TEMA 1. TEORIA DEL FUEGO

Teoría del Fuego

• El fuego es una reacción química exotérmica de oxidación que involucra un combustible y un comburente, generalmente oxígeno, y genera calor, luz, humo y gases.
• La norma UNE 23026 (derogada) define el fuego como una combustión que emite calor, humo y llamas.
• La norma UNE-EN ISO 13943:2018 define el fuego como un proceso de combustión con emisión de calor, efluentes (gases y aerosoles) y humo, llama o incandescencia.

Reacciones Endotérmicas y Exotérmicas

• Las reacciones químicas conservan la energía.
• En las reacciones exotérmicas se libera energía en forma de calor porque los enlaces formados en los productos son más fuertes que los enlaces rotos en los reactivos.
• En las reacciones endotérmicas se absorbe energía, los enlaces formados en los productos son más débiles que los enlaces rotos en los reactivos.
• Las reacciones exotérmicas espontáneas son más comunes debido a la facilidad de formación de enlaces fuertes.

Reacciones Redox

• Las reacciones redox o reacciones de óxido-reducción implican el movimiento de electrones desde un reductor a un oxidante.
• La oxidación es la pérdida de electrones, mientras que la reducción es la ganancia de electrones.
• El reductor cede electrones y se oxida.
• El oxidante gana electrones y se reduce.
• El fuego es una reacción redox fuertemente exotérmica, donde el combustible actúa como reductor y el oxígeno como oxidante.

Combustión

• La combustión es una reacción química de oxidación que generalmente libera calor y luz, manifestada como fuego.
• Los combustibles más frecuentes son las materias orgánicas que contienen carbono e hidrógeno.
• La combustión completa produce dióxido de carbono (CO2), agua, dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx).
• La combustión incompleta produce monóxido de carbono (CO) y carbón debido a una proporción inadecuada de comburente y combustible.
• Las características de la combustión incluyen: proceso químico de oxidación-reducción, cinética rápida, exotérmica, autoalimentada, reactivos (combustible y comburente), productos (calor, humo, gases y radiación luminosa), comburente (generalmente oxígeno atmosférico) y combustible (sólido, líquido o gaseoso).

Tipos de Combustión

• Combustión de aportación: la masa reactiva se incorpora al frente de la reacción.
  • Combustión con llama: se desarrolla en fase gaseosa y produce calor, luz y gases.
  • Combustión latente: reacción exotérmica lenta sin luz visible, revelada por aumento de temperatura o humo.
  • Combustión incandescente: sin llama, con emisión de luz visible y producción de calor y luz, visible como ascuas.
  • Combustión espontánea: se inicia sin aporte de calor externo.
• Combustión de propagación: también llamada de pre mezcla.
  • Combustión Lenta: velocidad de reacción baja, menos centímetros por segundo.
  • Combustión Viva o Normal: velocidad de reacción media, más centímetros por segundo.
  • Combustión Instantánea: velocidad de reacción alta, clasificada como deflagración (metros por segundo) o detonación (kilómetros por segundo).
  • Explosión: liberación súbita de gas a alta presión, generada por la oxidación o descomposición rápida de sustancias.
    • Deflagración: onda de combustión con velocidad subsónica.
    • Detonación: onda de combustión con velocidad sónica o supersónica, acompañada de una onda de choque.

Fuego e Incendio

• El DRAE define el fuego como calor y luz producidos por la combustión.
• El DRAE define el incendio como un fuego grande que destruye lo que no debería quemarse.
• La norma ISO 13943 establece las siguientes definiciones:
  • Fuego: combustión "controlada" que se ha preparado deliberadamente y tiene extensión limitada en tiempo y espacio.
  • Incendio: combustión "descontrolada" no preparada deliberadamente y con extensión no limitada en tiempo y espacio.

Triángulo y Tetraedro del Fuego

• Los incendios necesitan combustible, comburente y calor para iniciar.
• El triángulo del fuego representa estos tres factores.
• El tetraedro del fuego agrega el factor de reacción en cadena como cuarto elemento.
• Las reacciones en cadena se autoalimentan y hacen que el incendio sea incontrolable.

Combustible

• Cualquier sustancia capaz de arder en presencia de una energía de activación.
• El grado de inflamabilidad se clasifica en función de la temperatura de inflamación:
  • Punto de inflamación (flash point): temperatura mínima para ignición momentánea de vapores.
  • Punto de combustión (fire point): temperatura mínima para combustión sostenida.
  • Temperatura de autoignición: temperatura mínima para autoignición sin fuente de ignición externa.
• La concentración de vapores combustible-comburente determina la posibilidad de ignición:
  • Límite superior de inflamabilidad (LSI): máxima concentración de vapores para combustión.
  • Límite inferior de inflamabilidad (LII): mínima concentración de vapores para combustión
  • Rango de inflamabilidad: intervalo entre LSI y LII.
  • Punto ideal de combustión (PIC): punto de mejores condiciones de combustión.
  • Punto estequiométrico (PE): punto donde se genera una explosión si la reacción ocurre.

Comburente

• Agente oxidante capaz de oxidar un combustible en reacción rápida y exotérmica.
• Generalmente es oxígeno molecular (O2) presente en el aire.
• Para la combustión se necesita una proporción mínima de oxígeno en el ambiente (por debajo del 15% el fuego se extingue).
• Algunos compuestos pueden autoincendiarse sin necesidad de oxígeno externo.
• La existencia de un comburente aumenta el peligro y la virulencia del incendio.

Energía de Activación (Calor)

• Energía mínima necesaria para iniciar la reacción.
• Proviene de fuentes de ignición: llamas abiertas, superficies calientes, chispas eléctricas, brasas, etc.
• Las fuentes de calor pueden tener diferentes orígenes: químico, mecánico, eléctrico, térmico, biológico, natural.
• La energía de activación debe ser suficiente para elevar la temperatura del combustible por encima de su punto de ignición.
• La energía puede suministrarse por llamas, que calientan los vapores combustible hasta la temperatura de ignición en presencia de aire.

Transmisión del calor en incendios

• La energía (calor) se transfiere de regiones de mayor temperatura a las de menor temperatura.
• La transferencia de calor determina la ignición, la combustión y la extinción de la mayoría de los incendios.
• El calor se transmite por tres métodos: conducción, convección y radiación.

Conducción

• La transferencia de calor por contacto molecular directo entre dos cuerpos, principalmente sólidos, se llama conducción.
• La conducción del calor solo tiene lugar cuando las distintas partes del cuerpo se encuentran a temperaturas diferentes.
• La conductividad térmica (K) es la medida del flujo de calor a través de una unidad de superficie de material con un gradiente unitario de temperatura.
• Cuanto mayor es el grado de disgregación (menor densidad) de la materia, menor es la capacidad de conducción.
• Los mejores aislantes térmicos comerciales consisten en pequeñas partículas o fibras de sustancias sólidas.

Convección

• La convección es la forma en que se transmite el calor en los líquidos y en los gases cuando las masas calientes de aire ascienden y las frías descienden.
• El aire caliente, al ascender, deja un vacío que es llenado por aire fresco, y realimenta con oxígeno el foco calorífico.
• La expansión de un fuego por convección probablemente tiene más influencia que los otros métodos a la hora de definir la estrategia de intervención.

Radiación

• La radiación es una forma de energía que se desplaza a través del espacio o de los materiales en forma de ondas electromagnéticas.
• La radiación es el proceso de transmisión del calor por medio de ondas electromagnéticas.
• Todas las formas de energía radiante se propagan en línea recta a la velocidad de la luz (en el vacío).
• El calor radiado viaja por el espacio hasta ser absorbido por un cuerpo opaco.

Agentes extintores

• Un agente extintor es un producto que, aplicado sobre el fuego, provoca la extinción del incendio al actuar sobre uno o más de los componentes del tetraedro de fuego.
• Los agentes extintores se clasifican en tres grupos: líquidos, gaseosos y sólidos.

Agentes extintores líquidos: Agua

• El agua es el agente extintor más conocido, abundante, empleado y barato.
• Mecanismos de extinción:
  • Enfriamiento: El agua roba gran cantidad de calor a los incendios debido a su elevado calor latente de vaporización y a su calor específico.
  • Sofocación: El agua desplaza el oxígeno que rodea al fuego debido al aumento de volumen que experimenta.
  • Desalimentación: En el caso de combustibles líquidos hidrosolubles, el agua diluye el combustible o reduce su concentración.

Agentes extintores líquidos: Agua nebulizada

• Los sistemas de agua nebulizada optimizan la utilización del agua mediante su división en gotas de niebla.
• Se consigue maximizar la superficie de intercambio de calor, lo que facilita la refrigeración y la evaporación.

Agentes extintores líquidos: Agua con aditivos

• Los aditivos se utilizan para mejorar la eficacia extintora del agua.
• Humectantes o aligerantes: Reducen la tensión superficial del agua para lograr mayor poder de penetración.
• Espesantes o viscosantes: Aumentan la viscosidad del agua, lo que la hace más adherente y tarda más en escurrirse.
• Agua con boratos: Una variedad de agua con espesantes que se utiliza principalmente en fuegos forestales.
• Agua con modificadores de flujo: Disminuyen las pérdidas de presión por fricción que experimenta el agua durante su conducción.
• Agua con modificadores de densidad: Se puede modificar la densidad del agua añadiéndole aire para formar espuma o añadiendo un agente emulsificante.

Agentes extintores líquidos: Espuma

• Las espumas son masas de burbujas rellenas de gas (aire) que se forman al combinar un espumógeno (estabilizador), agua y aire.
• Espumógeno: Un agente emulsor que, disuelto en agua en la proporción adecuada, es capaz de producir soluciones espumantes.
• Espumante: Una mezcla de espumógeno y agua.
• Espuma: Una mezcla de espumante y aire.
• Las espumas físicas presentan varias características:
  • Cohesión o adherencia entre las diferentes burbujas.
  • Estabilidad o capacidad de retención del agua.
  • Fluidez que le permite extinguir rápidamente un fuego.
  • Resistencia al calor.
  • Resistencia a ser contaminada por el combustible.
  • Resistencia a los combustibles polares.
  • Toxicidad nula o muy ligera.
  • Conductividad eléctrica.
  • Incompatibilidad con ciertos agentes (principalmente los polvos extintores).

Agentes Extintores

• Los agentes extintores son sustancias químicas que se utilizan para apagar incendios.
• Trabajan mediante diferentes mecanismos, incluyendo sofocación, enfriamiento e inhibición.
• Algunos ejemplos de agentes extintores incluyen agua, espuma, polvos químicos y gases inertes.

Espuma

• La espuma es un agente extintor eficaz para líquidos inflamables.
• Actúa principalmente por sofocación, separando el combustible del oxígeno.
• Se obtiene mezclando un espumógeno, agua y aire.
• Los tipos de espuma varían en función de su expansión, la naturaleza de sus componentes y su función extintora.

Polvos Extintores

• Los polvos extintores son sólidos pulverulentos que se aplican en forma de polvo fino.
• Actúan principalmente por inhibición, interrumpiendo la reacción en cadena de la combustión.
• También pueden sofocar el fuego al desplazar el oxígeno y crear una costra que impide la entrada de oxígeno.
• Hay varios tipos de polvos extintores, incluyendo polvos BC, ABC y polvos especiales para metales.

Gases Extintores

• Los gases extintores se almacenan en estado líquido y se liberan como gas durante su uso.
• Actúan principalmente por sofocación, desplazando el oxígeno del aire.
• Algunos gases extintores comunes incluyen nitrógeno, dióxido de carbono, hidrocarburos halogenados y gases inertes.

Halones y Sustitutos

• Los halones son hidrocarburos halogenados que eran agentes extintores muy efectivos, pero fueron prohibidos por su impacto en la capa de ozono.
• Los sustitutos de los halones, como los halocarbonados y los gases inertes, tienen propiedades similares a los halones pero con un impacto ambiental menor.

Tipos de Agentes Extintores

• Espumas de Baja Expansión: Coeficiente de expansión inferior o igual a 200 (menos del 200%)
• Espumas de Media Expansión: Coeficiente de expansión entre 200 y 2000
• Espumas de Alta Expansión: Coeficiente de expansión superior a 2000 (más del 2000%)
• Espumas Proteínicas: Obtienen por hidrólisis de proteínas de origen animal, están en desuso.
• Espumas Fluoroproteicas (FFFP): Compatibles con polvos extintores pero no para combustibles polares.
• Espumas Sintéticas: Compatibles con los hidrocarburos y tienen alta estabilidad, pero no son tan aptas para combustibles polares.
• Espumas Fluorosintéticas: De menor expansión, aptas para la mayoría de los incendios.
• Espumas Formadores de Película Acuosa (AFFF): Forman una película acuosa en el combustible y impiden el contacto con el aire.
• Espumas Fluorosintéticas Antialcohol (ATC o AR): No se degradan en contacto con líquidos polares.
• Polvos Convencionales BC: Se utilizan principalmente para fuegos de líquidos inflamables y gases.
• Polvos Polivalentes ABC: También son efectivos para fuegos de la clase A (sólidos).
• Polvos Especiales: Diseñados específicamente para extinguir fuegos de metales.
• Nitrógeno (N2): Gas inerte, actúa por sofocación.
• Dióxido de Carbono (CO2): Gas inerte, actúa por sofocación y enfriamiento.
• Hidrocarburos Halogenados (Halones): Eran muy efectivos pero están prohibidos por el impacto en la capa de ozono.
• Sustitutos de los Halones: Agentes químicos halocarbonados y gases inertes que son más ecológicos.
• INERGEN: Mezcla de gases inertes.
• ARGONITE: Mezcla de gases inertes.
• ARGON: Gas inerte, utilizado solo.
• FM200 o Fire Master: Sustituto de los halones.
• FE-13: Sustituto de los halones.
• CEA 6 14: Sustituto de los halones.
• CEA 4-10: Sustituto de los halones.
• NAF S-III: Sustituto de los halones.

Importancia de la Elección del Agente Extintor

• Es crucial elegir el agente extintor adecuado para el tipo de fuego que se desea extinguir. Cada agente es específico para un tipo de combustible y puede tener efectos secundarios indeseables si se utiliza en otra situación.
• También es importante considerar la seguridad de las personas y el impacto ambiental del agente extintor elegido.

Gases Inertes

• Los gases inertes (IG) son mezclas de gases como argón (Ar), nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2).
• Actúan como sustitutos del halón y extinguen las llamas por sofocación, reduciendo el porcentaje de oxígeno al 12% (NEL) o al 10% (LEL).
• También contribuyen a la extinción por enfriamiento.
• La concentración de oxígeno necesaria para la extinción es respirable por personal sano durante pocos minutos.
• Se pueden utilizar en áreas ocupadas por periodos cortos de tiempo, pero se debe realizar una evacuación completa.
• En sistemas de inundación total se requieren prealarma y retardo para la evacuación.
• Tienen una densidad similar al aire, formando una mezcla homogénea.

Ventajas de los Gases Inertes

• Son económicos y no dañan el medio ambiente.
• Su densidad similar al aire prolonga la protección en comparación con los hidrocarburos halogenados.
• No son tóxicos, aunque en las concentraciones de uso pueden causar asfixia.

Inconvenientes de los Gases Inertes

• Requieren mayor concentración que los halones, necesitando un mayor volumen de almacenamiento.
• Solo son efectivos en incendios de interior.
• Se requieren zonas de ventilación para la disipación del gas después de su uso.
• La instalación por inundación total es más compleja que la de los halones.

Ejemplos de Gases Inertes

• Inergen IG-541: Sustituto del halón 1301 y 1211.

  • Compuesto por nitrógeno (52%), argón (40%) y dióxido de carbono (8%).
  • Actúa por sofocación, reduciendo el oxígeno al 13% o menos.
  • No daña el medio ambiente ni la capa de ozono.
  • No deja residuos ni productos de descomposición.
  • No es conductor de la electricidad.

• Argonite IG-55: Similar al Inergen en propiedades y composición.

  • Contiene argón y nitrógeno en proporción del 50% cada uno.
  • Se puede utilizar en inundación total o local.

• Argón IG-01: Compuesto por 100% argón.

  • Tiene propiedades similares a los compuestos anteriores.

Sistemas de Agua Nebulizada

• Utilizan agua natural a alta presión (hasta 250 bares).
• La presión se genera con nitrógeno seco o con bombas de alta presión.
• Se considera agua nebulizada cuando el 90% de las gotas tienen un diámetro inferior a 400 micras.
• Se utiliza principalmente para la prevención, en sistemas de detección y alarma.
• Los sistemas de agua nebulizada utilizan microgotas de agua para extinguir incendios, siendo eficaces en fuegos de clase A y B. Su ventaja principal es la protección de equipos electrónicos, minimizando daños por agua. Son ligeros, económicos y se activan manualmente o por detección, asegurando rapidez en la respuesta.