Hosemasters en fluorvrij schuim, kan dat?

Kenbri heeft eind 2019 voor haar brandweerklanten een seminar georganiseerd met als onderwerp “fluorvrij blusschuim bij de (regionale) brandweer”. De onderwerpen die aan bod kwamen hadden vooral een praktische insteek: “Hoe goed blust fluorvrij blusschuim?” en “Kan ik zomaar overstappen van fluorhoudend naar fluorvrij?”. In dit seminar hebben we ons vooral gefocust op het gebruik van 3F schuimen (fluorvrij schuim) in schuimblusvoertuigen en de verschillende bijmengsystemen daarin.

De uiteindelijke conclusie: hoe een systeem met 3F schuimen werkt is feitelijk niet anders dan twintig jaar geleden. Ook met gebruik van fluorhoudende SVM’s (schuimvormende middelen) gold de regel: bij overstappen naar een ander SVM moet het systeem worden afgesteld op het nieuwe SVM. Voor fluorvrije middelen is dit niet anders. De inductoren moeten worden afgesteld op de viscositeit van het SVM.

Viscositeit, ook bekend als stroperigheid, traagvloeibaarheid of dikvloeibaarheid, is een fysische materiaaleigenschap van een vloeistof of van een gas. Het is de eigenschap van een fluïdum die aangeeft in welke mate deze weerstand biedt tegen vervorming door schuifspanning.

Fluorvrij schuim, een hogere viscositeit

Wat betekent dit nu voor ons? Simpel gezegd: de meeste fluorvrije SVM’s hebben een hogere viscositeit dan het fluorhoudende SVM (zoals standaard AFFF) dat we voorheen gebruikten. Fluorvrij SVM is dus doorgaans “dikker” en “stroperiger”, vergelijkbaar met wat we gewend zijn van de meeste alcohol-resistente schuimen.

De viscositeit van een vloeistof wordt weergegeven in de eenheid: Pascal/seconde (Pascal per seconde). Simpel gezegd: hoe hoger de viscositeit van een vloeistof, hoe moeilijker deze in beweging te krijgen (en houden) is. De viscositeit van een SVM is altijd terug te vinden op de datasheet of MSDS van het product. 

‘Niet-Newtoniaanse’ vloeistof

Natuurlijk is ook in dit geval sprake van een uitzondering: Het fenomeen “niet-Newtoniaanse

vloeistof”. Ketchup is een goed voorbeeld van dit fenomeen. Het kost moeite om bij ketchup de stroming op gang te brengen, hierbij is een beetje extra kracht nodig. Als het eenmaal vloeit, dan is de schuifspanning overwonnen en gedraagt het zich weer als een normale vloeistof. Sommige SVM’s (zowel fluorhoudend als fluorvrij) gedragen zich als zo’n ‘niet-Newtoniaanse’ vloeistof. Deze eigenschap maakt sommige SVM’s lastig bij te mengen, en dit komt al snel naar voren bij eenvoudige Venturi-tussenmengers.

Een Venturi-bijmenger werkt namelijk op basis van drukverschillen (onderdruk oftewel zuigkracht op de SVM-toevoerleiding). Door de waterstroom door een vernauwing te leiden wordt een onderdruk/zuigkracht gegenereerd, waardoor het SVM a.h.w. in de waterstroom wordt meegezogen. In een Venturi-menger houdt die onderdruk het SVM in beweging. Bij viskeus, niet-Newtoniaans SVM is de benodigde onderdruk vooral bij het starten van het systeem extra groot. Als zulk SVM eenmaal ‘op gang’ is, dan blijft het stromen.

Hosemaster

Viscositeit en stromingsgedrag van SVM zijn belangrijke items in onze dagelijkse brandweerpraktijk. En 85% van alle schuiminzetten bij de brandweer gebeurt met de oude vertrouwde ‘hosemaster’, waarvan het bijmengsysteem berust op het Venturi-principe. En omdat we weten dat viskeus, niet-Newtoniaans SVM zoals fluorvrij zich daarmee wat moeilijker laat bijmengen, kunnen we onszelf een belangrijke vraag stellen: “Hoe goed werkt de combinatie hosemaster en fluorvrij SVM?”

De meest eenvoudige manier om daarop antwoord te krijgen ligt voor de hand: testen! En precies dat hebben wij onlangs uitgebreid gedaan. Maar laten we eerst nog even kijken naar de technische werking van een hosemaster.

Bovenstaande afbeelding is een schematische weergave van een Venturi tussenmenger en het opslagvat waaruit het SVM aangezogen wordt. In een hosemaster zit het ‘tussenmenger gedeelte’ direct bovenop het SVM-opslagvat geschroefd.

Focus van het onderzoek:

Testonderdeel 1 - bijmenging: 

De mate van bijmenging in een hosemaster wordt bepaald door een zogenaamde ‘orifice plate’. Dit is een metalen plaatje met een klein gaatje er in. De afmeting van het gaatje bepaald het doorstroomvolume en beïnvloed tevens de zuigdruk. En dus het bijmengpercentage. Sommige hosemasters worden standaard geleverd met orifice plates in diverse afmetingen. Door het plaatsen van de juiste orifice plate wordt een bijmenging van 1%, 3% of 6% verkregen. Dit geldt althans bij dunvloeibaar SVM, zoals AFFF. In onze test kijken we of met de standaard plaatjes ook het correcte bijmengpercentage wordt bereikt als het SVM juist een aanmerkelijk hogere viscositeit heeft.

Testonderdeel 2 – verschuiming en worplengte:

In tegenstelling tot fluorhoudende SVM’s is een goede werking van fluorvrije SVM’s vooral afhankelijk van het creëren van goed verschuimd schuim. Immers, de bluseigenschappen van een dun waterig laagje fluorverbindingen ontbreken in fluorvrij schuim. Het ontleent zijn bluskracht juist aan de schuimdeken. Fluorvrij schuim moet dus voldoende ‘expanderen’ en een liefst een dikke, stabiele en homogene bellenstructuur leveren. Dit wordt het beste bereikt door de premix ‘actief’ te beluchten met een schuimstraalpijp. Dan is sprake van een ‘beluchte’ nozzle, in het Engels: ‘aspirated’. Sommige fluorvrije schuimen werken ook goed zonder die actieve beluchting bij de nozzle, dus ‘non-aspirated’. In dit geval zal al een goede verschuiming van de premix bereikt worden dankzij ‘beluchting’ tijdens de worp door de lucht, de z.g. ‘air pickup’. Dit betekent bijna automatisch dat die worp er dan wel moet zijn. Want hier geldt: hoe langer de worp en hoe meer diffuus de straal, hoe meer lucht er onderweg wordt opgepikt.

Maar hoe dan ook, om schuim netjes geëxpandeerd te krijgen, is een actieve beluchting middels een ‘aspirated’ nozzle nu eenmaal de meest effectieve methode. Maar zo’n schuimstraalpijp heeft helaas een bijkomend nadeel: de worplengte van verschuimd schuim is korter dan van een gebonden straal water of premix. Maar hoeveel scheelt dat dan eigenlijk met zo’n hosemaster? En levert dit met een goede aspirated nozzle dan ook werkelijk mooier schuim? In testonderdeel 2 bepalen we welk verschuimingsvoud wordt geleverd door verschillende aspirated nozzles. En daarbij meten we de worplengtes.

Testonderdeel 3 – verschillende 3F’s:

Terwijl we op zoek gaan naar de uitkomsten rond bijmenging, expansie en worplengte, willen we óók weten of het precieze SVM nog van invloed is op de resultaten. Wij selecteerden voor de proeven drie verschillende fluorvrije schuimconcentraten in de range tussen ‘kwalitatief zeer goed’ tot ‘gewoon goed en economische aantrekkelijk’. Deze waren allen van het type ‘3F-AR’, dus fluorvrij én alcoholbestendig. Deze drie schuimen zijn allemaal viskeus, maar hier zijn onderlinge verschillen tussen. Een ervan is bovendien nadrukkelijk meer ‘niet-Newtoniaans’ dan de overige twee.

Testonderdeel 4 - verschillende Hosemasters: 

De keuze voor de hosemasters is gemaakt door te kijken naar de types die veel worden verkocht en dus veel in gebruik zijn:

- Hosemaster ‘Kenbri huismerk’ met orifice plate van 3% en 6%, voorzien van standaard ‘aspirated’ straalpijp voor zwaarschuim.

- Hosemaster Leader Uprim met orifice plate van 3% en 6% met twee verschillende

‘aspirated’ straalpijpen, resp. voor zwaarschuim en middelschuim.

Testresultaten

We zetten hieronder voor u wel alvast enkele opmerkelijke conclusies op een rij.

Bijmenging

• Het effect dat er minder wordt aangezogen dan waar de orifice plate voor is ontworpen, is aangetoond. Dit effect kan in sommige situaties oplopen tot 40% minder aanzuiging! (vergeleken met het orifice plate %) Bij een type schuim bleek na meting de werkelijke bijmenging 2,1% in plaats van de gewenste 3%).
   

Verschuiming

• Het bleek niet mogelijk te zijn voldoende verschuiming te behalen met de zogenaamde Low-expansion nozzle (de standaard zwaarschuim straalpijp aan een hosemaster). Een hosemaster uitgerust met middelschuim straalpijp behaalde wel de benodigde verschuiming en dus laagdikte. 
   

Algemene conclusies

• De verschuiming van fluorvrij SVM is in vergelijking tot fluorhoudende SVM’s kritischer: de kwaliteit van het opgebrachte schuim is erg afhankelijk van de verschuiming.

• De uitkomsten van blustesten die gedaan worden met fluorvrij schuim zijn erg afhankelijk van goed werkende hardware (bijmengpercentage en verschuiming). Het is dus aan te raden om voor het blustesten eerst de correcte werking van de gebruikte hardware te controleren.

Het is dus belangrijk dat we ons bewust zijn van de genoemde punten. Alleen op papier de bluswerking van een SVM inschatten is onvoldoende. Eventuele beslissingen om met fluorvrij SVM te gaan werken zou voorafgegaan moeten zijn aan grondige praktijktesten. Onafhankelijk van fluorvrij of fluorhoudend SVM: de hosemaster kan een krachtig en relatief makkelijk te gebruiken stuk hardware zijn, maar dit kan teniet worden gedaan door een verkeerd gekozen orifice size en/of type schuimstraalpijp.

Benieuwd welke SVM’s we getest hebben en welk SVM optimaal presteerde? Bel ons op 0187 - 49 3588!