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Teoría del fuego I
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TEORÍA DEL FUEGO I
ÍNDICE MOTIVACIÓN........................................... ...................... ........................................... ........................................... ......................... 5 PROPÓSITOS .......................................... ..................... ........................................... ........................................... ......................... 7 PREPARACIÓN PARA LA UNIDAD ................ ........................ ................. ................. ................ ................. ........... 9 1. TEORÍA DEL FUEGO .......................................... ..................... .......................................... .............................. ......... 11 1.1. EL FUEGO.......................................... ..................... .......................................... ..................................... ................ 11 1.2. L A COMBUSTIÓN ................. .......................... ................. ................ ................. ................. ................. ........... 12 1.3. EL TRIÁNGULO DEL FUEGO ................. .......................... ................. ................. ................. ............ .... 14 1.3.1. Combustible .............................................................. .............................. ..................................................... ..................... 15 1.3.1.1. Combustibles sólidos .............................................................. .............................. ................................ 15 1.3.1.2. Combustibles líquidos ........................................................... ............................ ................................... 15 1.3.1.3. Combustibles gaseosos .......................................................... .............................. ............................ 16 1.3.2. Comburente................................................... Comburente................... ................................................................ .................................. 16 1.3.3. Energía de activación ................................................................ .............................. ....................................... ..... 17 1.4. EL TETRAEDRO DEL FUEGO ................ ........................ ................. ................. ................. ............. .... 17 1.4.1. Reacción en cadena.............................. cadena ................................................................ ......................................... ....... 19
2. PELIGROSIDAD DEL COMBUSTIBLE ................ ......................... ................. ................ ................. .........20 20 2.1. QUÍMICA DE LA IGNICIÓN................. .......................... ................. ................ ................. ................ .......20 20 2.2. PUNTO DE INFLAMACIÓN ................. .......................... ................. ................ ................. ................ .......21 21 2.3. PUNTO DE COMBUSTIÓN................. .......................... ................. ................ ................. ................ .......22 22 2.4. PUNTO DE IGNICIÓN ................ ......................... ................. ................. ................. ................ .............. ...... 23 2.5. PUNTO DE AUTOIGNICIÓN ................. ......................... ................ ................. ................. .............. ...... 23 2.6. R ANGO DE INFLAMABILIDAD ................ ......................... ................. ................. ................. ........... ... 24 3. PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN................. ......................... ................. ................. ................ ............ 28
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3.1. L AS LLAMAS ........................................................................... 28 3.1.1. Llamas de difusión..........................................................................29 3.1.2. Llamas de premezcla......................................................................30 3.1.3. Pirólisis ........................................................................................... 30 3.2. EL CALOR............................................................................... 31
3.3. EL HUMO ............................................................................... 32 3.4. LOS GASES ............................................................................ 32 4. TIPOS DE COMBUSTIÓN .................................................................. 35 4.1. COMBUSTIÓN INCANDESCENTE ................................................ 35 4.2. COMBUSTIÓN CON LLAMAS ..................................................... 35 4.3. COMBUSTIÓN ESPONTÁNEA ..................................................... 35 4.4. COMBUSTIÓN INCOMPLETA ...................................................... 36 4.5. F LASH-OVER .......................................................................... 36 4.5.1. Condiciones para el Flash-over ......................................................38 4.5.2. Fuentes de ignición.........................................................................39 4.5.3. Tipos de Flash-over........................................................................40 4.5.4. Señales del Flash-over ....................................................................41 4.5.5. Ejemplos de Flash-over ..................................................................41 4.6. EXPLOSIÓN DE GASES O B ACKDRAFT ........................................ 43 4.6.1. Condiciones para el Backdraft .......................................................43 4.6.2. Precauciones ante el Backdraft ......................................................44 4.6.3. Plano neutro del incendio...............................................................44 4.7. TIPOS DE FLASHOVER Y BACKDRAFT SEGÚN LAS ESCUELAS INGLESA Y SUECA .................................................................... 45 4.7.1. Escuela inglesa...............................................................................46 4.7.2. Escuela sueca.................................................................................47 4.8. ROLL-OVER ............................................................................ 48
5. TIPOS DE FUEGO ............................................................................ 49 5.1. POR EL TAMAÑO ..................................................................... 50 5.2. POR LA DISPOSICIÓN DEL COMBUSTIBLE ................................... 50 5.3. POR EL TIPO DE COMBUSTIBLE ................................................. 51 5.4. POR LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN ........................................ 52 5.5. OTROS TIPOS DE EXPLOSIONES ................................................ 54 5.5.1. Consideraciones comunes ............................................................. 55 5.5.1.1. Bleve........................................................................................56 5.5.1.2. Boil-over ..................................................................................56
CONCLUSIONES ................................................................................. 59
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TEORÍA DEL FUEGO I
RECAPITULACIÓN .............................................................................. 60 A UTOCOMPROBACIÓN ....................................................................... 63 SOLUCIONARIO .................................................................................. 67 PROPUESTAS DE AMPLIACIÓN ............................................................ 68 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................... 69
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TEORÍA DEL FUEGO I
MOTIVACIÓN Esta unidad es de vital importancia para asentar las bases de los conocimientos químicos y físicos que debes tener para poder avanzar con unidades relacionadas con la teoría del fuego y métodos de extinción. En las diferentes bibliografías que consultes puedes encontrar títulos o epígrafes distintos a los que aquí se presentan sobre la química del fuego, pero recuerda que lo importante es el contenido que reflejan, no como se denominan. Un ejemplo muy claro es el punto de ignición de una combustión. La definición dada por la norma UNE 13943 es muy clara y no debes confundirla con otra terminología. Lo mismo puede pasarte con rango de explosividad o rango de inflamabilidad, combustible o material combustible, cantidad de sustancia o concentración… Son palabras diferentes que en muchos casos hacen referencia a un mismo significado. Por lo que en esta unidad trataremos de aclarar estos términos para no confundirlos. Veamos ahora otros ejemplos. No es lo mismo que un material sea combustible que hablar de comburente o decir que el aire es comburente cuando en realidad el componente que permite la combustión (comburente), no es el aire, sino el oxígeno del aire. ¿Sabes adónde vamos a parar? La amplia terminología que encontrarás en el tema puede resultarte novedosa y en algunos casos algo liosa. Queremos que seas capaz de diferenciar términos técnicos, químicos, físicos… parecidos o que sepas que dos términos diferentes pueden estar referidos a una misma definición. No te preocupes por esto. Vamos a intentar que te quede todo muy claro, para que lo que estudies lo aprendas y puedas resolver preguntas o supuestos formulados de manera diferente.
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¿Sabrías explicar la diferencia entre autoignición e ignición espontánea? En principio parecen términos similares, ¿verdad?. No te preocupes, cuando termines el tema sabrás explicar exactamente cuál es la diferencia. Pero, ¿la hay? Averígualo. Ánimo. Esto no ha hecho más que empezar.
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TEORÍA DEL FUEGO I
PROPÓSITOS Con la lectura de este tema, se pretende:
Introducirnos en la importancia de la teoría del fuego.
Conocer la teoría del triángulo del fuego.
Conocer la teoría del tetraedro del fuego.
Concepto de combustión.
Profundizar en el estudio de cada uno de los factores de la combustión.
El combustible y sus tipos. Los cambios de estado.
El comburente.
La energía de activación.
La reacción en cadena.
Entender la peligrosidad de un combustible en función de variables técnicas:
Punto de inflamación.
Punto de combustión.
Punto de ignición.
Punto de autoignición.
Rango de inflamabilidad.
Conocer los productos de la combustión y sus características.
Tipos de combustión.
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Clasificar los fuegos siguiendo distintos criterios como:
La extensión del incendio.
La disponibilidad del combustible.
El tipo de combustible.
La velocidad del frente de reacción.
TEORÍA DEL FUEGO I
PREPARACIÓN PARA LA UNIDAD En la presente unidad se van a presentar las bases de la teoría del fuego. Para ello comenzaremos por una aproximación al concepto del fuego en sí mismo para terminar entendiendo la importancia del fuego y comprender todo el proceso que lleva a dar lugar a un incendio. A continuación, podremos aproximarnos a la primera teoría que trata de explicar esta reacción: el triángulo del fuego. Teoría que recibe este nombre por los tres elementos que sostiene como productores del fuego: combustible, comburente y calor. Nos detendremos en analizar el papel de cada uno en esta teoría. Un paso más en nuestro estudio nos conduce a introducir un nuevo elemento a la teoría del fuego: la reacción en cadena y de este modo se vuelve a renombrar dicha teoría como el tetraedro del fuego. Una vez entendidas estas bases teóricas, podremos pasar a un estudio de la peligrosidad de los combustibles según ciertas características técnicas. Después estudiaremos los productos de la combustión. Finalmente presentaremos una clasificación de los distintos tipos de fuegos siguiendo diferentes criterios como son la extensión del incendio, la disponibilidad del combustible, el tipo de combustible o la velocidad del frente de reacción.
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TEORÍA DEL FUEGO I
1. TEORÍA DEL FUEGO Comenzamos la unidad con los conceptos más básicos sobre la teoría del fuego. Todos tenemos una ligera idea de lo que es una combustión o un comburente pero en este apartado vamos a profundizar un poco más en estos términos. También se verán las teorías del triángulo y del tetraedro del fuego, que resultan imprescindibles para entender el mecanismo de este fenómeno.
1.1. EL FUEGO Todos conocemos la importancia que tiene y ha tenido el fuego desde siempre para la humanidad. Con el descubrimiento del fuego nuestros antepasados dieron un paso importantísimo para el desarrollo de la humanidad. El fuego ha sido siempre un símbolo; el poder estaba ligado al dominio y manejo del mismo y hasta las distintas religiones y mitologías lo divinizaron o mitificaron. El Sol, que es fundamental para la vida, no es sino una gran bola de fuego. En nuestra época actual seguimos teniendo referencias explícitas al fuego en la vida cotidiana, lo entendemos como un componente más de la vida diaria al calentar una comida por ejemplo, aunque a veces no caigamos en la cuenta de su importancia. Incluso las modernas teorías para explicar el origen del universo centran todo inicio en una gran explosión (el Big Bang). Hace no muchos años el fuego se dominaba y se utilizaba a nuestro antojo para quemar superficies arbóreas y convertirlas en superficies de pasto aprovechables por los animales de ganado. En cambio, hoy en día hemos perdido buena parte de ese conocimiento popular del dominio del fuego que es tan importante.
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Reflejada la importancia del fuego, pasemos a preguntarnos qué es en definitiva el fuego; la definición general que tenemos de fuego es: Fuego. Combustión que se manifiesta con desprendimiento de luz, calor intenso y/o llama.
La definición que acabamos de dar de fuego es una definición general, que no es necesario memorizar. Las definiciones más estrictas vienen dadas por la Norma UNE 13943, que sí deben conocerse.
Y debemos, por tanto, presentar un concepto químico que es la combustión.
1.2. LA COMBUSTIÓN Partiremos de la explicación de lo que es una reacción química. Decimos que ocurre una reacción química cuando tiene lugar la ruptura de ciertos enlaces químicos formándose otros nuevos. En una reacción química las sustancias iniciales que intervienen las denominamos reactivos y las sustancias formadas al final productos. Por tanto, lo que ocurre en una reacción química es que los reactivos son sustituidos por los productos. Veamos un ejemplo de formación de un producto a partir de unos reactivos: 2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) ↓
↓
REACTIVOS
↔
2 H 2 O( g ) ↓
PRODUCTO
Lo que se acaba de representar es la ecuación química de la reacción, ecuación en la que se representa el cambio producido por dicha reacción. El ejemplo considerado muestra cómo partiendo de Hidrógeno y Oxígeno, ambos en forma molecular, se obtiene agua. En la ecuación se indica qué especies son consumidas (reactivos) y qué especies se producen (productos). Existen diferentes tipos de reacciones, pero en el tema que nos ocupa nos basaremos en las reacciones de combustión.
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La combustión es una reacción química de oxidación-reducción en la que hay un desprendimiento de energía. Normalmente a estas reacciones se les suele denominar reacciones Redox: red por reducción y ox por oxidación. Las reacciones de oxidación-reducción son aquellas interacciones entre dos materias en las que hay una transferencia de electrones entre ellos.
¿Cuándo decimos que se oxida un objeto? ¿Y que se reduce? Originariamente se denominó oxidación a toda reacción con oxígeno. Hoy en día el concepto es más amplio: trones.
es todo proceso químico que suponga pérdida de elec-
es todo proceso químico que suponga ganancia de electrones.
Por tanto, en las reacciones Redox habrá un cuerpo que pierda electrones y otro que los gane. Del cuerpo que gana electrones (gana cargas negativas) se dice que se reduce; el otro cuerpo será aquel que ha cedido los electrones y se dice que se oxida. Es muy importante saber que siempre que se dé una oxidación habrá una reducción y viceversa. ¿Por qué? Porque son reacciones químicas con transferencia o intercambio de electrones y por tanto, cuando un elemento pierda electrones, necesariamente habrá otro que los capte. En definitiva, en toda reacción de oxidación-reducción habrá un agente reductor que ceda electrones y se oxide y otro cuerpo, que será el agente oxidante, que se reduce porque gana electrones. AGENTE
CEDE
REDUCTOR
ELECTRONES
AGENTE
GANA
OXIDANTE
ELECTRONES
SE OXIDA SE REDUCE
Para un ejemplo concreto de un tronco que se quema, tendríamos al tronco como agente reductor que está cediendo electrones al oxígeno del aire. Al ceder electrones está pediendo cargas negativas y por tanto, se va a oxidar. Por otro lado, el oxígeno, al captar los electrones que le cede el tronco, aumenta su número de cargas negativas y por tanto, se reduce.
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: ejerce la acción de oxidar a otro elemento. A él le ocurre la acción inversa de la que realiza: ejerce la acción de reducir a otro elemento. A él le ocurre la acción inversa de la que realiza:
En el proceso de combustión hay un fuerte desprendimiento de calor. El calor es una forma de energía. En términos químicos decimos que la combustión es una reacción exotérmica porque desprende energía.
1.3. EL TRIÁNGULO DEL FUEGO Hemos visto en el ejemplo expuesto anteriormente cómo un tronco puede arder gracias a la reacción de combustión que tiene lugar en presencia del aire, pero como es lógico, un tronco no arde espontáneamente. Para que comience dicha reacción es necesario que apliquemos nosotros un primer fuego, es decir, que apliquemos una energía en forma de calor. De esta forma acabamos de identificar los tres componentes básicos de un fuego según la teoría del triángulo del fuego: el tronco que arde es el combustible, el Oxígeno del aire que capta los electrones en el proceso de combustión es el comburente y el tercer componente es el calor que aplicamos para que comience el fuego; a este primer calor aportado también se le llama energía de activación.
Figura 1. Triángulo de fuego
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TEORÍA DEL FUEGO I
Los tres factores del incendio son combustible, comburente y energía de activación. Se identifica con un triángulo porque cada lado del mismo está en íntimo contacto con los otros dos, así como cada factor de esta teoría está en íntima relación con los otros dos. Ahora pasamos a analizar más detalladamente cada uno de estos factores:
1.3.1. COMBUSTIBLE En la reacción de combustión que es el fuego: el combustible es el agente reductor, se oxida, así que es el componente que pierde electrones. Dicho esto podemos definir combustible como la sustancia con tendencia a perder electrones. Y con una definición más cercana podemos decir que combustible es toda sustancia capaz de arder en presencia de un agente oxidante. Los combustibles generalmente serán ricos en dos elementos: carbono e hidrógeno; por tener tendencia a oxidarse. Los combustibles se pueden clasificar en función del estado en que se encuentren. Así, tendremos:
Combustibles sólidos.
Combustibles líquidos.
Combustibles gaseosos.
1.3.1.1. Combustibles sólidos Los combustibles sólidos van a ser generalmente de naturaleza celulósica. La inflamación de un material sólido combustible va a depender en gran medida de su presentación. Cuanto más pequeño sea, más superficie tendrá expuesta a la reacción y por tanto, más fácil será que reaccione. Los sólidos con muy alto estado de disgregación, como puede ser el material pulverulento, llegan a presentar verdaderas explosiones en su combustión.
1.3.1.2. Combustibles líquidos Existe gran variedad de combustibles líquidos, muchos de ellos usados hoy en día habitualmente como gasolina, queroseno, alcohol, etc. Su uso inapropiado y sin precaución puede dar lugar a importantes incendios.
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Los líquidos, así como los sólidos, no arden. Lo que arde realmente son los gases procedentes de ellos.
1.3.1.3. Combustibles gaseosos Los gases en combustión dan lugar al fenómeno lumínico que son las llamas y en combustiones instantáneas los gases pueden producir explosiones. Los gases inflamables más comunes son el hidrógeno, el acetileno, el butano, el propano, etc. Muchos de los gases resultantes como producto de la combustión también son inflamables y producen un mayor peligro de incendio. Respecto al estado del combustible, se debe recordar que esta no es una característica fija del combustible sino que según las condiciones un material puede presentarse en un estado o en otro. Los distintos cambios de estado se recogen en este esquema:
Figura 2. Cambios de estado
1.3.2. COMBURENTE El comburente es la sustancia que va a actuar como agente oxidante en el proceso de combustión o lo que es lo mismo, se encarga de captar los electrones y por tanto, se reduce. Naturalmente, el Oxígeno del aire es quien actúa como comburente en la mayor parte de los fuegos. Se encuentra en el aire en una concentración del 21% en volumen.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Generalmente nos referiremos al comburente cuando hablemos del Oxígeno del aire o viceversa; pero no solo el Oxígeno actúa como comburente. También muchos otros elementos pueden ejercer el papel de agente oxid ante en la combustión, por ejemplo, el flúor o el cloro o bien ciertos compuestos como los peróxidos, nitritos y nitratos, cloratos o sulfatos. Finalmente, otros productos pueden arder también sin necesidad de un aporte extra de comburente debido a que contienen oxígeno en su propia estructura molecular o son químicamente inestables bajo ciertas condiciones como, por ejemplo, ocurre con la nitrocelulosa, el acetileno o etino, el nitrometano y la hidracina.
1.3.3. ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Como ya dijimos, espontáneamente al juntar combustible y comburente, no producen el fuego por sí solos. Necesitamos este tercer componente del triángulo del fuego que es un primer aporte de energía. Basta una pequeña cantidad de calor para que se desencadene una combustión. Como esta energía es lo que hace que se active el fuego recibe el nombre de energía de activación o fuente de ignición. Según de donde provenga el origen de esta primera fuente de energía diremos que la energía de activación es de origen:
Químico: toda reacción química exotérmica va a desprender un calor que puede ser empleado para iniciar una combustión. Mecánico: bien por fricción o bien por compresión, la fuerza mecánica de dos cuerpos se puede transformar en energía calorífica que sirva para iniciar un fuego. Eléctrico: el paso de una corriente eléctrica produce energía en forma de calor y este calor puede servir como energía de activación. Nuclear: tanto la fisión como la fusión nuclear pueden ser el origen o fuente de calor. Naturales: como por ejemplo los rayos que caen provocando los incendios forestales o la propia energía del sol.
1.4. EL TETRAEDRO DEL FUEGO En 1961, las investigaciones de Walter M. Haessler conducen a la introducción de un elemento más en la teoría del fuego. Así, de la concepción plana de un triángulo pasamos a una imagen tridimensional de una pirámide de cuatro caras, en la que cada una representa a uno de los factores. Los tres que habíamos visto hasta ahora y un cuarto, que es la reacción en cadena.
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Figura 3. Tetraedro del fuego
Se escoge la imagen de una pirámide y no la de un cuadrado porque con ello se vuelve a representar que cada cara está en íntimo contacto con todas las demás; de esta manera interactúan los cuatro factores. Veamos, pues, las diferencias principales entre triángulo del fuego y tetraedro del fuego:
Figura 4. Triángulo del fuego
Figura 5. Tetraedro del fuego
Pasemos entonces a conocer a este cuarto factor.
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1.4.1. REACCIÓN EN CADENA Este cuarto factor de la teoría del fuego explica el hecho de que un fuego cuando esté ardiendo se autoalimente. Como la combustión es una reacción exotérmica, de esta energía que se desprende no toda se está perdiendo sino que se vuelve a reutilizar como energía de activación del fuego. Este hecho permite que el fuego, es decir, la combustión, continúe gracias a su propia energía y se automantenga. Es por eso que se denomina reacción en cadena. Para que el calor desprendido sirva como energía de activación y el fuego esté automantenido, este calor debe ser mayor a la energía requerida por la reacción. ¿Qué quiere decir esto? Sencillamente que la energía inicial que invertimos para que se dé la reacción de combustión, siempre deberá ser menor que la energía que obtenemos tras finalizar la reacción, solo así tenemos una reacción exotérmica y podemos garantizar que la reacción se automantenga.
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2. PELIGROSIDAD DEL COMBUSTIBLE Hemos estudiado lo que es un combustible y sabemos que actúa como agente reductor en la reacción de combustión. Ahora profundizaremos más en su conocimiento; ciertos materiales son más peligrosos que otros en un incendio debido a sus características. Ello depende de ciertas variables, como son el punto de inflamación, el punto de combustión, el punto de autoignición y el rango de inflamabilidad.
2.1. QUÍMICA DE LA IGNICIÓN Para una ignición se requieren unas condiciones favorables de partida, que por lo general, suelen ser un calentamiento suficiente del sistema para cubrir la demanda inicial de energía de la reacción en cadena. Las reacciones suelen ser exotérmicas, es decir, durante la combustión se libera calor, fenómeno que a menudo va acompañado de una llama visible. La ignición es el inicio para que la combustión continúe su proceso de automantenimiento. Según de dónde provenga la fuente de ignición, se pueden distinguir dos tipos: ignición dirigida (o forzada), si proviene de una fuente de ignición externa o autoignición, si la ignición es el resultado de las reacciones que se producen en el propio material combustible con liberación de calor. La ignición de un líquido o de un sólido requiere el aumento de su temperatura superficial hasta que se desprenden vapores a una velocidad suficiente para, una vez iniciada la ignición de estos, mantener la llama. Los combustibles líquidos pueden clasificarse según su punto de inflamación o temperatura mínima a la que puede existir un vapor o una mezcla de aire inflamable en la superficie (es decir, la presión del vapor corresponde al límite inferior de inflamabilidad).
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TEORÍA DEL FUEGO I
La facilidad de ignición de un material sólido depende, por tanto, de la facilidad con que se eleva su temperatura superficial hasta alcanzar el punto de ignición, por ejemplo, mediante la exposición a un calor radiante o a un flujo caliente de gases. Conociendo estos conceptos, podemos desarrollar las siguientes definiciones:
Punto de inflamación.
Punto de combustión.
Punto de ignición
Punto de autoignición.
Rango de inflamabilidad.
2.2. PUNTO DE INFLAMACIÓN El punto de inflamación es inflamación es la temperatura mínima a la cual es necesario calentar un material o un producto para que se prendan los vapores emitidos momentáneamente en presencia de llama bajo las condiciones especificadas (normalmente expresados en unidades de grados Celsius).
Estas definiciones vienen establecidas según la norma , (en su última edición de Julio de 2012). Según esta última edición de la Norma UNE-EN ISO 13943 de Julio de 2012, el punto de inflamación se traduce del término inglés Flash point . En ediciones anteriores de la Norma UNE-EN ISO, el término “punto de inflamación” se traducía como Fire point. En resumen, lo correcto, según la última versión es:
Es decir, es la mínima temperatura en que un combustible alcanza su LII y cualquier foco de ignición provoca su combustión. La llama se extingue si se retira el foco.
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2.3. PUNTO DE COMBUSTIÓN El punto de combustión es la temperatura mínima a la cual se prende un material y continúa ardiendo durante un tiempo especificado después de que se haya aplicado una llama pequeña normalizada a su superficie bajo las condiciones especificadas. Se expresa en unidades de grados Celsius (ºC).
Esta definición de punto de combustión viene establecida, igualemnte, según la norma , (en su última edición de Julio de 2012). Según esta última edición de la Norma UNE-EN ISO 13943 de Julio de 2012, el punto de inflamación se traduce del término inglés Fire point . En resumen, lo correcto, según la última versión es: Asimismo, en la Norma UNE-EN ISO 13943. Seguridad contra incendio. Vocabulario, (en su última edición de Julio de 2012), se indica que en algunos países, el término “punto de combustión” tiene otro significado que es el de una ubicación donde el equipo de extinción de incendio está colocado, y que se puede corresponder igualmente con un punto de activación de alarma contra incendios, así como letreros con instrucciones frente a los incendios.
Es una temperatura de escala inmediatamente superior al punto de inflamación (1 ó 2 ºC) en la mayoría de los líquidos y algo mayores en los sólidos y ninguna diferencia en los gases. Alcanzada esta temperatura y una vez iniciada la l a ignición, la velocidad de d e aporte de vapores emitidos es suficiente para que se mantenga la llama. Si retiramos la energía de activación, se mantiene la combustión.
Utiliza el tarjetón para ocultar la respuesta y realiza el siguiente ejercicio. De acuerdo con la última publicación de la Norma UNE 13943, ¿Cuál es la principal diferencia entre punto de inflamación y punto de combustión?
La principal diferencia es que para el caso del punto de combustión, si quitamos la energía de activación, la llama no se apaga, pero para el punto de inflamación, la llama no continúa si quitamos el foco de ignición.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Conocido estos conceptos, podremos entender la diferencia según sus definiciones entre combustible e inflamable, que se indican en la misma Norma UNE 13943.
Combustible: capaz de prenderse y quemarse. Inflamable: capaz de combustión con llama bajo las condiciones especificadas
2.4. PUNTO DE IGNICIÓN El punto de ignición o temperatura mínima de ignición se define como la temperatura mínima a la cual puede iniciarse la combustión sostenida bajo las condiciones de ensayo especificadas. Se expresa en unidades Celsius (ºC).
También la definición definición de punto de de ignición viene establecida establecida según la norma , (en su última edición de Julio de 2012). En esta definición también debe considerarse el significado del término “combustión sostenida” que según la misma Norma UNE se refiere a la combustión de una muestra que persiste durante un periodo de tiempo mayor del definido.
2.5. PUNTO DE AUTOIGNICIÓN El punto de autoignición o punto de ignición espontánea es espontánea es el punto de temperatura mínimo a la cual se obtiene la autoignición en un ensayo de fuego. La autoignición se define a su vez como la ignición resultante de un aumento de temperatura sin una fuente de ignición separada. Por otro lado, aclarar que la “ignición” puede ser causada por autocalentamiento o miento o por calentamiento a partir de una fuente externa. Por lo que en este caso, y más concretamente derivando del término Norteamericano, la ignición espontánea hace referencia a la ignición causada por autocalentamiento.
Las definiciones anteriores vienen establecidas según la norma , (en su última edición de Julio de 2012).
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La autoignición se da si el fenómeno es resultado de reacciones exotérmicas que se producen en el propio material combustible con liberación de calor. Las reacciones químicas que generan calor de forma espontánea, al ser fuentes internas de ignición, conllevan un riesgo de ignición y combustión. Materiales propensos al calentamiento y la ignición espontáneos pueden convertirse en fuentes de ignición secundarias y provocar la ignición de materiales combustibles próximos. El autocalentamiento que se produce puede dividirse en sustancias químicas u objetos electrónicos que por su desprendimiento de calor pueden provocar la ignición. La autoignición química es una característica más común entre los gases aunque también la sufren algunos líquidos y en menor medida los sólidos. La tabla siguiente recoge algunas sustancias gaseosas (g), líquidas (l) y sólidas (s) a temperatura ambiente (25 ºC) y sus puntos de autoignición (los datos mostrados pueden variar dependiendo de las condiciones de ensayo y pureza de las sustancias):
Puntos de autoignición de varias sustancias
COMPUESTO
TEMPERATURA (ºC)
COMPUESTO
TEMPERATURA (ºC)
Acetileno (g)
325
Benceno(l)
500
Amoniaco (g)
630
Tolueno (l)
535
Etileno (g)
425
Gasolina (l)
456
Propano (g)
470
Hexano (l)
223
Hidrógeno (g)
560.
Polietileno (s)
349
Acetona (l)
465
PVC (s)
454
Etanol (l)
423
Papel periódico (s)
230
2.6. RANGO DE INFLAMABILIDAD Hablaremos de rangos de inflamabilidad refiriéndonos a los rangos o intervalos de concentraciones (forma de medir cantidades) que deben existir entre combustible y comburente para que estos puedan entrar en combustión. De todas las mezclas combustible-aire solamente serán capaces de entrar en combustión las que tienen una determinada concentración. O dicho de otra forma, solo aquellas mezclas en las que el combustible alcanza unas determinadas concentraciones arderán.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Para que un combustible arda en presencia de aire es necesario que estos dos componentes se encuentren dentro de un rango de concentraciones. Los límites inferior y superior que marcan este rango se denominan:
Límite inferior de inflamabilidad (o explosividad), LII. Es la menor concentración de combustible en aire por debajo de la cual no habría combustión. Límite superior de inflamabilidad (o explosividad), LSI. Es la mayor concentración de combustible en aire por encima de la cual no habría combustión.
Los límites de inflamabilidad se pueden medir en tanto por ciento de volumen, es decir, la cantidad de combustible expresado en tanto por ciento de volumen que debe haber en un % de aire.
Límites de inflamabilidad de varias sustancias Límite inferior de inflamabilidad (% volumen)
Límite superior de inflamabilidad (% volumen)
Monóxido de carbono (CO)
12,5
74
Gas natural
5
17
Hidrógeno
4
75
Gasolina
1,1
7,6
Propano
2,2
9,5
Acetileno
2,5
83
Amoníaco
16
28
Etileno
3,1
32
Metano
5
15
Tolueno
1,3
7
Etanol
3,3
19
Acetona
2,6
12,8
Benceno
1,4
8
Butano comercial
1,8
8,5
Vamos a verlo mejor con un ejemplo: Atendiendo a la tabla de ejemplos de LII y LSI que acabamos de ver, el rango de inflamabilidad del monóxido de carbono (CO) está entre un 12,5 y un 74% de volumen de CO en aire.
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Por tanto, el límite inferior de inflamabilidad será de un volumen de CO de 12,5 en 87,5 de aire, ya que si el 12,5% es CO, el resto hasta 100% será de aire. Se calcula mediante una simple resta:
Mientras que el límite superior de inflamabilidad será de un volumen de 74% de CO en 26% de aire. Podemos interpretar estos datos como que la concentración (en % volumen) de CO para que entre en combustión en aire va desde 12,5 hasta 74. Entre este rango de concentración la mezcla CO-aire entraría en combustión. Por debajo de 12,5 o por encima de 74 % de CO en aire, no se daría la combustión. Estos rangos de concentraciones son variables para cada material según las condiciones en las que se encuentren y están referenciados a las condiciones normales de experimentación o ensayo. Hacemos aquí una pequeña aclaración para diferenciar las condiciones estándar de ensayo con las condiciones normales:
Condiciones de temperatura y presión normal: son las condiciones que corresponden a 1 atm y 25 ºC o 298 K. Condiciones estándar de temperatura y presión: 0,986 atm (100 kPa), 0 ºC o 273 K.
Aunque tenemos que aclarar que pueden existir discrepancias según las bibliografías consultadas. Según la IUPAC ( Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ), las condiciones que acabamos de dar son las correctas.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Realiza el siguiente ejercicio. El límite inferior de inflamabilidad (en %) del metano en aire es de 5%. Por otro lado, la concentración (en tanto por ciento) de aire que puede existir para que haya combustión con el metano cuando este se encuentre en su límite superior de inflamabilidad es de 85%. ¿Cuál sería el límite superior de inflamabilidad de metano en aire, en tanto por ciento?
15%.
Existe una relación entre el límite inferior de inflamabilidad y el punto de inflamación. El punto de inflamación corresponde a la temperatura mínima en la que podemos tener una concentración inflamable. Los límites de inflamabilidad varían con la temperatura y la presión de vapor. Con la siguiente gráfica se ve más claro lo que significan estas dos afirmaciones:
Figura 6. Límites de inflamabilidad para una sustancia dada
Según la Tabla 4, la acetona tiene un LII de 2,6% en condiciones normales pero a medida que aumenta la temperatura el LII disminuye y el LSI aumenta y por lo tanto, el rango de inflamabilidad se hace cada vez mayor.
Por debajo del LII la mezcla es demasiado pobre en combustible para arder, y por encima del LSI la mezcla es demasiado pobre en oxidante.
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3. PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN Los productos que se obtienen de la combustión son:
Llamas.
Calor.
Humos.
Gases.
3.1. LAS LLAMAS Las llamas son el efecto lumínico consecuencia de la reacción de combustión. Pero no siempre que se da una reacción de combustión hay llama, un ejemplo de ello son las brasas. Para que un combustible emita llama en su combustión, este debe estar en estado gaseoso. Cuando el combustible está en estado líquido, este puede pasar a estado gaseoso por el fenómeno de la vaporización. El calor o la energía necesaria para producir ese cambio de estado, proviene de la energía que se desprende en el propio fuego. Cuando el combustible se encuentra en estado sólido, también debe llegar hasta estado gaseoso para que produzca llama en el proceso de combustión. Para explicar este cambio de estado introduciremos el concepto de pirólisis. El color que normalmente muestran las llamas es debido a partículas sólidas formadas principalmente por carbono. Algunos elementos inorgánicos tienen colores muy característicos. Por ejemplo, la presencia de sodio produce llamas de color amarillo-anaranjado, el calcio las produce de color rojo, el cobre y el boro verdes y el potasio violetas.
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TEORÍA DEL FUEGO I
El color de la llama no solo depende del tipo de combustible, sino también de la cantidad de oxígeno presente; de tal forma que si la proporción de oxígeno es elevada, las llamas son oxidantes y de color amarillo muy luminoso. Por el contrario, si la proporción de oxígeno es baja, las llamas se vuelven azules, son reductoras y más energéticas.
En el caso de la combustión de los gases una llama de color naranja o amarilla puede indicar lo contrario, una combustión incompleta. Por ejemplo: Es muy importante vigilar el color de la llama en la combustión del gas natural para evitar accidentes graves. Si la combustión del gas natural se produce de forma correcta, el color de la llama es azul. Sin embargo, si se observa que el color tiene tonalidades amarillas, anaranjadas e incluso rojas, significa que la combustión no se está dando de forma completa y por lo tanto, se está desprendiendo monóxido de carbono. El monóxido de carbono es un gas altamente tóxico que puede producir incluso la muerte.
3.1.1. LLAMAS DE DIFUSIÓN Las llamas de difusión son aquellas que se generan de forma natural cuando se encuentran en un mismo lugar el combustible y el aire, sin mezcla previa. La difusión se define como una mezcla por contacto superficial entre dos volúmenes. Llevando esta definición a las llamas, la difusión sería el momento en el que un gas inflamable se encuentra de forma natural con el oxígeno del aire. La zona donde se produce este fenómeno, zona de reacción, no es muy extensa y es donde se produce la combustión.
Figura 7. Ejemplo de llama de difusión.
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3.1.2. LLAMAS DE PREMEZCLA Este tipo de llamas se producen de forma no natural cuando el combustible o gas inflamable se mezcla con el aire antes de producirse la ignición. En este caso la mezcla de aire y combustible entrarán en combustión solo cuando se encuentren dentro del rango de inflamabilidad. Un ejemplo de este tipo de llamas son las que se producen en un soplete de soldadura o en un mechero Bunsen de laboratorio. Si la mezcla se encuentra dentro del rango de inflamabilidad y aplicamos una chispa o fuente de ignición, arderá. En ese momento, las llamas se propagan rápidamente y se extienden hasta que toda la mezcla se haya inflamado. El avance se produce a medida que la mezcla va ardiendo, aumentando el volumen y empujando el frente de reacción de la llama hacia fuera como si se tratara de un globo hinchándose rápidamente.
3.1.3. PIRÓLISIS El significado etimológico de la palabra pirólisis es “rotura por el fuego”. Podemos definirlo como una descomposición de la materia mediante calentamiento. Y es que la pirólisis es la degradación de la materia sólida a gases debido al calor. No se trata de un cambio de estado, es una degradación de los materiales sólidos a gases. Los enlaces químicos de las moléculas se rompen por el calor y se transforman en otras moléculas más pequeñas, normalmente gaseosas. Como vemos, en el concepto de pirólisis no interviene el oxígeno, por tanto, aún no hay combustión. La materia sólida sometida a elevadas temperaturas sufre una descomposición en vapores y posteriormente serán estos vapores los que puedan arder dando lugar al fenómeno lumínico que son las llamas. Es decir, que para el caso de los materiales sólidos, el paso previo a la combustión es la pirólisis. El combustible sólido se ve sometido a altas temperaturas y va produciendo vapores. Estos vapores posteriormente al reaccionar con el oxígeno es cuando dan la combustión mediante la reacción Redox. Para el caso de los materiales gaseosos la pirólisis no se da ya que, al estar en estado gas, combustionan directamente. Lo mismo para materiales líquidos; elevando la temperatura el líquido se evapora y los gases producidos en la evaporación serán los que den la reacción de combustión.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Debido a que la pirólisis consiste en una ruptura de las moléculas que forman el sólido inicial, los productos que pueden derivarse de ella son diferentes según las condiciones de la reacción (es decir, según la presión, temperatura, etc. tendremos unos productos u otros).
: descomposición química de los combustibles en estado sólido por elevación de la temperatura sin reacción con el oxígeno. Según la Norma UNE-EN ISO 13943. Seguridad contra incendio. Vocabulario (en su última edición de 2012), se define: descomposición química de una sustancia por la acción del calor. Este término se emplea para denominar una etapa del incendio en la que no ha comenzado la combustión con llama. Así mismo, dado que la definición primera indica que se trata de un proceso sin reacción con el oxígeno, debemos aclarar que en el ámbito de incendios, no se realizan suposiciones sobre la presencia o ausencia de oxígeno.
3.2. EL CALOR El calor es la energía calorífica que se desprende de la reacción de combustión, que ya dijimos que se trata de una reacción exotérmica. Según el combustible empleado, este calor desprendido va a ser mayor o menor. Cuanto mayor sea el poder calorífico del combustible, mayor será la energía calorífica producida. En un incendio la temperatura ambiental varía entre los 200 ºC y los 600 ºC, pudiendo verse superada, sobre todo en recintos confinados. Parte de esta energía calorífica o calor producido se liberará y se perderá. Pero otra gran parte se reutiliza en el proceso de combustión produciendo la reacción en cadena.
es una magnitud medible, como todo en física y química. Una de las unidades que mide el calor es la caloría. De allí deriva el término ya que el calor también es una fuente de energía. Por eso, cuando una reacción química desprende calor e interesa medirlo, lo haremos mediante la energía calorífica o calorías desprendidas tras la reacción.
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La propagación del fuego se debe en gran parte al calor. Cuanta mayor es la energía cinética de las moléculas, mayores son los choques que se producen entre ellas y debido a estos choques se despende calor.
3.3. EL HUMO El humo es el conjunto de las partículas de polvo y los gases en suspensión en el aire. Es el producto de una combustión incompleta, por eso quedan partículas sin reaccionar. El color del humo, así como el de la llama, va a ser variable dependiendo principalmente del tipo de combustible. Los efectos dañinos del humo se deben tanto a su posible toxicidad, como a los daños producidos por el calor (pues se encuentra a altas temperaturas), como a los problemas derivados de la falta de visibilidad. El color del humo desprendido en una combustión va a ser un dato significativo que aporta información respecto al tipo desarrollo de la combustión. De forma general para el color del humo se pueden considerar las siguientes indicaciones:
Humo blanco: El humo de este color indicará que arde libremente, además, será la combustión de productos vegetales como piensos o forrajes. Humo gris: Proviene de combustibles como la celulosa o fibras artificiales. Humo negro: En caso de ser negro claro, indicará combustible tipo caucho, mientras que si es negro intenso indica combustible como petróleo o fibras acrílicas. Además, siempre que aparezca humo negro indica que hay falta de oxígeno en la combustión. Humo amarillo: presencia de gases tóxicos, es decir, provienen de sustancias que contengan azufre, ácido clorhídrico y nítrico.
3.4. LOS GASES Los gases son el producto más nocivo de la combustión. Estos gases, suelen ser tóxicos y asfixiantes. Cuando se produce una combustión incompleta, los gases producto de la combustión aún pueden seguir siendo oxidados (esto es, son combustibles) lo cual va a favorecer la propagación del incendio; además serán gases asfixiantes. El principal gas letal en los incendios es el monóxido de carbono, que procede de una combustión incompleta del carbono.
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TEORÍA DEL FUEGO I
A continuación se presentan algunos de los principales gases nocivos producto de la combustión:
Monóxido de carbono: CO. Es un gas que aparece en todas las combustiones, siendo incoloro, inodoro e insípido, proveniente de combustibles orgánicos. Aparece en las combustiones incompletas, es decir, cuando el combustible podría seguir oxidándose, pero por falta de oxígeno, no puede hacerlo.
Dióxido de carbono: CO2. Es un gas asfixiante. En la línea de lo explicado para el CO, aparece cuando hay combustibles orgánicos, pero la combustión ha sido completa, es decir, en ambientes donde no ha habido carencia de Oxígeno para la combustión.
Dióxido de azufre: SO 2. Es un gas irritante. Aparece cuando tenemos combustibles orgánicos que contengan azufre y además se formará siempre en combustiones completas, es decir, sin falta de oxígeno.
Ácido cianhídrico: HCN. Se caracteriza porque cuando se forma puede oler levemente a almendras amargas. Aparecerá siempre que en la combustión tengamos combustibles plásticos, nylon, papel, caucho….
Cloruro de carbonilo / Fosgeno: COCl 2. Es un gas insípido e incoloro. Se producirá en las combustiones con productos clorados, por ejemplo PVC. Es muy tóxico.
Ácido sulfhídrico/ sulfuro de hidrógeno: SH 2. Posee un olor característico a “huevos podridos” y es incoloro. Se desprende en las combustiones incompletas de productos que contengan azufre tales como el caucho o en sustancias en proceso de descomposición.
Amoníaco: NH3. Gas con un olor intenso y desagradable, siendo altamente irritante. Proviene de combustiones en las que intervengan combustibles con nitrógeno en su composición. Por ejemplo, lanas, productos agrarios, polímeros, etc.
Acroleína: C3H4O. Es un gas irritante, llegando a ser mortal a altas concentraciones. Se desprende en la combustión de productos petrolíferos y celulósicos.
Ácido fluorhídrico: HF. Altamente tóxico por inhalación. Presente en las industrias de vidrio y petrolíferas. Se deriva de productos con flúor en su composición.
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Ácido clorhídrico: HCl. Es un gas corrosivo que puede formase en la combustión de ciertos plásticos, sobretodo del PVC.
Monóxido de nitrógeno: NO. Surge en las combustiones de gasolinas y derivados del petróleo en general. En los incendios forestales también se producen emisiones de NO y NO2 así como en la quema de pastos.
Dióxido de nitrógeno: NO2. Es un gas de color marrón-rojizo muy tóxico. El NO y NO 2 suelen ir acompañados, desprendiéndose en las combustiones de celulosas, nitratos y aquellas en las que el ácido nítrico esté presente.
Lo que hace que una reacción de combustión sea es el desprendimiento de energía que se obtiene cuando se da la combustión. Pero hay que tener en cuenta que no toda la energía calorífica desprendida es utilizada y que además, hemos tenido que invertir una energía de activación inicial. Por supuesto, esta inversión inicial se ve recuperada finalmente cuando la reacción es exotérmica.
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TEORÍA DEL FUEGO I
4. TIPOS DE COMBUSTIÓN Hasta aquí se ha estudiado la combustión de forma genérica, sus componentes y sus productos. El fuego es una reacción de combustión, pero no todo fuego es un incendio. Un incendio es un fuego incontrolado. A continuación vamos a hacer una clasificación de los tipos de combustión.
4.1. COMBUSTIÓN INCANDESCENTE Es la combustión en la que no hay presencia de llamas. Como ya hemos visto, las llamas solo son producto de la combustión de gases. Un ejemplo claro de la combustión incandescente son las brasas o las ascuas de una hoguera. Como hemos indicado, la combustión incandescente se realiza sin llama pero sí con emisión de luz.
4.2. COMBUSTIÓN CON LLAMAS Esta es la combustión típica, aquella en la que observamos las llamas del fuego. Como ya conocemos, la llama es el efecto lumínico producto de la combustión de los gases.
4.3. COMBUSTIÓN ESPONTÁNEA Este tipo de combustión aparece cuando no hay un primer aporte exterior de energía de activación, sino que la temperatura ambiente resulta suficiente para hacer comenzar la reacción de combustión.
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Ejemplo de combustión espontánea son los fuegos que se producen en vertederos, en silos o en bodegas.
Según la Norma UNE-EN ISO 13943. Seguridad contra incendio. Vocabulario (en su última edición de 2012), el término “combustión espontánea está desaconsejado siendo más correcto hablar de autoignición o ignición espontánea.
4.4. COMBUSTIÓN INCOMPLETA Este tipo de combustión tiene lugar cuando se ha iniciado un fuego pero en un cierto punto se consume todo el aire disponible y no queda oxígeno libre que pueda seguir produciendo la combustión. Se obtienen unos productos de la combustión que aún no están totalmente oxidados, el principal es el monóxido de carbono (CO); estos productos están ávidos por encontrar oxígeno que termine la combustión, de ahí su peligro. El ejemplo típico de esta combustión es el que se da cuando se inicia un incendio normal en una habitación cerrada y en un determinado momento ya se ha consumido todo el oxígeno de la habitación y se está en situación de combustión incompleta. Por el contrario estaríamos hablando de combustión completa cuando todos los productos de la combustión se oxidan completamente. Es decir, cuando el agente oxidante (que en el caso de un incendio normalmente es el oxígeno) oxida todo el carbono convirtiéndose en dióxido de carbono, todo el hidrógeno se convierte en agua y el resto de elementos distintos al carbono, oxígeno e hidrógeno se convierten en los productos más estables en sus estados normalizados a 298 K.
4.5.
FLASH-OVER
Este es el nombre sajón con el que se conoce a la combustión súbita generalizada (CSG). Este fenómeno habitualmente es el paso siguiente al crecimiento del incendio y se produce en ambientes o habitaciones confinadas.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Figura 8. Evolución de un incendio.
Imaginemos una habitación cerrada o casi cerrada en la que todos sus elementos están ardiendo a temperaturas muy elevadas. Al permanecer la habitación cerrada, no hay un aporte de oxígeno suficiente por lo que se produce una combustión incompleta. Si de repente dejamos entrar aire al abrir una puerta o una ventana, todos los elementos de la habitación arderán instantáneamente y de forma violenta. Por lo tanto, en estas situaciones puede darse inicialmente el Flash-over o combustión súbita generalizada y el Backdraft , que veremos más adelante. En el momento en el que el desarrollo del incendio produce una aportación continua de calor y en consecuencia, la temperatura de la capa de humos del techo aumenta, se dan las circunstancias ideales para que se produzca el Flash-over . El Flash-over es un fenómeno complejo y difícil de definir, aunque algunos autores lo han conseguido indicando que: “El Flash-over es un fenómeno físico-químico en el que se produce un aumento repentino de la velocidad de propagación de un incendio confinado como consecuencia de la combustión súbita generalizada (CSG) de los gases calientes que se acumulan bajo el techo y la inflamación de los materiales combustibles (muebles, cortinas, etc.)”
En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Flash-over como: “La transición a un estado de participación de la superficie total en un incendio de materiales combustibles dentro de una envolvente.” Se traduce como Combustión súbita generalizada.
Para que se dé el fenómeno del Flash-over, como hemos indicado , se deben contemplar unas condiciones concretas que vemos a continuación.
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4.5.1. CONDICIONES PARA EL F LASH - OVER Existen principalmente tres condiciones para que se desarrolle el Flash-over. Según las condiciones de cada incendio, puede variar la violencia con la que se da este fenómeno:
Punto del rango de inflamabilidad en el que se produce el Flash-over. Como se ha explicado anteriormente, el rango de inflamabilidad es el intervalo de concentraciones que deben existir entre combustible y comburente para que haya combustión y depende de la temperatura y la presión. Si nos encontramos cerca del límite inferior de inflamabilidad puede, en ocasiones, ser suficiente para que la mezcla se inflame. En el caso del límite superior, el aporte de oxígeno es menor y se desprende un humo negro con movimientos ondulantes aunque igualmente podría darse la combustión. En conclusión, el Flash-over se desarrollará más rápidamente cuanto más cerca nos encontremos del punto del rango en el que la mezcla de combustible y comburente sea la idónea. Por el contrario, se desarrollará lentamente cuanto más nos aproximemos a los límites inferior y superior.
Energía de los gases producidos y su capacidad para regenerarse. Un alto contenido energético de los gases incrementa la intensidad del Flash-over en el punto de la mezcla ideal. Los gases calientes y el techo de la habitación incendiada emiten radiación hacia abajo que provoca un aumento de la temperatura de las superficies combustibles. Una vez alcanzada una cierta temperatura, estas superficies combustibles comienzan a liberar sustancias volátiles inflamables como consecuencia de la pirólisis que sufren.
Aporte de oxígeno en el recinto. El aporte de gases y aire al recinto determina la duración y repetición de un Flash-over . Según este aporte tenemos:
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Combustiones sin o bajo aporte de aire: en este caso el Flashover consume enseguida el poco oxígeno que existe en el aire y en consecuencia su duración es corta. Igualmente ocurriría en recintos con pocos materiales combustibles y/o techos incombustibles. Tras el Flash-over, el fuego decae y se limita a la zona real del incendio. Con un aporte amplio de aire: las repeticiones en este caso pueden ser periódicas, produciendo un fuego a impulsos, dependiendo de las variaciones de temperatura.
TEORÍA DEL FUEGO I
Con un gran suministro de aire: el Flash-over puede durar con persistencia, produciendo un incendio con gran desarrollo de fuego y calor en el recinto, situación que se caracteriza porque las llamas arden insistentemente en las aberturas del recinto (ventanas, puertas, etc.), a la vez que succionan aire por las partes bajas (rendijas, grietas, agujeros, etc.) y expulsan gases ardiendo por los puntos altos al exterior.
Realiza el siguiente ejercicio. Completa la siguiente frase que resume lo que acabamos de ver.. Las condiciones para que se desarrolle el Flash-over son el __________ 1, el __________ 2 y el __________ 3. En los límites del rango de inflamabilidad, el Flash-over se desarrolla __________ 4. Un alto contenido energético de los gases en el punto de la mezcla ideal __________ 5 la intensidad del Flash-over . Con un __________ 6 suministro de aire, el Flash-over puede durar con persistencia. 1 2
Punto del rango de inflamabilidad. Contenido energético de los gases. 3 Suministro de aire. 4 Lentamente. 5 Aumenta. 6 Gran.
4.5.2. FUENTES DE IGNICIÓN Existen tres tipos de fuentes que pueden dar lugar a un Flash-over :
Ignición abierta: la mezcla de gases y la fuente de ignición están en contacto directo; no hay nada entre ellos. Un ejemplo de este tipo de ignición sería un escape de gas con presencia de una llama cercana en una habitación con fuego. Ignición oculta: la mezcla de gases y la fuente de ignición no tienen un contacto directo, un elemento se interpone entre ellos. Sería el caso de una pared o un mueble. Ignición intermitente: en este caso existe una intermitencia de la fuente de ignición como puede ser la producida por la chispa de un interruptor o la conexión de un frigorífico. En este caso la combustión súbita que se genera tiene más posibilidades de acercarse a la mezcla ideal por lo que será más violenta.
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4.5.3. TIPOS DE FLASH-OVER Resulta difícil hacer una clasificación de los distintos tipos de Flash-over pero se pueden llegar a distinguir los siguientes (según la escuela sueca que veremos más adelante):
Flash-over pobre. El fuego generalmente se inicia en las partes bajas de
una habitación, este fuego inicial genera gases no quemados que se elevan y van reuniéndose en el techo. Estos gases a medida que aumenta la temperatura y su concentración, se acercan a su rango de inflamabilidad. Alcanzado el LII, el propio fuego actúa como fuente de ignición e incendia la mezcla de gases de forma instantánea. Suele durar entre 15 y 20 segundos y se produce al inicio del incendio. Las temperaturas alcanzadas son alrededor de 600 a 700 ºC y el aumento de la presión es pequeño. Una vez producido el Flash-over , este consume el oxígeno existente en la habitación, baja la intensidad de la combustión y aumenta la concentración de la mezcla de gases pasando a ser una mezcla rica, por lo que si no existe un suministro de aire el incendio pasará a una fase de latencia.
Flash-over rico. Este se produce cuando estando en presencia de una
mezcla de gases por encima de su límite superior de inflamabilidad, por alguna causa la concentración baja y entra dentro de su rango de inflamabilidad, generalmente debido a una entrada de aire fresco. Aunque menos probable, también puede ser por un elevado aumento de la temperatura. Los resultados de este Flash-over es el incendio generalizado y con un fuerte desarrollo en toda la habitación generando gran cantidad de calor y gases de fuego.
Flash-over rico demorado.
En este tipo se produce un retraso en la ignición de la mezcla debido a que dicha mezcla va bajando desde el LSI hasta llegar al punto óptimo o alrededores donde se produce el Flash-over . En este punto se produce una fuerte explosión con un elevado incremento de la temperatura y la presión. El Flash-over rico demorado se da en pocas ocasiones.
Flash-over rico y caliente. Cuando los gases del fuego llegan a su punto
de autoignición, no es necesaria ninguna fuente externa de ignición; al contacto con el aire se autoinflamarán. Su aspecto exterior es la visión de fuertes llamas brillantes saliendo del recinto, generalmente en las aberturas (puertas, ventanas) donde, inicialmente, hacen contacto los gases con el aire fresco. Posteriormente, las llamas avanzan hacia el interior hasta convertirse en un fuego de habitación completamente desarrollado.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Este tipo de Flash-over no es difícil de tratar; por ejemplo, puede utilizarse un extintor en el primer momento en la entrada de la puerta o ventana, cerrarlas y esperar a tener preparado el ataque con el agua.
4.5.4. SEÑALES DEL F LASH -O VER Antes de producirse el Flash-over aparecen una serie de señales que pueden hacer prever su desarrollo más o menos inmediato. Se pueden dar todas a la vez o bien, en una combinación de ellas. Dependiendo de que el recinto esté abierto o no, estas señales son:
En recintos abiertos:
Fuego intenso con gran desprendimiento de calor.
Humo blanquecino de color brillante.
Las llamas van creciendo hasta el techo y avanzan por el mismo con un movimiento similar al de una serpiente. El frente de las llamas se va desarrollando por el techo de forma discontinua. El agua se evapora con gran rapidez. Desprendimiento de vapores de materiales situados lejos del foco de incendio.
En recintos cerrados:
Desprendimiento de humo de color gris oscuro y denso, con gran contenido de hollín. Desprendimiento de calor en puertas, ventanas, etc. Vibraciones u oscilaciones de cristales y ventanas que en ocasiones llegan a romperse. Salida de humos y gases por las partes altas de las grietas de las ventanas y las puertas. No hay apariencia de llamas en el interior.
4.5.5. EJEMPLOS DE F LASH -O VER Vamos a ver algunos ejemplos reales que pueden darse.
Habitaciones de viviendas: Inicialmente, el fuego en una habitación va ardiendo lentamente y al cabo de unos minutos existe una concentración de gases del fuego en la parte superior de la habitación que produce el desarrollo del Flash-over pobre. Este Flash-over pobre se extingue al cabo de un minuto debido a la falta de oxígeno. Pero el
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aumento gradual de temperatura combinado con el efecto de "respiración" del fuego conduce a una situación crítica después de 5-15 minutos, produciendo entonces un efecto de vibración en las ventanas y cristales. Si se produce la ruptura de una ventana o alguien abre una puerta, la entrada de aire fresco producirá un Flash-over rico, generando un incendio muy desarrollado en toda la habitación. La única forma de evitarse es si se extingue el foco de incendio inicial. En ocasiones se da por el tipo de material combustible que no puede arder lentamente.
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Grandes recintos: En este caso, la principal diferencia es el volumen del la habitación. El fuego inicialmente es pequeño en relación con el recinto; así, ni el humo ni la temperatura son particularmente notables. En este caso, la concentración de Oxigeno cae muy lentamente. Cada fase en el desarrollo del fuego es mucho más lenta. Estos recintos generalmente tienen mayores aberturas y están mejor ventilados. Por lo tanto, la producción de un Flash-over pobre dura más tiempo y generalmente la transición a mezclas ricas no se produce. Por ello es común en estos tipos de incendios encontrar fuegos muy intensos, caracterizados por gases de fuegos en la parte baja del recinto, intensos humos negros y con dificultad en encontrar los focos de ignición. Habitaciones cerradas con fuego latente: Solamente en habitaciones pequeñas dentro de locales más grandes puede darse la transición a una mezcla rica, aunque ocasionalmente pueda darse, en grandes locales, un fuego latente, como en sótanos, bodegas de barco, almacenes mal ventilados. En estos casos corremos el riesgo de que al efectuar la ventilación provoquemos el desarrollo de un Flash-over gradualmente más intenso a medida que la ventilación sea más forzada. Aunque normalmente no resulta ser de gran violencia, dificulta el trabajo de la extinción y provoca mayores daños. Habitaciones colindantes al fuego: Dependiendo de la situación con respecto a la habitación donde se produce el fuego, podemos tener distintos casos. Después de alcanzar el Flash-over pobre en la habitación incendiada la concentración de gases dentro es inflamable. En las habitaciones colindantes también aumentarán estos gases pudiéndose alcanzar finalmente cualquier nivel dentro del rango de inflamabilidad o fuera de él. Estos Flash-over "laterales" son el principal mecanismo de extensión del fuego dentro de las casas. El método más útil y eficaz para contrarrestarlos es con una rápida ventilación de las habitaciones amenazadas. Si finalmente no se logra evitar el paso de los gases o de las llamas, se puede generar una mezcla de gases que puede resultar peligrosa. El accionamiento de un interruptor, en estos casos, puede producir una fuerte explosión del gas de fuego llegando incluso a reventar paredes por la onda de expansión.
TEORÍA DEL FUEGO I
4.6. EXPLOSIÓN DE GASES O BACKDRAFT Es una variedad del Flash-over (según la escuela sueca) que se define como una explosión de considerable violencia que se puede producir en recintos que contienen o han contenido fuego y en los que existe una acumulación de humos combustibles susceptibles de sufrir nuevas reacciones de combustión. El fenómeno es parecido al Flash-over (de nuevo, según la escuela sueca) pero en este caso hablamos de que son los materiales combustibles los que entran en combustión prácticamente instantánea, mientras que en el Backdraft lo que entra en combustión son los humos y gases combustibles que hasta ese momento han sufrido combustiones incompletas y que con la apertura de una nueva vía de ventilación explosionan violentamente. Afortunadamente el Backdraft no suele darse con frecuencia.
Los efectos del y son prácticamente similares y su aparición tiene consecuencias muy graves para las personas que están extinguiendo el incendio revisando los recintos siniestrados. En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Backdraft como: Combustión con llama rápida causada por la introducción repentina de aire en un espacio confinado deficiente en oxígeno que contiene productos calientes de la combustión incompleta. Se traduce por el término “contracorriente”.
El término Backdraft proviene del inglés americano, sin embargo en Inglaterra suele denominarse a este fenómeno Backdraught , que en castellano lo traducimos por ‘explosión de humo’.
4.6.1. CONDICIONES PARA EL B ACKDRAFT El Backdraft o Backdraught requiere un conjunto de factores para su desarrollo:
La existencia de una mezcla rica de gases. La existencia de una fuente de ignición a una gran distancia u oculta y que resulte efectiva en un determinado momento.
El proceso es el mismo que en un Flash-over rico, pero con la diferencia de que todo el gas se mezcla con el aire antes de la ignición.
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Se produce entonces una explosión de gas de fuego con un elevado aumento de la presión y la temperatura. La onda de presión producida destruye puertas y ventanas e incluso también produce daños en la estructura del edificio. Desde fuera se reconoce por un ruido sordo seguido de un silbido y a continuación el estallido de cristales, puertas, ventanas.
4.6.2. PRECAUCIONES ANTE EL B ACKDRAFT En los casos de peligro en los que se sospeche que puede ocurrir una explosión, deberemos delimitar la zona de riesgo. Para ello, nos podemos valer de detectores de gases que pueden determinar su concentración. No se debe hacer ningún tipo de fuego ni encender interruptores, ni aparatos que produzcan chispa. Los recipientes de líquidos o gases que se supongan susceptibles de explosión se deben rociar con agua pulverizada todo el tiempo. Se debe cerrar la llave de paso general del gas del lugar del siniestro.
4.6.3. PLANO NEUTRO DEL INCENDIO Cuando se produce un incendio en una habitación cerrada, se forman unos gradientes o diferencias de presión en su interior. Principalmente se diferencian dos zonas:
Parte superior de la habitación: cuando el fuego se encuentra desarrollado en la habitación, se crea una sobrepresión o presión positiva en las zonas altas de la habitación como consecuencia de la acumulación de gases. Parte inferior de la habitación: en las zonas más bajas de la habitación se produce una depresión o presiones negativas.
En la zona intermedia o interfase, entre la sobrepresión y la depresión, es donde se sitúa el plano neutro. En este plano es donde podemos diferenciar la zona inundada de humos de la zona limpia de gases. Dependiendo de la etapa en la que se encuentre el incendio las zonas de presión varían de tamaño y en consecuencia, el plano neutro va desplazándose de arriba a abajo hasta crear una sobrepresión en toda la habitación.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Figura 9. Variaciones de presión.
4.7. TIPOS DE FLASHOVER Y BACKDRAFT SEGÚN LAS ESCUELAS INGLESA Y SUECA A lo largo de los epígrafes anteriores hemos ido describiendo los fenómenos del flashover y backdraft según las teorías más generalizas. Ahora bien, debemos hacer hincapié en diferenciar entre las teorías propuestas por dos escuelas, la escuela inglesa y la sueca. El flashover , tal y como se ha explicado en el temario, se define como una combustión súbita generalizada y es el paso siguiente al crecimiento del incendio. Cuando se produce un incendio en un lugar cerrado o confinado, como producto de todas las combustiones que se producen, se obtiene una gran cantidad de energía (en forma de calor) y otros productos tales como el humo y los gases. Como hemos ido explicando, debido a que nos encontramos en un espacio cerrado, estos productos no tienen la posibilidad de disiparse y por lo tanto se acumulan peligrosamente en la habitación creándose, en consecuencia, sobrepresiones. Una vez alcanzada esta situación tan crítica del incendio, podemos tener dos posibilidades: 1. Si nos encontramos en una habitación con suficiente material combustible (muebles, cortinas, etc), todo este material arderá súbitamente y en consecuencia se produce un incendio generalizado por toda la habitación.
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2. Por el contrario, si en la habitación no se dispone de suficiente comburente (oxígeno) el fuego puede llegar a apagarse. Pero la acumulación de los gases producidos hasta ese momento resultan igualmente o más peligrosos que en el caso anterior ya que ante la entrada repentina de aire el fuego se reaviva acompañado de una fuerte explosión de los gases acumulados ( backdraft ). Ante estos fenómenos, debemos, científicamente, elaborar un modelo teórico que los explique para ayudarnos a comprenderlos y en definitiva, a predecir lo que va a ocurrir y actuar en consecuencia para extinguir el incendio eficazmente. Por ello, surgieron dos escuelas que explican dicho fenómeno, la inglesa y la sueca y que explicaremos a continuación.
4.7.1. ESCUELA INGLESA La teoría desarrollada por la escuela inglesa sería: Inicialmente, la ignición de un material combustible se produce sin llamas. Esta ignición puede durar segundos o más tiempo dependiendo de la naturaleza del combustible. Una vez producida la ignición, el material combustible comienza a arder produciendo llamas y humo. En ese punto, el incendio irá avanzando hasta generar una gran cantidad de energía que se encuentra confinada entre las paredes de la habitación. Además, los humos y los gases generados durante la combustión que se encuentran muy calientes, se acumularán en el techo de la habitación. Dependiendo en este momento de la cantidad presente en la habitación de comburente (oxígeno), el incendio evolucionará de una forma u otra. Por un lado, si existe oxígeno suficiente en la habitación el incendio entra en una fase que denominan “dependiente del combustible” y en este momento el incendio se dirige hacia el Flashover o combustión súbita generalizada de los gases y combustibles en el interior de la habitación. El Flashover se produce como consecuencia de que no es posible disipar el calor producido en el incendio. Los gases y los humos se acumulan en el techo, creando sobrepresiones, se eleva la temperatura y en consecuencia, la radiación generada hace que los materiales combustibles alcancen fácilmente la temperatura de autoignición. Todos los materiales entran en combustión de forma repentina y simultáneamente. Por otro lado, si la cantidad de oxígeno presente no es suficiente para que se mantenga la combustión, la evolución del incendio dependerá de la ventilación de la habitación.
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Si la proporción de oxígeno es inferior al 15%, se produce una mayor cantidad de humos y gases en la combustión debido a que nos encontramos ante una deficiencia de oxígeno. En este caso, las combustiones son incompletas y se producen gases peligrosos como el monóxido de carbono (CO). Las llamas se apagan y los gases productos de una combustión incompleta se quedan acumulados en la habitación. En esta fase, la habitación se encuentra llena de humo denso pero al no haber producción de más calor se crea una depresión (la presión disminuye) con respecto al exterior de la habitación. Esta depresión se puede observar por el hecho de que el humo es aspirado hacia el interior de la habitación. En este punto existe un riesgo muy alto de producirse lo que se ha llamado Backdraft (explosión de humo) si entra aire repentinamente en la habitación (por ejemplo, al romperse una ventana). En conclusión, para la escuela inglesa:
El flashover y el backdraft son dos fenómenos distintos. El flashover se produce como consecuencia de la acumulación de una gran cantidad de energía que hace que se alcance el punto de autoignición súbitamente. El backdraft se produce como consecuencia de la explosión de los humos y los gases generados en la combustión que inicialmente se encuentran fuera del rango de inflamabilidad pero que con una entrada repentina de oxígeno vuelven a estar “alimentados”.
4.7.2. ESCUELA SUECA La principal diferencia entre la escuela inglesa y la sueca es que la esta apenas diferencia entre el Flashover y el Backdraft . En esta teoría, siempre se produce la explosión de los productos materiales de la combustión. Eso sí, debe cumplirse además que tanto comburente como combustible se encuentren dentro del rango de inflamabilidad y que exista un foco de ignición. Así, en el modelo sueco los gases producidos son los que con un foco de ignición explotan y dependiendo de si se encuentran dentro o fuera del rango la teoría los clasifican en flashover rico o pobre y en demorado o caliente según el momento de la ignición. En conclusión, en la escuela sueca: 1. Se considera que no hay diferencia entre Flashover y Backdraft , ambas son explosiones de humo y se considera que el Backdraft es un tipo especial de Flashover .
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2. Los productos de la combustión (los gases calientes, humos, etc.) son los que provocan el desarrollo del flashover . En definitiva, la explicación de la escuela inglesa es la más extendida pero hay que tener en cuenta ambas teorías y saber diferenciarlas.
4.8.
ROLL-OVER
El Roll-over o Flame-over (gases susceptibles de inflamarse) es un fenómeno caracterizado por la propagación de las llamas a través del techo del recinto. Es decir, las llamas producidas por los gases recorren el techo con movimientos ondulatorios. El Flame-over a diferencia del Flash-over se produce en los gases que recorren las partes superiores y no en las superficies del interior del recinto. Las llamas aparecerán en las capas donde se haya alcanzado el punto de combustión. El calor generado no se transmite a los niveles inferiores del recinto. La salida de los gases por las rendijas de las puertas hacia otras habitaciones también pueden presentar el fenómeno de Flame-over, ya que se encuentran con aire fresco a temperaturas muy altas. Los tipos de combustión que acabamos de ver (Combustión incandescente, con llamas, espontánea, incompleta, Flash-over, Backdraft, Rollover , etc.) son procesos que en realidad describen las diferentes etapas por las que puede pasar un incendio. El hecho de que se desarrollen o no dependerá de las características de la habitación, de los materiales combustibles y de su localización.
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TEORÍA DEL FUEGO I
5. TIPOS DE FUEGO Se puede hacer multitud de clasificaciones de los fuegos según el criterio que decidamos. Cada clasificación puede tener una utilidad diferente de otra; así, la clasificación según el tipo de combustible nos ayudará a tomar decisiones sobre cómo extinguirlo, mientras que otras clasificaciones pueden tener un mayor valor estadístico. A continuación, un resumen de las clasificaciones que se van a presentar en este apartado.
Figura 10. Clasificación del fuego
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5.1. POR EL TAMAÑO Es una tabla orientativa que presenta una graduación de los incendios según la extensión afectada. A destacar que por encima de 10 m 2 de superficie en llamas el incendio ya se considera “grande” (grado III), y si es mayor de los 100 m 2, el incendio es considerado como “de envergadura” (grados IV a X). Es muy útil sobre todo para la clasificación en los incendios forestales. Tabla 5. Clasificación de los incendios por su extensión. GRADO
Superficie en llamas
Denominación
I
menos de 4 m2
Pequeño
2
2
II
de 4 m a 10 m
Mediano
III
de 10 m2 a 100 m2
Grande
IV
de 100 m2 a 1000 m2
De envergadura
V
de 1.000 m2 a 5.000m2
De envergadura
VI
de 5.000 m2 a 10.000 m2
De envergadura
VII
de 1 a 5 y de 5 a 25 Ha
De envergadura
VIII
de 25 a 100 Ha
De envergadura
IX
de 100 a 500 Ha
De envergadura
X
más de 500 Ha
De envergadura
5.2. POR LA DISPOSICIÓN DEL COMBUSTIBLE Según la disposición del combustible que alimenta el fuego, podemos distinguir entre:
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Fuego plano u horizontal: es el incendio en el que la dimensión mayor es la horizontal. Un ejemplo de este tipo de fuego sería un incendio forestal en los que resulta posible ver toda la superficie en combustión. Fuego vertical: es el fuego que predomina en altura. En este tipo resulta difícil localizar los focos debido al propio material combustible. Fuego alimentado: es el fuego en el que existe un depósito anexo que no se ve afectado por el incendio pero que sigue alimentando de combustible a este. Se produce normalmente con combustibles líquidos y gaseosos. Un ejemplo de este tipo de fuego puede ser el producido en una cocina de butano en la que la bombona actúa de depósito anexo que va alimentando poco a poco el fuego.
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5.3. POR EL TIPO DE COMBUSTIBLE Es la clasificación más importante ya que es la que se tiene en cuenta para etiquetar a los agentes extintores.
Tipo A: son los fuegos sobre sólidos normalmente de tipo orgánico. Se desarrollan por ejemplo en papeles, maderas, fibras textiles, malezas, etc. Tipo B: comprende a los fuegos que se desarrollan sobre combustibles líquidos o sólidos con bajo punto de fusión, como los derivados del petróleo, que se licuan pronto por efecto del calor. Tipo C: son los incendios de gases. Ejemplos son el butano o el gas ciudad, etc. Tipo D: son aquellos fuegos que se desarrollan sobre metales combustibles que se encuentran en forma de viruta o pulverizados. En estas combustiones se generan elevadas temperaturas (del orden de los 3.000 °C), lo que nos obliga a usar agentes extintores especiales, que mantengan sus propiedades a esas temperaturas. La extinción de estos incendios va a implicar estrategias más complicadas. Ejemplos de este tipo son los polvos de metales como magnesio, sodio, titanio...
Se puede encontrar otro apartado dentro de esta clasificación, que es la de los incendios Tipo E (incendios que involucran riesgos eléctricos). Esta clase la incluye la clasificación americana, pero en España no está reconocida esta clase. Esta categoría incluía todos los incendios que tenían que ver con la electricidad. Tiene lógica su eliminación de la clasificación puesto que la electricidad no es un “tipo de material” y al eliminar la corriente eléctrica del incendio, este pasa a clasificarse como uno de los otros cuatro tipos. Desde noviembre de 2005, aparece en la Norma UNE-EN 2:1994 y su modificación UNE-EN 2:1994/A1:2005, una nueva clasificación:
Tipo F: son los fuegos derivados de la utilización de ingredientes para cocinar (aceites y grasas vegetales o animales), en los aparatos de cocina. Las grasas y aceites que se emplean en la cocina alcanzan unas temperaturas muy elevadas cuando entran en combustión. En los incendios producidos por estas sustancias no puede emplearse agua ni un agente extintor cualquiera. Por ello, se fabrican extintores especialmente indicados para este tipo de fuego.
Es muy importante que sepas diferenciar que pueden darse , ya que se debe aplicar a cada tipo de fuego un agente extintor concreto y necesitaremos esta información.
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5.4. POR LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN Según lo rápida que suceda la reacción de combustión, tendremos un tipo de fuego u otro. Incluso podemos tener reacciones de combustión lentas que no den lugar a la radiación lumínica propia del fuego; por ello, en rigor esta clasificación es más bien una clasificación de los tipos de oxidación y no estrictamente del tipo de fuego. La velocidad mide lo rápido que avanza el frente de reacción, que es la línea imaginaria que separa las sustancias que han reaccionado en la combustión de las que todavía no lo han hecho.
Por tanto, la velocidad del frente de reacción será la velocidad con la que avanza ese frente. No olvides que las combustiones son reacciones de oxidación por lo que si clasificamos las reacciones de oxidación según la velocidad de avance del frente de reacción tendremos una clasificación en la que las combustiones estarán en segundo lugar por su velocidad:
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Oxidación. Son las reacciones de oxidación lentas en el tiempo. Como ejemplos característicos valen el hierro a la intemperie que se cubre de óxido precisamente o también el ejemplo de la manzana que se queda fuera del frigorífico y se cubre de una capa oscura al oxidarse. Estas oxidaciones no son reacciones que provoquen un incendio ni mucho menos, ya que su velocidad es demasiado lenta como para ello. Recuerda, que aquí estamos clasificando las velocidades de las reacciones de oxidación por lo tanto, este tipo de oxidaciones que te acabamos de mostrar como ejemplos serían oxidaciones lentas.
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En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Oxidación como: “Reacción química en la cual se incrementa la proporción de oxígeno u otro elemento electronegativo en una sustancia”. Esta definición está acotada al tema que estamos tratando ya que química la definición de oxidante es mucho más amplia.
Combustión. Son las oxidaciones cuyo frente de reacción tiene una velocidad inferior a 1 m/s. Son, por tanto, los incendios normalmente apreciables a simple vista. En estos casos la velocidad del frente de reacción es un poco mayor que en el caso anterior de las oxidaciones normales.
En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Combustión como: “Reacción exotérmica de una sustancia con agente oxidante que generalmente emite efluentes de incendio acompañados por llama y/o incandescencia”.
Explosiones. En este tipo de combustión, el frente de reacción avanza a gran velocidad produciendo sobrepresiones que pueden tener efectos catastróficos. Es decir, en las explosiones, la velocidad de la reacción es muy alta, lo que provoca también un aumento repentino de la presión.
En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Explosión como: “Expansión brusca del gas que puede producirse a partir de una oxidación rápida o reacción de descomposición, con o sin un incremento de temperatura.”
Se distinguen dos tipos de explosiones según que la velocidad del frente de reacción supere o no a la del sonido:
Deflagración. Son aquellas combustiones en las que la velocidad del frente de reacción es superior a 1 m/s pero inferior a la velocidad del sonido en el medio en que se producen. Aparecen entonces los fenómenos de sobrepresiones, creándose un frente de presiones, como consecuencia de la generación de gases y de las temperaturas alcanzadas en la reacción.
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La velocidad del frente de presiones es mayor que la del frente de reacción y mayor que la velocidad de las llamas. Si no se permite liberación de las sobrepresiones, la deflagración pasaría a ser detonación. Casi todas las explosiones suelen ser deflagraciones, ya que se suele romper algún cristal, tabique, etc. que permite la evacuación de la presión de forma natural. Ejemplo: gas en cocina, gasolina en mecheros, pólvora, etc.
En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Deflagración como: “Onda de combustión que se propaga a velocidad subsónica”. Dentro de un medio gaseoso, la deflagración es lo mismo que una llama.
Detonación. Instantánea. La velocidad del frente de reacción es superior a la velocidad del sonido en el medio. Suele ir acompañada de fuego. En estos casos, el frente de reacción va a la misma velocidad que el frente de presiones y lo que ocurre es que el frente de presiones proporciona la energía de activación necesaria a los productos de la reacción. Ejemplos: dinamita, goma 2…
En la norma UNE-EN ISO 13943, se define Detonación como: “Reacción caracterizada por una onda de choque que se propaga a una velocidad mayor que la velocidad local del sonido en el material que no ha reaccionado.
5.5. OTROS TIPOS DE EXPLOSIONES Introducimos aquí unas referencias a otros tipos de explosiones que existen y que son también muy importantes conocer para obtener conocimientos y aplicarlos en las labores de extinción. A continuación presentamos las explosiones tipo BLEVE y BOIL-OVER.
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5.5.1. CONSIDERACIONES COMUNES Estas explosiones son totalmente ajenas al fuego. Su origen está en fenómenos físicos, y no producidas por reacciones químicas como en el caso de las combustiones. Tanto para los fenómenos bleve como para boil-over la fuerza expansiva proviene del enorme aumento de presiones que produce la vaporización instantánea de un líquido o gas licuado. Todos los líquidos al evaporarse, es decir, al hervir y convertirse en vapor, aumentan su volumen. Este aumento va desde 50 a 1.700 veces el volumen original. Normalmente la evaporación o ebullición se debe a un aumento de temperatura, pero puede haber casos en los que no sea así. En los líquidos, la temperatura de ebullición, es decir, la temperatura a la que ese líquido hierve, aumenta con la presión. Esto implicará que, sí tenemos un líquido y queremos que se vaporice, si además de aumentar la temperatura para alcanzar el punto de ebullición, aumento la presión, la temperatura a la que hervirá será mucho mayor, por tanto permanecerá como líquido en un rango de temperaturas en las que, si no estuviera a presión, sería vapor. Vamos a verlo más claro con un ejemplo: La olla a presión. En una olla a presión en la que el agua está a 200 ºC o más, al estar a presión no hierve, debido a que la temperatura de ebullición ha aumentado al aumentar la presión en el interior. Por lo mismo, un gas podemos licuarlo (pasarlo a líquido) a base de aumentar la presión en el interior del recipiente que lo contiene. Es el proceso contrario al anterior pero basado en los mismos principios físicos. Como ejemplo podemos pensar en las bombonas de butano. El gas, al estar a presión en el interior de la bombona, permite aumentar la cantidad de gas almacenada al tener una parte en fase gas y otra en fase líquida. Esto se ha conseguido aumentando las presiones en el interior del recipiente, esto produce que pase a líquido parte del gas y así, al ocupar menor volumen, podemos introducir mayor cantidad de gas. En ambos es la presión del interior del envase que contiene el líquido o el gas licuado la que provoca que esa materia se encuentre en estado líquido. Si se produce una disminución de presión, llegará un momento en el que se alcance la presión necesaria para que, a esa misma temperatura, se vaporice el líquido. Esta vaporización supone, como ya hemos explicado antes, un aumento de volumen. Si este aumento se produce lentamente, este aumento lo podría absorver el ambiente y no habría problema. El problema surge cuando en recipientes cerrados la vaporización se produce muy rápidamente.
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Tanto las explosiones bleve como las boil-over se producen precisamente por esto, por vaporizaciones instantáneas de un líquido o gas licuado y esto suele ocurrir cuando se dan pérdidas rápidas de presión.
5.5.1.1. Bleve La palabra bleve hace referencia en inglés a Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion o explosión del vapor expandido de un líquido en ebullición. Las condiciones y pasos para producirse el bleve son:
Líquido o gas licuado a presión en un envase cerrado.
Pérdida de presión repentina del líquido o gas licuado.
Vaporización instantánea con enormes aumentos de presión en el envase en milésimas de segundo. El envase no soporta la presión y estalla.
Para que se dé el efecto no hace falta estar en presencia de productos inflamables. Se puede producir este fenómeno incluso en termos de agua.
5.5.1.2.
Boil-over
En este tipo de explosiones el fenómeno es similar al anterior pero se produce en recipientes abiertos. En este caso no estamos ante “sobrepresiones”, sino que debemos referirnos a rebosamiento por ebullición (casi su traducción literal). Este fenómeno se asocia más con los incendios que con las explosiones y ello es porque en realidad podría considerarse que no estamos ante explosiones ya que no se presentan sobrepresiones al estar refiriéndonos a recipientes abiertos. Lo cierto es que presenta efectos destructivos de mucha importancia y en principio afectan a tanques de almacenamiento sin techo que contienen líquidos con presencia de agua (como impureza) en el fondo del tanque. Ejemplo: tanque de almacenamiento de aceites con agua como impureza en el fondo del tanque.
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Si se aumenta la temperatura del tanque hasta 100 ºC, el agua del fondo hervirá y pasa a vapor. A esa temperatura, el aceite no hierve (lo hace aproximadamente a 200 ºC) el vapor de agua como tiene una volumen de 1.600 veces el volumen de agua líquida, puede arrastrar al aceite haciendo que salte fuera del recipiente.
Realiza el siguiente ejercicio. Relaciona los tipos de fuego con los combustibles que los producen: 1
Fuego tipo A
Metales a
2
Fuego tipo C 3 Fuego tipo B
Sólidos b Gases c
4
Líquidos d
Fuego tipo D
1b, 2c, 3d, 4a.
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CONCLUSIONES 1. ¿Sabrías explicar qué es una reacción de combustión? 2. ¿Cuántos tipos de combustibles conoces? 3. ¿Qué es un fuego de tipo C? 4. ¿Cuál es la diferencia entre punto de inflamación y punto de combustión? 5. ¿Qué es un frente de reacción?, ¿y la velocidad del frente de reacción? 6. ¿Es lo mismo una detonación que una deflagración? Explica en qué radica la diferencia. 7. Existe una diferencia muy importante entre el proceso químico que ocurre en los fenómenos de Flash-over y Backdraft . ¿Sabrías explicar cuál es?
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RECAPITULACIÓN Lo más importante de este tema es conocer la definición de combustión y los parámetros que la rigen: La combustión es una reacción química de oxidación-reducción en la que hay un desprendimiento de energía. Que sea una reacción Redox supone que hay transferencia de electrones y por tanto la oxidación siempre irá acompañada de una reducción y viceversa. Diferenciaremos entre triángulo del fuego y tetraedro de fuego. La principal diferencia es que en el tetraedro aparece la “reacción en cadena”, que implica la autoalimentación del fuego cuando este se ha iniciado ya. Existen diferentes parámetros que influyen en las características de una combustión y su evolución. Habrá que saber diferenciar entre:
Punto de inflamación.
Punto de combustión.
Punto de ignición.
Rangos de inflamabilidad.
Punto de autoignición.
Velocidad de reacción.
Peligrosidad de combustible.
Tipo de combustible.
Asimismo, los tipos de combustión existentes nos hacen entender como, por ejemplo, un aporte repentino de oxígeno hace que se complete la reacción de combustión en una combustión incompleta.
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TEORÍA DEL FUEGO I
Por otro lado, debemos recordar la clasificación existente de los tipos de fuego existentes basándonos en:
Tamaño.
Disposición combustible.
Tipo de combustible.
Velocidad reacción.
Es importante conocer los fenómenos de bleve y boil-over y diferenciarlas de las combustiones que ya conocemos, debido a que el proceso que las produce es de carácter físico y no químico como las combustiones.
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TEORÍA DEL FUEGO I
AUTOCOMPROBACIÓN 1. En una combustión: a) El agente oxidante se reduce. b) El agente reductor gana electrones. c) El aire se oxida. d) El agente reductor cede electrones y se reduce. 2. Elegir la correcta: a) En toda combustión el aire actúa como comburente. b) El comburente es la sustancia que va a actuar como agente oxidante. c) El combustible es la sustancia que va a actuar como agente oxidante. d) El calor va a actuar como agente oxidante. 3. Los componentes del triángulo del fuego son: a) Combustible, comburente y reacción en cadena. b) Llamas, gas y calor. c) Combustible, comburente y energía de activación. d) Combustible, comburente, energía de activación y reacción en cadena. 4. El cambio de estado para pasar de sólido a gas se llama: a) Pirólisis. b) Sublimación. c) Condensación. d) Fusión.
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5. ¿Cuál de estos factores explica el que un fuego se automantenga? a) El cambio de estado. b) La reacción en cadena. c) Solamente la existencia de combustibles gaseosos. d) Ninguna es correcta. 6. Elegir la correcta: a) El punto de autoignición es la mínima temperatura a la cual combustible y comburente podrían dar lugar a la reacción de combustión y mantener la llama. b) El punto de encendido o ignición es mayor que el punto de autoignición. c) El punto de autoignición no es lo mismo que el punto de ignición espontánea. d) El punto de autoignición es lo mismo que el punto de ignición espontánea. 7. Elegir la correcta: a) El límite inferior de inflamabilidad es la mínima temperatura a la cual combustible y comburente podrían dar lugar a la reacción de combustión. b) El rango de inflamabilidad se encuentra comprendido entre el punto de inflamación y el punto de encendido. c) El límite inferior de inflamabilidad es siempre menor que el punto de inflamación. d) El rango de inflamabilidad hace referencia a la concentración de comburente y combustible que permiten que se dé la combustión y varía con la temperatura. 8. ¿Qué combustibles emiten llama? a) Solo los combustibles gaseosos. b) Solo los combustibles sólidos que sufren pirólisis. c) Los líquidos y los gaseosos. d) Todos.
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9. Elegir la correcta: a) El monóxido de carbono no puede ser uno de los productos de la combustión incompleta porque está oxidado. b) Las brasas son un ejemplo de combustión incandescente porque no hay llamas. c) Para que ocurra una combustión súbita generalizada, primero ha debido ocurrir una combustión incandescente. d) La explosión de humos sucede exactamente igual que el Flash-over. 10. Los fuegos según la disposición del combustible son: a) Planos, verticales y alimentados. b) Espontáneos, incandescentes o explosiones. c) Tipo A, B, C o D. d) Desde grado I hasta X. 11. Fuegos según el tipo de combustible: a) Tipo A: fuegos sobre combustibles líquidos o sólidos con bajo punto de fusión. b) Tipo B: fuegos sobre metales. c) Tipo C: fuegos sobre gases. d) Tipo E: fuegos sobre sólidos de naturaleza celulósica. 12. Los incendios sobre metales se clasifican como: a) Incendios tipo A. b) Incendios tipo B. c) Incendios tipo E. d) Ninguna es correcta. 13. Atendiendo a la velocidad de reacción o de propagación las reacciones de oxidación pueden clasificarse en: a) Medianas, grandes o de envergadura. b) Detonaciones, deflagraciones y Flash-over . c) Oxidación, combustión y explosión. d) Ninguna es correcta.
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14. Señalar el tipo de incendio con una velocidad del frente de reacción más rápido: a) Detonación. b) Deflagración. c) Combustión. d) Oxidación. 15. Elegir la correcta: a) El fuego es una combustión que se manifiesta con desprendimiento de luz, calor y llama. b) El fuego es una reacción de oxidación-reducción endotérmica. c) El fuego es una reacción de combustión incontrolada. d) El fuego es uno de los productos de la combustión.
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SOLUCIONARIO 1.
a
2.
b
3.
c
4.
b
5.
b
6.
d
7.
d
8.
a
9.
b
10.
a
11.
c
12.
d
13.
c
14.
a
15.
a
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PROPUESTAS DE AMPLIACIÓN Para profundizar en el tema, Internet siempre resulta una herramienta útil. Pero, ¡ojo! no hay que fiarse de toda la información que nos encontremos. Es más seguro consultar páginas oficiales tales como las de protección civil, los ministerios, el BOE, etc. También puedes consultar las páginas de asociaciones, como por ejemplo:
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http://www.emersis.org/
http:/www.boe.es
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BIBLIOGRAFÍA
FUNDACIÓN MAPFRE ESTUDIOS. Manual de seguridad contra incendios. Madrid: Editorial MAPFRE, SA, 1997. BERMEJO MARTÍN, F. El libro del bombero profesional: manual para la formación del personal de los Servicios de Bomberos. Badajoz: Videotraining, 2003. ARKAUTE. Manual del Bombero. Álava: Edita ACADEMIA DE POLICÍA DEL PAÍS VASCO, Junio 2012. AENOR. UNE-EN ISO 13943. Madrid, Julio 2012.
http://www.mtas.es/
http://www.panreac.com/
http://www.es.airliquide.com/
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