Yangın Nasıl Büyür, Havanın Yangın Üzerine Etkileri Nelerdir?

Yangının nasıl büyüdüğünü anlayabilmemiz için öncelikle yanma olayının ne olduğunu ve hangi faktörlerden etkilendiğini bilmek gerekir. Yanmayı oluşturan, etkileyen ve yayılmasına neden olan faktörler.

Yazan: T. Berk Mırnak

Antik Yunan döneminde, evrende bulunan dört temel elementten biri olduğu düşünülen ateş, neredeyse tüm kültürlerin mitolojisinde yaşam veya güç veren bir materyal olarak düşünülmüştür. Bu her ne kadar fantastik olsa da aslında ateş bir materyal değildir. Yani sahilde ateş etrafında oturarak müzik dinleyen gençler bir objeyi veya materyali gözlemlemez, kimyasal reaksiyonlardan oluşan bir süreci gözlemler. Bu sürece “yanma olayı” veya “oksidasyon” adı verilir. Aslına bakarsanız elmayı kestiğimizde zamanla kahverengiye dönüşmesiyle, gümüşün kararmasıyla veya bir çivinin paslanmasıyla bir kâğıdın çakmakla yakılması aynı süreçtir. Bunlar arasındaki tek fark, kâğıdın veya sahilde yakılan bir kütüğün yanmasında dışarıya ısıveren daha hızlı bir tepkime gerçekleştirmesi ve bu tepkimenin sonucunda ısı, ışık ve ses gibi çeşitli reaksiyon ürünlerini barındıran, gözle görülebilen alevi oluşturmasıdır.

Bazı yanma olayları yavaş ve dengeli gerçekleşse de bazıları aşırı sıcak, şiddetli ve hızlı gerçekleşebilir. Yanma sırasında oluşan alevin rengi farklı olabilir. Bazıları kolay, bazıları oldukça zor başlayabilir. Örneğin kömür veya odunun yanması sonucunda karbonmonoksit (CO), PVC boru gibi yanan plastikler sonucu hidrojen siyanid (HCN) ve evlerimizde kullanılan çoğu sentetik kumaşın yanmasıyla da fosgen (CCl2O) gibi zehirli gazlar ortaya çıkabilir.

Peki yanma için neler gereklidir? Bu sorunun cevabı eskiden yakıt, ısı ve oksijen olarak verilirdi. Bu üç girdiden oluşan model, literatürde “Yanma Üçgeni Modeli” olarak geçer. Temel olarak doğru olsa da eksik bir model olduğu, halon gazlarının yangın söndürmede kullanılmaya başlanmasından sonra ortaya çıkmış ve yanmayı oluşturabilmek için gerekli olan son önemli bir girdinin unutulduğu görülmüştür. Bu girdi ise kimyasal zincir reaksiyondur. Bunun sonucunda literatürde “Yanma Tetrahedron Modeli” olarak geçen yeni bir model oluşmuştur.

Bu modellere bakıldığında yangın söndürmede izlenecek temel yöntemlerin, bu girdileri ortamdan kaldırmak veya etkisini azaltmak olduğunu söylemek mümkün. Bir başka deyişle,
• Yanan materyali soğutmak,
• Havayı ortamdan uzaklaştırmak,
• Yakıtı ortamdan kaldırmak veya
• Kimyasal zincir reaksiyonu kırmak/ engellemek,
yangını durdurmak için yeterli önlemler olacaktır.
Bu yöntemlerin tam tersini uygulamak, yani yangına bu girdileri eklemek ise yangının büyümesine neden olacaktır.

Yangın nasıl yayılır?
Yangının nasıl yayıldığını incelemek için tutuşmanın nasıl başladığını anlamamız gerekir. Daha önceden bahsettiğimiz üzere yakıt, kimyasal zincir reaksiyonlar sonucu yanar. Burada dikkat edilmesi gereken, yanmanın oluştuğu bölgedeki moleküllerin fazıdır. Yakıt katı da olsa sıvı da olsa, gaz hale geçmeyen moleküller yanma tepkimesine girmez. Yanan bir cismi de yanabilme potansiyeli olan bir diğer cisme yaklaştırdığımızda aşağıdaki olaylar gerçekleşir.

Yanan kibriti bir kâğıda yaklaştırdığımızda ilk olarak kâğıtta bulunan moleküller ısı sebebiyle gevşer. Bu ısınma sonucu gevşeyen moleküllerden bazıları ayrılarak gaz hale dönüşür. Bu gaz hale dönüşen moleküller de havadaki oksijen molekülleriyle birleşerek zincir reaksiyonun başlamasına neden olur.

Bu reaksiyon sonucu oluşan ısı da yangının kendi kendisini sürdürmesini sağlar. Bu, kondüksiyon yoluyla gerçekleşen bir yayılma şeklidir. Yangının yayılması konveksiyon veya ışınım (radyasyon) şeklinde de gelişebilir.

Yangını Etkileyen Faktörler
Yangının yayılmasının veya büyümesinin hızını belirleyen çeşitli faktörler vardır. Bunlardan yakıtın etkileri incelenirse aşağıdaki sonuçlar gözlenir.

Yakıtın Tipi: Farklı yakıtlar farklı derecelerde yanar. Daha düşük sıcaklıklarda tutuşan bir materyalin yangınının büyümesi daha hızlı, fakat daha az ısı enerjisi gerektirdiğinden söndürülmesi ya da kendi kendine sönmesi de daha kolay olacaktır. Yüksek sıcaklıklarda tutuşan bir materyalin yarattığı yanmanın büyümesi yavaş olacak, fakat yüksek ısı enerjisi gerektirdiğinden söndürülmesi ya da kendi kendine sönmesi daha zor olacaktır. Ayrıca bu yüksek ısı enerjisine ulaştığında çevrede bulunan ve daha kolay tutuşabilen malzemeleri de tutuşturarak yayılımını hızlandıracaktır.

Yakıtın Büyüklüğü: Yüksek ısı enerjisi gerektiren malzemelerde hacim arttıkça yanma ve yayılma zorlaşır. Örneğin bir talaşı kolayca yakabiliyorken, büyük bir kütüğü yakmak oldukça zordur.

Yakıtın Yüzey Alanı: Yüzey alanı arttıkça daha fazla molekül oksijenle buluşur ve yayılma hızı artar. Petrol dökülmüş bir yüzeyin ufak bir bölümü yakıldığında yangının çabucak büyüdüğü gözlemlenir.

Nem İçeriği: Yakıt yeterince kuru olmazsa yanmaz. Ne kadar az nem olursa tutuşma ve yanma ihtimali o kadar artar ve yangının büyümesi de o kadar kolay gerçekleşir. Yakıtın dışında yangının yayılmasında ve büyümesinde etkili olan faktörlerden diğeri de havadır. Bilindiği üzere hava yüzde 78,1 oranında azot, yüzde 20,9 oranında oksijen ve yüzde 1 oranında diğer gazların birleşiminden oluşmaktadır. Bilindiği gibi yanmanın gerçekleşmesi için gereken dört temel unsurdan biri olan oksijen, hava içerisinde yeterince bulunmaktadır. Ortamda ne kadar oksijen varsa yanma olayı o kadar hızlı ve şiddetli gerçekleşir. Günümüzde araçlardaki yakıt performansını arttırmak için kullanılan turbocharger’lar bu mantıkla çalışır. Burada hava turbocharger’larda bulunan türbin motorlarından içeri çekilerek hızlandırılır ve sıkıştırılır. Bu sıkıştırılmış havanın içerisinde normal şartlardakinden daha fazla oksijen bulunur. Sıkıştırılmış hava yanma odalarına gönderilerek daha verimli bir yanma gerçekleştirilir.

Tabii bu, her ne kadar araçlar için güzel bir durum olsa da anlaşılacağı üzere bir ev veya orman yangınında istenmeyen bir durumdur. Rüzgâr da bir orman yangına aynı etkiyi yapar. Daha yoğun gelen oksijen yangını körükler ve yangının şiddetinin artmasına sebep olur.

* Yangın üzerinde havanın etkisini incelemek ve yangının nasıl kontrolden çıkabileceğini anlamak için hazırlamış olduğumuz deneyimizi yandaki QR kodumuzu telefonunuzdan aratarak izleyebilirsiniz.

grafi

Bu deneyden de anlaşılacağı üzere havanın yangın üzerinde etkisi oldukça fazladır. Orman yangınlarında rüzgâr alevin yönünü değiştirerek yangının diğer ağaçlara sıçramasını kolaylaştırır ve diğer ağaçların tutuşmasıyla adeta kendi kimyasal zincir reaksiyonunu sürdürür. Bu da yangının kontrol altına alınmasını oldukça zorlaştırır. Tabii burada havanın nem içeriğinin ve sıcaklığının da etkisi büyüktür. Nem içeriği yüksek olan havalarda yangının büyüme ihtimali daha düşüktür. Fakat özellikle yaz günlerinde nem içeriği oldukça düşen hava, çevredeki materyalleri de kurutarak tutuşmanın daha kolay gerçekleşmesine ve yangının daha hızlı bir şekilde büyümesine sebep olur.Bina yangınlarında ise ortam kapalı olduğu için rüzgârın etkisi fazla görülmez, fakat burada da yangında mahsur kalan kişinin oksijen ihtiyacı oldukça önemlidir. Yangında kalan çoğu insan yandığı için değil, ortamda bulunan oksijen seviyesi azaldığı için nefes alamaz ve buna bağlı olarak yaşamını kaybeder. Ortamda bulunan oksijen miktarı yüzde 17 seviyesine düştüğünde karar verme ve koordinasyon yetenekleri azalır, yüzde 12’de baş ağrısı, bulantı ve halsizlik görülmeye başlar, yüzde 9 seviyesinde bilinçsizlik ve yüzde 6 seviyesinde kalp krizi ve ölüm gerçekleşir.

Sonuç olarak hem yangının büyümesi için hem de yanan bir odada mahsur kalan bir kişinin yaşaması için gerekli olan en önemli unsurun oksijen olması da itfaiyeciliğin ne kadar özel bir iş olduğunu, o kişinin en kısa sürede yangın olan ortamdan uzaklaştırılmasının ne kadar önemli olduğunu gösteriyor.

T. Berk Mırnak Kimdir?
Lise eğitimini İzmir Özel Fatih Koleji’nde tamamladıktan sonra 2014 yılında Ege Üniversitesi Tarım Makinaları Mühendisliği Bölümü’nden mezun oldu. Halen “Yüksek Basınç Fanları” üzerine Ege Üniversitesi’nde yüksek lisans eğitimi alıyor. Volkan Ar-Ge Merkezi Komponent Bölümü’nde komponent tasarım mühendisi olarak çalışıyor.