Zakład Środków Gaśniczych
Konduktometryczny pomiar stężenia środka pianotwórczego w roztworze
SP – PK11 pluton 3
Uwagi

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest pomiar przewodnictwa elektrycznego roztworów środków pianotwórczych metodą konduktometryczną i analiza ich stężenia oraz narysowanie krzywych wzorcowych (zależności przewodnictwo- stężenie) dla środków pianotwórczych Roteor 6S, Sthamex AFFF 3%, Alcoseal AR-FFFP 3%/6%, a także wyznaczenie równania linii trendu dla środka pianotwórczego Roteor 6S oraz współczynnika R² tej linii i oznaczenie nieznanego stężenia próbki otrzymanej od prowadzącego.

II. Opis metod pomiarowych

Metoda konduktometryczna polega na pomiarze przewodnictwa właściwego roztworów środka pianotwórczego o różnych stężeniach, a następnie wyznaczeniu krzywej wzorcowej. Posiadając krzywą wzorcową możemy określić nieznane stężenie próbki roztworu środka pianotwórczego podstawiając jego zmierzone przewodnictwo właściwe do równania tej krzywej.

III. Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie rozpoczęliśmy od wyboru trzech środków pianotwórczych, których roztwory mieliśmy badać. Sporządziliśmy po sześć roztworów każdego środka o stężeniach 8%, 4%, 2%, 1%, 0,5 %, 0,25 %. Pomiary konduktometrem zaczęliśmy od pomiaru przewodnictwa wody, która była używana do sporządzania roztworów. Następnie przeprowadziliśmy pomiary przewodnictwa dla sześciu roztworów dla każdego z trzech środków, jakie wybraliśmy do badania. Wykonaliśmy dwa pomiary dla każdej próbki. Po przeprowadzeniu badania i zapisaniu wyników w tabelkach otrzymaliśmy od prowadzącego próbkę środka pianotwórczego Roteor 6S o nieznanym stężeniu, której przewodnictwo elektryczne również zmierzyliśmy dwukrotnie.

IV. Tabele wynikowe

Do wykonania krzywej wzorcowej wykorzystujemy średnią z dwóch pomiarów. Wartości średnie przewodnictwa właściwego obliczamy za pomocą wzoru:

$$\Psi_{sr} = \frac{\Psi_{I} + \Psi_{\text{II}}}{2}$$

Alcoseal AR-FFFP

Stężenie środka pianotwórczego c [%]	0,25	0,5	1	2	4	8
Przewodnictwo właściwe Ψ [mS/cm]	0,389	0,693	1,3535	2,145	3,735	6,42

Sthamex AFFF

Stężenie środka pianotwórczego c [%]	0,25	0,5	1	2	4	8
Przewodnictwo właściwe Ψ [mS/cm]	0,045	0,07645	0,138	0,2255	0,3635	0,8525

Roteor 6S

Stężenie środka pianotwórczego c [%]	0,25	0,5	1	2	4	8
Przewodnictwo właściwe Ψ [mS/cm]	0,1245	0,218	0,3785	0,632	1,0985	1,795

V. Wykresy

Na podstawie wykresu możemy stwierdzić, że przewodnictwo właściwe roztworów środków pianotwórczych rośnie wraz ze wzrostem stężenia. Dla mniejszych stężeń przyrost przewodnictwa jest szybszy niż dla wyższych stężeń. Najwyższy wzrost przewodnictwa właściwego wystąpił dla środka Alcoseal AR-FFFP. Dwa pozostałe środki zanotowały znacznie mniejsze wartości przewodnictwa, przy czym środek Roteor 6S osiągnął ponad dwukrotnie wyższą jego wartość przy stężeniu 8% niż środek Sthamex AFFF. Środki tego samego typu mają podobne przewodnictwa właściwe, więc z wykresu możemy odczytać, że największe przewodnictwo mają środki typu FFFP, mniejsze typu S, a najmniejsze z badanych AFFF.

Do wyznaczenia krzywej wzorcowej dla środka Alcoseal użyliśmy krzywej trendu wielomianowej stopnia drugiego, co oznacza, że ma ona przebieg paraboliczny. Zrobiliśmy to z uwagi na dokładniejsze odwzorowanie przebiegu zmian przewodnictwa właściwego w zależności od stężenia (współczynnik dopasowania R² był na tyle bliższy jedynce, a więc bliższy obrazowania wartości rzeczywistych, że uznaliśmy to za uzasadnione). Dla środków Roteor i Sthamex zabieg ten nie był konieczny i krzywa trendu jest linią prostą.

Prowadzący zajęcia przygotował dla nas nieznaną ilość środka Roteor 6S, z którego sporządziliśmy 100 cm³ roztworu o niewiadomym stężeniu "x". W celu określenia stężenia środka pianotwórczego, wykonaliśmy dwa pomiary przewodnictwa roztworu, z których średnia wyniosła Ψ_śr = 0,2705 mS/cm. Wartość tę podstawiliśmy do wzoru krzywej wzorcowej dla Roteoru:

y = 0,2399x + 0,0047,

i otrzymaliśmy równanie:

$x = \frac{0,2705 - 0,0047}{0,2399} \approx 1,11\ \lbrack\%\rbrack$.

Niewiadome dotąd stężenie roztworu Roteoru "x" wynosi 1,11%. Współczynnik R² jest równy w tym przypadku 0,9647, co oznacza, że wartość ta jest bliska rzeczywistemu stężeniu, ponieważ dopasowanie wykresu jest dość dokładne.

VI. Charakterystyki środków

Roteor 6S:

Roteor jest syntetycznym pianotwórczym środkiem gaśniczym przeznaczonym do wytwarzania piany gaśniczej o wszystkich stopniach spienienia przy zastosowaniu zarówno wody wodociągowej, jak i morskiej, przy użyciu ogólnodostępnych urządzeń ochrony przeciwpożarowej: prądownic, działek pianowych, wytwornic czy agregatów piany.

Roteor 6S jest wodno-alkoholowym roztworem związków powierzchniowo czynnych, inhibitora korozji i stabilizatora piany. Jest to jednorodna ciecz barwy jasno żółtej do jasno brązowej o charakterystycznym zapachu. Wykazuje całkowitą rozpuszczalność w wodzie wodociągowej.

Właściwości i dane techniczne:

• zalecanie stężenie w roztworze wodnym: 6%,

• liczba spienienia przy stężeniu 6%: min. 8,

• gęstość w temperaturze 20°C: 1,06 - 1,08 ± 0,02 g/cm³,

• współczynnika pH: 7,0 - 9,0 ± 0,5,

• temperatura krzepnięcia: -15 do -17 ± 2°C,

• lepkość kinematyczna: 8,0-15,0 ± 10% mm²/s w temperaturze 20°C, max. 200 mm²/s w temperaturze -13°C,

• napięcie powierzchniowe: 27 mN/m dla roztworu 3% w temperaturze 20°C,

• temperatura magazynowania: od -15°C do 45°C,

• okres trwałości: 4 lata.

Sthamex AFFF 3%:

Sthamex AFFF 3% jest syntetycznym środkiem pianotwórczym tworzącym film wodny. Przeznaczony jest do wytwarzania piany ciężkiej, może również zostać użyty do utworzenia niespienionego roztworu wodnego. Jest on roztworem syntetycznych związków powierzchniowo czynnych, komponentów fluorowych, stabilizatorów piany oraz środków zapobiegających zamarzaniu. Może być stosowany z wodą wodociągową, morską, przemysłową po uzdatnieniu. Środek jest nieszkodliwy pod względem fizjologicznym i bardzo dobrze biodegradowalnym.

Własności i dane techniczne:

• zalecanie stężenie w roztworze wodnym: 3%,

• liczba spieniania: 5-10,

• czas wykroplenia 25% roztworu: od 2 do 5 minut,

• czas wykroplenia 50% roztworu: od 5 do 10 minut,

• pH w temperaturze 20°C: 6,5-8,5,

• gęstość w temperaturze 20°C: 1,03-1,04 g/cm³,

• napięcie powierzchniowe przy stężeniu 3%: 3 mN/m,

• temperatura krzepnięcia: -15°C,

• lepkość: w temp. 20°C max. 10 mm²/s, w temp. -15°C max. 30mm²/s.

Alcoseal AR-FFFP 3%/6%:

Alcoseal AR-FFFP 3%/6% jest odpornym na działanie alkoholi fluoroproteinowym środkiem pianotwórczym tworzącym film wodny. Środek łatwo ulega biodegradacji i ma niską toksyczność. Nie zawiera detergentów syntetycznych i jest produkowany z naturalnych protein. Używany do wytwarzania piany ciężkiej. Nie powoduje korozji metali i tworzyw za wyjątkiem cynku.

Właściwości i dane techniczne:

• zalecane stężenie: 3% do gaszenia węglowodorów, 6% do gaszenia rozpuszczalników polarnych,

• liczba spienienia: min. 8,

• gęstość w temp. 20°C: 1,09 g/cm³,

• pH w temp. 20°C: 6,5-7,5,

• temperatura krzepnięcia: -7°C,

• najniższa temp. stosowania: -4°C,

• czas wykraplania 50% roztworu: 7 minut dla stężenia 6%, 4 minuty dla stężenia 3%,

• okres trwałości: 10 lat,

• przechowywanie: temp. do 40°C, krótkotrwale może wzrastać do 60°C; środek nie jest wrażliwy na cykliczne zamarzanie i rozmarzanie.

VII. Wnioski końcowe

Otrzymane przez nas wyniki pokazały, że metoda konduktometryczna pozwala dość dokładnie określić stężenie badanego roztworu środka pianotwórczego, a tym samym ocenić sprawność działania urządzeń dozujących środek pianotwórczy. Jest to pomocne, gdyż dobrze dobrane stężenie jest podstawą skuteczności gaśniczej piany. Ma także znaczenie w stosunku do ekonomiczności gaszenia i ograniczenia szkodliwego wpływu środków pianotwórczych na środowisko naturalne.

Badanie ukazało również różnice w przewodnictwie roztworów różnych typów środków pianotwórczych. Największe przewodnictwo wykazują środki fluoroproteinowe, najmniejsze środki syntetyczne. Jest to związane z różnym składem jakościowym tych środków.