TEMA 2. 1.TEORÍA DEL FUEGO. NATURALEZA DEL FUEGO
Una de las definiciones más típicas de la palabra fuego es “fenómeno de desprendimiento de energía que se produce al arder un cuerpo”, siendo también muy habitual asimilarlo al término “incendio”. La norma UNE EN ISO 13.943:2.018, Vocabulario contra incendios, define fuego como una combustión autosoportada que ha sido deliberadamente puesta en marcha para beneficiarse de sus efectos y que está controlada en su duración y su extensión, diferenciando de la definición de incendio en que este último, se propaga de manera incontrolada. 2.
EL TRIÁNGULO DEL FUEGO:
Para que una combustión se inicie es necesario que concurran tres elementos, una sustancia que arda, denominada combustible, otra sustancia oxidante, llamada comburente y una cantidad de energía que provoque la reacción.
Su representación se realiza mediante el llamado «Triángulo del fuego«, que simboliza el inicio de una reacción de combustión, debiendo estar presentes a la vez y en las proporciones adecuadas. Desde el punto de vista químico un combustible es un material que puede ser oxidado, jugando el papel de agente reductor que cede electrones en una reacción de oxidación, y reduce al comburente. Dicho de otro modo, un combustible es cualquier sustancia capaz de arder sea sólida, líquida o gaseosa. Prácticamente todos los combustibles están formados por cinco elementos químicos, carbono, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno y azufre, siendo la proporción de los tres últimos muy pequeña en comparación con los dos primeros. Así, los hidrocarburos, formados únicamente por carbono e hidrógeno, constituyen el grupo más numeroso de combustibles, entre ellos se encuentran el metano, el propano o el butano. Como combustibles más simples puedo citar el hidrógeno, el carbón o el azufre. También cabe destacar a los metales combustibles como el aluminio, magnesio, zirconio o el titanio entre otros muchos. La combustión con llama sólo se realiza en fase gaseosa, ya que no es el propio combustible el que arde, sino los vapores que emanan de él. Por este motivo, a excepción de los gases, que ya se encuentran en fase gaseosa, el resto de combustibles deben pasar a estado gaseoso antes de arder.Las carácterísticas físicas que definen las propiedades de los combustibles son:
Los LÍMITES DE INFLAMABILIDAD.
Siendo las concentraciones máxima y mínima de un combustible en aire, por encima y por debajo de la cual no es posible la combustión. Estas concentraciones son carácterísticas para cada combustible, y vienen definidas por el Límite Inferior y Superior de inflamabilidad.
Las distintas concentraciones comprendidas entre ambos límites, representan el Rango de Inflamabilidad, dentro de este existe una concentración donde la mezcla presenta las condiciones óptimas para su combustión, denominado Límite Estequiométrico de Inflamabilidad.El incremento de temperatura hace aumentar el rango de inflamabilidad ya que provoca el descenso del límite inferior y el aumento del límite superior y por lo que respecta al contenido de oxígeno, su disminución reduce el rango por un descenso progresivo del límite superior.La TEMPERATURA DE INFLAMACIÓN.
Llamada también “Flash-Point”, se define como la mínima temperatura, en grados centígrados y en condiciones normales de presión, a la que un combustible emite vapores en tal cantidad que, al mezclarse con el aire, alcanzan el límite inferior de inflamabilidad.
TEMPERATURA DE COMBUSTIÓN Y DE AUTOINFLAMACIÓN
Ambos conceptos nos indican la temperatura a la que el combustible comenzará a arder, el empleo de un término u otro depende del modo en que se produzca. La temperatura de combustión representa la mínima temperatura que necesita alcanzar una sustancia para inflamarse y continuar ardiendo, debido a la presencia de una llama externa. La temperatura de autoinflamación indica la temperatura que debe alcanzar una mezcla para que comience a arder espontáneamente, sin aporte de llama externa. Por su parte, el comburente es el agente oxidante y consecuentemente, la sustancia que permite arder al combustible. En la gran mayoría de combustiones, el comburente es el oxígeno presente en el aire, que se encuentra en una proporción del 21% aproximadamente. También existen otras sustancias con alto poder de oxidación y que pueden provocar la inflamación de los combustibles si entran en contacto con ellos, como el Ozono o los Peróxidos orgánicos e inorgánicos.
El último elemento del triángulo del fuego es la energía de activación, definida como la cantidad de energía en forma de calor que hay que suministrar a una mezcla combustible/comburente para que se produzca la reacción de combustión, denominándose foco el lugar donde se aporta dicha energía. El tiempo de aplicación y la cantidad de energía a suministrar para se produzca la ignición depende fundamentalmente de tres factores del combustible, el calor específico, la inercia térmica y de su geometría.
El triángulo del fuego fue una representación aceptada durante mucho tiempo. Sin embargo, una observación más precisa del fuego hizo necesaria la inclusión de un cuarto factor, la Reacción en Cadena, que dio lugar al denominado tetraedro del fuego.
3 EL TETRAEDRO DEL FUEGO. ELEMENTOS PARA LA CONTINUIDAD DEL FUEGO: REACCIÓN EN CADENA
Si la ignición se representa mediante el «Triángulo del Fuego”, el desarrollo de una combustión se hace mediante el “Tetraedro del Fuego”. La reacción en cadena es el proceso químico que permite que una combustión progrese en el seno de la mezcla comburente-combustible. Para que la reacción en cadena se verifique, ha de conseguirse que la reacción de combustión, endotérmica en sus primeros momentos, se convierta en exotérmica y automantenida. Para ello, el aporte energético inicial a la mezcla ha de ser suficiente para que una parte del combustible se descomponga y forme una cantidad adecuada de radicales libres, de forma que la reacción química entre los radicales y el comburente se repita de forma sucesiva. Por lo tanto, la reacción en cadena está asegurada, siempre que el aporte energético sea suficiente y exista mezcla combustible-comburente. El tetraedro representa la necesidad de los cuatros factores para que una combustión se desarrolle y progrese por sí misma, por tanto, si uno de ellos se suprime, la combustión se detendrá. Por este motivo, existen cuatro mecanismos de extinción posibles:
ELIMINACIÓN
Consiste en actuar sobre el combustible. Algunos ejemplos serían retirar los combustibles próximos al fuego, cortar el suministro de combustibles gaseosos o dejar que el combustible se consuma totalmente.
SOFOCACIÓN
Se denominan así a las actuaciones sobre el comburente, encaminadas a reducir el porcentaje de oxígeno presente o evitar el contacto entre el combustible y el comburente. La extinción mediante espuma es un ejemplo de extinción por sofocación.
ENFRIAMIENTO
Es un proceso que permite restar energía a la reacción de combustión, hasta conseguir suprimirla, empleando productos que absorben calor al cambiar de estado físico. La extinción con agua representa el ejemplo más común de extinción por enfriamiento. E INHIBICIÓN QUÍMICA.
Es un mecanismo sólo aplicable a fuegos con llama. Consiste en arrojar ciertos productos sobre el fuego para que paralicen la reacción en cadena, como es el caso del polvo químico de los extintores.
4. QUÍMICA DEL FUEGO:
Una reacción química es un proceso por el cual una sustancia, llamada reactivo, se transforma en otra sustancia con propiedades diferentes, llamada producto. Los productos resultantes de las combustiones pueden concretarse en calor, gases, humo y llamas, cuya cantidad e intensidad dependerá de varios factores.
-CALOR:
La transmisión de calor de una combustión resulta determinante en el inicio, desarrollo y extinción de un incendio. La energía térmica puede propagarse por tres mecanismos, conducción, convección y radiación.
Los GASES DE LA COMBUSTIÓN:
Son los principales responsables de las muertes en caso de incendio. La cantidad y tipos de gases dependerán de la composición química del combustible, la temperatura alcanzada y la concentración de oxígeno disponible.Los gases de combustión se suelen clasificar en dos grandes grupos:
ASFIXIANTES
En líneas generales, un gas asfixiante es todo aquel que priva de oxígeno al organismo. En virtud de cómo lo haga, se dividen en:
Asfixiantes simples
No actúan en el organismo, simplemente diluyen la concentración de oxígeno en el ambiente, como el dióxido de carbono o el vapor de agua.
Asfixiantes químicos
Se incorporan al flujo sanguíneo e impiden la absorción del oxígeno en las células. El ejemplo más típico lo constituye el monóxido de carbono, que se une a la hemoglobina de la sangre y bloquea los puntos transportadores del oxígeno. Otro ejemplo es el cianuro de hidrógeno que inhibe la acción de ciertas enzimas encargadas de asimilar el oxígeno en las células. Y los gases IRRITANTES.
Son gases que producen irritación de las vías respiratorias, ojos y mucosas, porque se mezclan con el agua y forman ácidos como producto final. Algunos ejemplos serían el amoniaco, cloruro de hidrógeno, fosgeno o acroleína entre otros.
HUMO:
Recogido en la norma UNE EN ISO 13.943 con el término de «efluente de fuego«, se trata de una suspensión de partículas sólidas y líquidas que se encuentran mezcladas con los gases de la combustión. La mayor o menor producción de humo depende fundamentalmente del tipo de combustible y de la concentración de oxígeno presente. Los efectos del humo sobre las personas son la intoxicación, asfixia, desorientación y quemaduras.
LLAMAS:
Las llamas de una combustión, constituyen la manifestación evidente de que se está produciendo una reacción en cadena, están formadas por una masa gaseosa que debido a su elevada temperatura, adquiere una apariencia luminosa. El color de una llama depende principalmente de la composición del combustible y de la energía irradiada.
5.TEORÍA DE LA COMBUSTIÓN y TIPOS DE COMBUSTIONES
La combustión es una reacción química de oxidación-reducción, sus carácterísticas más destacables son:1- Que se producen siempre por un intercambio de electrones entre dos sustancias. Una llamada oxidante y otra reductor.2- El reductor cede electrones y se oxida, y el oxidante los gana y se reduce. 3- Y estas reacciones son exotérmicas, es decir, desprenden energía en forma de calor. Aunque los procesos de combustión son complejos de describir con detalle en cuanto a su desarrollo químico se refiere, de forma genérica pueden diferenciarse dos tipos:1. Combustión de materias que necesitan descomponerse por pirólisis antes de comenzar a arder. La pirólisis es la descomposición química de una sustancia por efecto del calor. 2. O combustión de materias que no necesitan pirolizarse para arder, como es el caso de los líquidos y gases inflamables. Atendiendo al modo de manifestarse, las combustiones pueden ser: 1.
Incandescentes o sin llama, dadas en combustibles sólidos. 2. Y Luminiscentes.
Transcurren en fase gaseosa, con presencia de llamas como manifestación visible del proceso. En base a la velocidad de propagación, las combustiones pueden clasificarse en:
Lentas
Las combustiones de tipo incandescente son el ejemplo más típico, presentando velocidades del orden de milímetros a la hora.
Simples
La velocidad de reacción es inferior al metro por segundo, el proceso transcurre con llama, siendo apreciable el avance de la reacción. Los incendios normales son de este tipo.
Deflagrantes
El frente de reacción avanza a una velocidad comprendida entre 1 m/s y la velocidad del sonido en el medio. La rapidez con que se desarrolla el proceso provoca la aparición de ondas de presión que viajan por delante del frente de reacción, de forma paralela y generando unos efectos sonoros carácterísticos. Y Detonantes.
Su velocidad de reacción siempre es superior a la velocidad del sonido. La detonación se caracteriza por la altísima velocidad de reacción y la formación de gran cantidad de productos gaseosos a elevada temperatura. Esto origina una onda de choque que acompaña al frente de reacción.
6. CLASIFICACIÓN DE LOS FUEGOS SEGÚN NORMA UNE
La norma UNE EN-2:1.994/A1 establece cinco clases de fuegos en base a su naturaleza como combustible, identificados mediante letras de la siguiente manera:
Fuegos de clase A
Comprende los fuegos de materias sólidas, generalmente de naturaleza orgánica y con alto punto de fusión. Su combustión se realiza normalmente con formación de brasas.
Fuegos de clase B
Son los fuegos de líquidos combustibles y de sólidos de bajo punto de fusión que, por efecto del calor funden, comportándose como líquidos.
Fuegos de clase C
Fuegos de gases.
Fuegos de clase D
Fuegos de metales. Y Fuegos Clase F.
Son los fuegos derivados de la utilización de ingredientes para cocinar, aceites y grasas vegetales o animales, en los aparatos de cocina. Finalmente aunque es de uso muy común hablar de una clase E para referirse a los fuegos eléctricos, en la norma UNE EN-2 no aparece recogida ya que su clasificación se basa en las carácterísticas de los distintos combustibles, y la electricidad, como tal, no es un combustible. No obstante, la norma UNE EN ISO 13.943 si que menciona la clase de fuego E como fuegos que involucran peligros eléctricos.