Tema 1. TEORIA DEL FUEGO II

Cambios de Estado

• El estado de agregación de una sustancia depende de la presión y la temperatura.
• El aumento de presión disminuye la distancia entre partículas.
• El aumento de temperatura incrementa la agitación térmica y la movilidad de las partículas.
• Los cambios de estado pueden ser progresivos o regresivos.

Cambios Progresivos

• Implican la absorción de calor.
  • Fusión: Paso de sólido a líquido (ejemplo: hielo a agua).
  • Vaporización o Ebullición: Paso de líquido a gas (ejemplo: agua a vapor).
  • Sublimación Progresiva: Paso de sólido a gas (ejemplo: nieve a gas).

Cambios Regresivos

• Implican la liberación de calor.
  • Solidificación: Paso de líquido a sólido (ejemplo: agua a hielo).
  • Condensación (o Licuefacción): Paso de gas a líquido (ejemplo: gases licuados del petróleo).
  • Sublimación Regresiva o Inversa: Paso de gas a sólido directamente.
• La temperatura de ebullición del agua es de 100°C a 1 atmósfera de presión.

Tipos de Incendios (Clases de Fuego)

• Los incendios se clasifican según varios parámetros, regulados por la norma UNE-EN 2.
• Clasificación según:
  • Naturaleza del combustible.
  • Forma del foco.
  • Superficie afectada.
  • Situación o forma de manifestarse.

Clasificación Según la Naturaleza del Combustible

Fuegos Clase A

• Originados por combustibles sólidos con alto punto de fusión.
• Producen brasas y son generalmente de origen orgánico (madera, carbón, paja, tejidos, etc.).
• Retienen el oxígeno en su interior, formando brasas (fuegos profundos).
• Los combustibles sólidos no arden directamente; arden los vapores resultantes de su descomposición por el calor.
• La pirólisis es la descomposición química de una materia por el calor, sin reacción con el oxígeno.
• La norma UNE-EN ISO 13943 define la pirólisis como la descomposición química irreversible causada por el incremento de la temperatura.

Fuegos Clase B

• Provocados por combustibles líquidos o sólidos con bajo punto de fusión.
• Requieren evaporación previa. Incluyen sólidos que se licúan antes de la ignición (algunos plásticos).
• No producen brasas.
• Los combustibles líquidos no arden directamente; arden los vapores generados por el calor.

Fuegos Clase C

• Son fuegos de gases combustibles en fase gaseosa (propano, butano, metano, etc.).
• No son las combustiones de gases producidos por la evaporación de combustibles sólidos o líquidos.

Fuegos Clase D

• Originados por metales, generalmente alcalinos o alcalinotérreos.
• Son muy especiales, peligrosos y difíciles de extinguir.
• Pueden generar reacciones químicas complejas y desplazar el hidrógeno del agua, provocando explosiones.
• Requieren agentes extintores específicos; el uso de agua está prohibido en muchos casos.

Fuegos Clase F

• Involucran aceites y grasas vegetales o animales, comunes en cocinas industriales o domésticas.
• (Se identifican como Clase K fuera de Europa, principalmente en EE.UU.).
• La antigua clase E (fuegos eléctricos) ya no se reconoce, porque la electricidad no es un combustible.
• Si no hay tensión eléctrica, el combustible define la clase del fuego (generalmente Clase A).

Clasificación Por la Forma del Foco de Incendio

Foco Plano

• El incendio se manifiesta en el plano horizontal, visible desde cualquier punto (combustibles líquidos, charcas o sólidos dispersos).

Foco Vertical

• El incendio se manifiesta en varios planos horizontales, inclinados o verticales (pacas de paja, apilamientos, etc.).
• Algunas zonas en combustión pueden quedar ocultas a la observación.

Foco Alimentado

• Un incendio plano o vertical se mantiene por la aportación de combustibles de depósitos no afectados (escapes de gas).

Clasificación Por la Superficie Afectada

• Esta clasificación es útil en incendios forestales.
• Se mide la superficie en llamas para determinar el grado del incendio, desde pequeño (hasta 4 m2) hasta de envergadura (más de 5.000 Ha).
• A partir de 100 m2, se considera de envergadura si la altura de las llamas supera la diagonal media de la superficie horizontal afectada.

Clasificación Por la Forma en que se Desarrollan

En Función de la Velocidad de Reacción

• La velocidad de reacción es la cantidad de reactivos transformados en productos por unidad de tiempo.
• La velocidad de propagación de la llama es la velocidad de avance del frente de reacción (ej: butano 0,9 m/s, acetileno 14 m/s).
  • Combustión Lenta y Muy Lenta (Oxidación): Desprendimiento de energía muy pequeño, sin aumento local de temperatura (amarilleado del papel, oxidación del hierro).
  • Combustión Simple, Normal o Rápida: Velocidad del frente de reacción menor a 1 m/s. Desprendimiento de calor, luz y llamas (incendios normales).
  • Combustión Instantánea o Muy Rápida: Explosión con ondas de presión y sobrepresiones.

Explosiones

Deflagraciones o Combustiones Deflagrantes

• Velocidad del frente de reacción entre 1 m/s y la velocidad del sonido (< 340 m/s).
• Generan sobrepresiones de 5 a 10 veces la presión original.
• Si el recinto está cerrado, puede convertirse en una detonación.
• Ejemplo: vapores de líquidos inflamables.

Detonaciones o Combustiones Detonantes

• Velocidad del frente de reacción superior a la velocidad del sonido (>340 m/s).
• Sobrepresiones de 20 a 40 (hasta 100) veces la presión inicial.
• Provocan efectos sónicos y destructivos superiores a la deflagración.
• Ejemplo: explosivos industriales y combustión de mezclas aéreas de gases.

En Función de la Propagación del Oxígeno o Consumo de Comburente

• Combustión Completa: Combustible quemado en su totalidad con exceso de comburente. Productos de reacción: CO2, vapor de agua y SO2 si hay azufre.
• Combustión Incompleta: Sustancias combustibles sin quemar por falta de comburente. Se producen CO (monóxido de carbono), humo y hollín. Puede causar reexplosiones.
• Combustión Estequiométrica o Teórica: Cantidad mínima de aire para que todo el combustible reaccione. No hay sustancias combustibles ni oxígeno en el humo. La temperatura es elevada (temperatura adiabática de la llama).

En Función de la Emisión o No de Llamas

• Combustión Con Llamas: Líquidos y gases inflamables arden con llama. La llama está relacionada con velocidades de combustión relativamente altas.
• Combustión Sin Llamas: Algunos sólidos (carbono puro, magnesio, aluminio, etc.) arden sin llama, con incandescencia y altas temperaturas (1500-2000 ºC).

Clasificación Según el Lugar Donde se Desarrollan

• Fuegos Interiores: En el interior de edificios, consumiendo el oxígeno y creando brasas y gases tóxicos.
• Fuegos Exteriores: Visibles al exterior del edificio, alimentados por el oxígeno del aire y propagándose rápidamente.
• Por la Actividad Desarrollada en el Recinto: - Viviendas y oficinas - Industrias - Garajes y aparcamientos - Hospitales y residencias - Locales de espectáculos y reunión - Comercios - Almacenes - Vía pública - Recintos de gran volumen

Clasificación Por su Magnitud

• Conato: Incendio pequeño que puede ser sofocado rápidamente con extintores estándar.
• Incendio Parcial: Fuego que abarca parte de una instalación, casa o edificio.
• Incendio Total: Fuego fuera de control que afecta completamente a una casa, edificio o instalación.

Transmisión de los Incendios (Propagación del Calor)

• La energía (calor) se transfiere de una región de mayor temperatura a una de menor temperatura para estabilizar el sistema energético.
• La transferencia de calor determina la ignición, combustión y extinción de la mayoría de los incendios.

Métodos de Transmisión del Calor

Conducción

• Transferencia de calor por contacto molecular directo entre dos cuerpos (sólidos, líquidos y gases).
• La energía se transmite de una partícula a otra por agitación térmica.
• En el vacío absoluto no hay conducción.
• Factores que afectan la conducción térmica:
  • Superficie de contacto (S).
  • Diferencia de temperaturas (T1-T2).
  • Espesor.
  • Relación superficie/volumen.
  • Conductividad térmica (K): Medida del valor del flujo de calor.
  • Calor específico: Cantidad de calor que absorbe un material para elevar su temperatura 1 ºC.
• Ley de Fourier: El flujo de calor es proporcional al área de sección transversal, la diferencia de temperatura y inversamente proporcional a la longitud.

Convección

• Transferencia de calor en un medio fluido (gas o líquido) en movimiento.
• Las masas calientes ascienden y las frías descienden.
• El fenómeno está regulado por la diferente densidad del fluido según su temperatura.
• El calor se transmite por convección en sentido ascendente.
• Factores que afectan la transmisión de calor por convección:
  • Variaciones de la densidad del gas o fluido.
  • Pendiente: acelera la desecación y calentamiento cuesta arriba.
  • Compacidad de la capa de combustibles.

Radiación

• Transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas (luz, ondas de radio, rayos X).
• El calor radiado viaja por el espacio y es absorbido por un cuerpo opaco.
• Las emisiones de la combustión ocupan principalmente la región del infrarrojo.

Agentes Extintores

Definición y Características

• Producto que aplicado sobre el fuego provoca la extinción del incendio al eliminar uno o más componentes del tetraedro del fuego.
• No confundir con el extintor (el envase).
• Los agentes extintores se clasifican según su estado de agregación en el momento de su utilización.

Agentes Extintores Líquidos

Agua

• Características y propiedades:
  • Líquido incoloro, inodoro e insípido que hierve a 100°C y se congela a 0°C.
  • Expansión: Se evapora aumentando su volumen considerablemente.
  • Solvente: Capaz de disolver productos de combustión (cenizas).
  • El calor específico del agua es 4.184 J/kg·ºC.
  • Tensión superficial: Puede comportarse como chorro sólido o gotas finas.
  • Estabilidad molecular: Evita la disociación hasta altas temperaturas (1.650º C).
  • Temperatura crítica: 374 º C.
  • Agente extintor más común, abundante, empleado y barato.
  • Su fórmula es Q = m·Ce·(Tf – Ti)
• Mecanismos de extinción:
  • Enfriamiento: Principalmente por su elevado calor latente de vaporización y calor específico.
  • Sofocación: Desplaza el oxígeno debido al aumento de volumen al vaporizarse.
  • Desalimentación: Diluye combustibles líquidos hidrosolubles.

Agua Pulverizada

• Proyección de multitud de pequeñas gotas para un enfriamiento rápido.
• Aumenta la superficie de contacto y la capacidad de enfriamiento.
• Abarca mayor amplitud y menor longitud que el agua a chorro.
• Es efectiva en fuegos de combustibles sólidos y para controlar fuegos de clases A, B y C.

Apantallamiento

• La amplitud que abarca esta forma de aplicación forma una pantalla que evita el paso de calor por radiación, y nos permite acercarnos más al fuego, o impedir que se generen nuevos focos provocados por el calor.

Agua Nebulizada

• Optimiza la utilización del agua dividiéndola en gotas de niebla.
• Maximiza la superficie de intercambio de calor.
• Requiere boquillas especiales y presiones de trabajo entre 4 y 200 bares.
• Utilizada en instalaciones fijas y portátiles, para protección de equipos eléctricos y líquidos inflamables.
• 1 l de agua nebulizada equivale a 100 l de agua pulverizada.

Agua con Aditivos

Humectantes o Aligerantes

• También llamada agua mojada, húmeda o pesada.
• Reducen la tensión superficial del agua para aumentar su poder de penetración.
• Eficaces en incendios sólidos, facilitando la penetración y la reducción de la temperatura interior.
• Mayor superficie de agua en contacto con el fuego

Espesantes o Viscosantes

• Aumentan la viscosidad del agua, disminuyendo la tensión superficial.
• Se utilizan en incendios forestales y para hacer flotar el agua sobre líquidos.
• El agua con espesantes se fija al material en combustión formando una capa continua.

Agua con Boratos

• Es una variedad del agua con espesantes o agua ligera, a base de boratos cálcicos y de sodio.
• Se denomina también lechada de agua y se utiliza principalmente en fuegos forestales.
• Cuando se descarga en fuegos forestales, el agua se ad hiere a todo aquello con lo que entra en contacto.

Agua con Modificadores de Flujo

• Disminuyen las pérdidas de presión por fricción durante la conducción del agua a través de mangueras y tuberías.
• Estas pérdidas de presión en las canalizaciones se deben principalmente a dos motivos:
  • La fricción entre el agua y las paredes de la manguera (que supone un 10% de la pérdida total).
  • El flujo turbulento en el interior de la manguera cuando el agua circula a elevadas velocidades (que supone aproximadamente el 90% de pérdida de presión total).
  • Aumentan el flujo y la presión en la boquilla.

Agua con Modificadores de Densidad

• Se puede modificar la densidad del agua añadiendo aire (espuma aérea) o un agente emulsificante.
• Cuando se añaden al agua cantidades pequeñas de detergentes sintéticos, la tensión superficial del agua desciende notablemente
• Cuando estas disoluciones detergentes se pulverizan o se dirigen hacia combustibles inflamables, se mezclan rápidamente con ellos para producir una suspensión del líquido en la disolución de detergente.

Espuma (Características y Mecanismos de Extinción)

La espuma está regulada por:

• UNE-EN 1568:2019 Agentes extintores. Concentrados de Espuma.
  • UNE-EN 1568-1:2019 Espuma de media expansión para aplicación sobre la superficie de líquidos no miscibles con agua.
  • UNE-EN 1568-2 Espuma de alta expansión para aplicación sobre la superficie de líquidos no miscibles con agua.
  • UNE-EN 1568-3 Espuma de baja expansión para aplicación sobre la superficie de líquidos no miscibles con agua.
  • UNE-EN 1568-4 Espuma de baja expansión para aplicación sobre la superficie de líquidos miscibles con agua.

Espumas Físicas

• Masas de burbujas rellenas de gas (aire) que se forman al combinar un espumógeno (estabilizador), agua y aire. La espuma tiene menor densidad que el más ligero de los líquidos inflamables.
• Agregado de burbujas llenas de aire que se forma a partir de una solución espumante que se usa para la lucha contra incendios.

Componentes de la Espuma

• Espumógeno: Agente emulsor.
  • Concentrado líquido tensoactivo, disuelto en agua, capaz de producir soluciones espumantes generadoras de espuma.
• Espumante: Mezcla de espumógeno y agua
  • Emulsión o mezcla de dos líquidos insolubles entre sí de tal manera que uno de ellos se distribuye en pequeñas partículas en el otro.
• Espuma: Mezcla de espumante y aire
  • Agente extintor formado por un aglomerado estable de burbujas obtenido a partir del espumante por incorporación de aire u otro gas en un equipo apropiado.

Características y propiedades de la Espuma

• Cohesión o adherencia entre las diferentes burbujas para conseguir una capa resistente.
• Estabilidad o capacidad de retención del agua con el fin de conseguir el adecuado grado de enfriamiento. Se expresa mediante el tiempo de drenaje.
• Fluidez que le permite extinguir rápidamente un fuego al salvar cualquier elemento que obstaculice su extensión o desplazamiento.
• Resistencia al calor que le permite resistir los efectos del propio fuego o elementos calientes, como las paredes de un tanque, sin degradación importante de la capa.
• Resistencia a ser contaminada por el propio combustible, lo que podría llevar a la destrucción de la capa al arder el combustible captado.
• Resistencia a los combustibles polares en cuanto estos son capaces de extraer, por disolución, el agua presente en la espuma, destruyendo la capa formada.
• Toxicidad nula o muy ligera.
• Todas las espumas presentan una cierta conductividad eléctrica, normalmente mayor cuanto menor es su grado de expansión, por lo que no se deben utilizar en presencia de equipos con tensión, salvo determinadas aplicaciones especiales.
• Incompatibilidad con ciertos agentes (principalmente los polvos extintores), que pueden descomponerlas instantáneamente.
• No son compatibles con otros espumógenos de diferentes tipos (no se pueden mezclar), aunque sí pueden ser compatibles con las espumas obtenidas de ellos.
• La espuma es el principal agente extintor para líquidos inflamables o combustibles B.

Mecanismos de extinción de la Espuma

• Sofocación: El principal efecto que consiguen las espumas es separar el combustible del oxígeno en la superficie del combustible
• Enfriamiento: Al ser agua uno de los componentes también actúa por enfriamiento, bajando la temperatura del combustible y de las superficies metálicas (por ser buenos conductores térmicos) que están en con tacto con el mismo. Si la espuma posee suficiente estabilidad (capacidad de retención del agua) evita que el combustible vuelva a incendiarse. Las espumas se obtienen mezclando de forma mecánica un espumógeno, agua y aire. Los espumógenos que forman las espumas físicas se pueden clasificar:
  • Según su expansión.
  • Según la naturaleza de los componentes.
  • Según su función extintora.