Bezpiecznik topikowy, mający zabezpieczyć system przed przegrzaniem, nie spełnił swojego zadania. Ale dlaczego?
„Bóg dał Noemu znak tęczy – już nie będzie wody, następnym razem pokaram cię ogniem”. Takie są słowa starej pieśni gospel, które sugerują,że ogień jest o wiele gorszą karą niż woda. Nie jestem o tym całkowicie przekonany, zwłaszcza, kiedy chodzi o ludzkie mienie: woda może spowodować ogromnie kosztowne zniszczenia.
Miejsce przestępstwa
Scena: magazynek na piętrze w eleganckiej, starej restauracji w Bostonie. Czas: przed świtem. Sufitowy spryskiwacz przeciwpożarowy z czujnikiem ciepła uruchomił się, co zauważono dopiero następnego dnia. Woda przeciekła przez sufit nad barem i główną salą jadalną i w rezultacie powstał straszliwy, kosztowny do usunięcia bałagan. Nie było żadnych oznak pożaru, więc dlaczego spryskiwacz się uaktywnił? Zostałem poproszony przez agenta śledczego firmy ubezpieczeniowej o rozwikłanie tej zagadki.
Dochodzenie
Niektórzy ludzie są zaskoczeni, kiedy dowiadują się, że stopy metali mogą stapiać się w niższych temperaturach niż ich czyste składniki. Na przykład stop miedziowo-niklowy w proporcji 50 do 50 stapia się w temperaturze o kilkaset stopni Celsjusza niższej niż każdy z tych czystych metali, a roztwór płynu niezamarzającego (glikolu etylenowego) w wodzie stapia się w temperaturze – 40 stopni (możecie sobie wybrać skalę Celsjusza czy Fahrenheita), a więc kilkadziesiąt stopni poniżej temperatury stapiania każdego ze składników. Takie roztwory o niskich temperaturach stapiania noszą nazwę roztworów eutektycznych (z greckiego eutektos – łatwo topliwy).
Właściwe dozowanie składników chemicznych doprowadzi do stworzenia stopu, mogącego stapiać się w dowolnej, wybranej temperaturze – od pokojowej aż po temperaturę białego żaru. Znanych jest ponad sto tak zwanych „łatwo topliwych stopów” (w większości bazujących na bizmucie, kadmie, ołowiu i cynie), które stapiają się w temperaturach od pokojowych do około 300 stopni Celsjusza. Są one szeroko stosowane w ochronie przeciwpożarowej jako bezpieczniki topikowe, do zabezpieczeń kotłów przed przegrzaniem, a także jako niskotopliwe stopy do lutowania.
Topliwy metal w rozpatrywanym tryskaczu miał się teoretycznie stapiać w temperaturze około 74° C. Ponieważ sądziłem, że przez pomyłkę użyto innego stopu, ulegającego stopieniu w niższej temperaturze, przeprowadziłem analizę składu chemicznego przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego. Okazało się, że bezpiecznik topikowy był wykonany ze stopu Bi-Cd-Pb-Sn o zawartości poszczególnych składników odpowiadającej handlowemu stopowi, który stapia się w temperaturze około 75° C, a więc wina nie leżała po stronie materiału. Dopuszczałem też możliwość, że jakiś czynnik spowodował przeciążenie materiału topikowego, powodując pęknięcie. Badanie pod elektronowym mikroskopem skaningowym wykazało, że powierzchnia materiału była pokryta nierównościami, co mogłoby wskazywać na topnienie. Nie było tam dołków ani charakterystycznych defektów plastycznych, czy też faset związanych ze złamaniem. Bezpiecznik się stopił, ale dlaczego?
Winowajca
Bezpiecznik był zlokalizowany w odległości tylko 15 cm od żarówki o mocy 100W, co prowadziło do konkluzji, że to żarówka ponosi winę za całe zdarzenie. Sprawdziłem tę hipotezę u siebie w domu. Użyłem do tego termometru do… pieczenia mięsa, takiego z natychmiastowym odczytem. Umieściłem jego końcówkę pomiarową w odległości około 15 cm od gołej żarówki 100W, aby powtórzyć warunki, jakie były w restauracji. Odczyt na termometrze pokazał wartość 27°C – nie więcej. Umieściłem następnie końcówkę termometru w odległości (2,5 cm od żarówki i otrzymałem odczyt około 38°C. Stało się jasne, że bliskość samej żarówki nie mogła być przyczyną stopienia się bezpiecznika.
Następnie umieściłem termometr wewnątrz zamkniętego globusa Lightolier o średnicy około 15 cm razem z żarówką o mocy 60W. Temperatura szybko osiągnęła 88°C. Wypływał z tego wniosek, że żarówka 100W wytwarza dużo ciepła, jeżeli jest zamknięta w małej przestrzeni, a bezpiecznik topikowy jest umieszczony w jej pobliżu. Kiedy się to wydarzyło, pomieszczenie magazynowe było szczelnie wypełnione pudłami, ustawionymi aż pod sufit. Wywnioskowałem, że najprawdopodobniej pudła były ustawione w stosy w taki sposób, że dla żarówki i bezpiecznika pozostała niewielka wspólna przestrzeń, co doprowadziło do wypadku.
Jestem pewien, że ludzie z firmy ubezpieczeniowej zrobili piekło z powodu bliskości żarówki i bezpiecznika oraz pudeł. Nie wiem jednak, jak ta sprawa się zakończyła.
Ken Russell (kenruss@mit.edu) jest emerytowanym profesorem metalurgii i techniki jądrowej na MIT. Specjalizuje się w metaloznawstwie, metalurgii sądowej oraz analizach przypadków defektów, awarii i uszkodzeń.
