe içinse ters kare yasası geçerlidir. Mesafe iki katına çıktığında iletim dörtte bire düşer; aynı şekilde mesafe yarıya indiğinde iletim dört katına çıkar.

Isı Kaynakları

Çalışma ortamında genellikle, bir yangını başlatabilecek ve devam ettirecek pek çok ısı kaynağı bulunur.  Aşağıdakiler ısı kaynaklarının bir listesidir. (NFPA 1997b, 1-64-67):

  1. Kimyasal ısı: Bir maddenin tamamen oksidasyonu sonucunda ortaya çıkan yanma ısısıdır.
  2. Kendiliğinden ısınma: Bir maddenin çevresinden ısı çekmeksizin sıcaklığının yükselmesidir. Sıcaklığın yeterince yükselmesine izin verildiğinde kendiliğinden tutuşma meydana gelebilir.
  3. Bozunma ısısı: Bileşiklerin bozunması ile ortaya çıkan ısıdır. Asetilen, bozunmaya başladığında ısı üreten maddelere bir örnektir.
  4. Çözünme ısıs: Bir maddenin çözelti içerisinde çözünürken açığa çıkardığı ısıdır.
  5. Elektriksel ısı: Direnç ısısı da denir. Elektrik iletimi sırasında iletkenlerin gösterdiği direnç nedeni ile meydana gelen ısıdır.
  6. Ark ısısı ve kıvılcımlar: Ark, elektriksel bir sistemde toprak veya bir başka faz ile düşük empedanslı bağlantıdan kaynaklanan bir elektrik boşalmasıdır. Ark patlamalarında yüksek sıcaklıklar o noktayı çevreleyen havanın hızlı bir şekilde ısınmasına neden olur.
  7. Statik elektrik yükü: Statik elektrik yükü, iki yüzey birbirine temas edip ayrıldığında oluşur, ve en az bir yüzey elektrik akımına karşı yüksek direnç gösterir (ve bu sebepten dolayı elektriksel bir yalıtkandır). Bu şekilde oluşan statik elektrik yükleri ark ve kıvılcımlara neden olabilir.
  8. Şimşek/Yıldırım
  9. Mekanik ısı: sürtünmeden kaynaklanan ısıdır.
  10. Nükleer ısı: Çekirdek tepkimeleri sonucu ortaya çıkan ısıdır.