Manual de Incendios - Teoría del Fuego (PDF)

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Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Pablo Andrés Hitado Escudero PARTE 1 TEORÍA DEL FUEGO Manual de incendios Coordinadores de la colección Agustín de la Herrán Souto José Carlos Martínez Collado Alejandro Cabrera Ayllón Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Edición r 2015.10.05 Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las Tratamiento posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia pedagógico, diseño y [email protected] igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las producción www.ceisguadalajara.es imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Caracterización 1 CAPÍTULO Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás.  Manual de incendios 1. ConCeptos básiCos Protón. Es una partícula con carga positiva. El núme- ro de protones incluidos en el núcleo es el que deter- El descubrimiento del fuego ha sido de gran utilidad para mina el número atómico de un elemento, tal y como se la evolución de la humanidad, con contribuciones tan posi- expresa en la tabla periódica de los elementos. tivas para el ser humano como la mejora en la calidad de Neutrón. Es una partícula subatómica contenida en vida o el desarrollo tecnológico. Sin embargo, su pérdida el núcleo atómico. Carece de carga eléctrica (imágenes de control, como ocurre en los incendios, puede tener con- Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 1 y 2). secuencias fatales. Para dominar y controlar el fuego, para evitar que el incendio se produzca y para extinguirlo en el caso de que llegue a suceder, es necesario conocer qué es el fuego. 1.1. ComposiCión de la materia Para conocer cualquier tipo de combustión en profundidad es importante estudiar la atmósfera. La atmósfera está compuesta por una mezcla de gases: oxígeno (21 %), ni- trógeno (79 %) y otros gases (0,02 %) como el dióxido de carbono, neón, criptón, xenón, etc. Los gases inertes son gases no reactivos bajo determina- das condiciones de presión y temperatura. Los más comu- Imagen 1. Átomo nes son el nitrógeno y los gases nobles, que poseen una configuración eléctrica totalmente estable, por lo que no 1.1.2. sustanCias y fórmulas químiCas básiCas reaccionan con ningún otro elemento. Se denomina sustancia a cualquier variedad de materia 1.1.1. moléCulas y átomos que posea unas características definidas y reconocibles y cuya composición química sea invariable. Existen dos tipos La materia está constituida por moléculas, formadas a su de sustancias: vez por átomos, que asimismo están integrados por neu- trones, protones y electrones. Este conjunto de elementos Simples o elementos químicos conforma la materia de la que están hechos los cuerpos. Compuestas o compuestos químicos Una molécula es la combinación de un grupo de átomos. Por ejemplo, la molécula de agua está formada por dos Cuando se agrupan dos o más clases de átomos, se deno- átomos de hidrógeno (2) y uno de oxígeno (1). Su fórmula minan compuestos. química es H2O (H+H+O). (imagen 3) Átomo. De dimensiones sumamente reducidas, son Una fórmula química expresa el número de átomos de los las partículas fundamentales de la composición quími- distintos elementos en la molécula, pero no siempre indica ca de la materia. Están formados por un núcleo com- su distribución. pacto, compuesto por protones y neutrones, alrededor Por ejemplo, la fórmula química del butano es C4H10. Es del cual se mueven los electrones. decir, contiene cuatro átomos de carbono y diez átomos Electrón. Es una partícula subatómica con una car- de hidrógeno, como se aprecia en la siguiente ilustración ga eléctrica elemental negativa. Se representa (imagen 4). habitualmente con el símbolo e−. Imagen 2. Enlace covalente Imagen 3. Agua Imagen 4. Estructura del butano 20 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Teoría del fuego Caracterización 1.2. reaCCiones Por ejemplo, el oxígeno del aire reacciona con el hierro y produce óxido de hierro. Una reacción es el cambio que experimenta un elemento o Los elementos que forman las moléculas, tanto en los compuesto, como por ejemplo los combustibles en el pro- reactivos como en los productos, se conservan en la nue- ceso de la combustión. Pueden ser de tres tipos: físicas, va sustancia. En el ejemplo siguiente se puede ver que las químicas o nucleares. sustancias que forman los reactivos no son iguales a las Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. sustancias que forman los productos, aunque conserve 1.2.1. reaCCiones físiCas sus elementos. Dos átomos de carbono reaccionan con un átomo de oxígeno para formar una sustancia nueva, el Una reacción física se produce cuando cambia el estado dióxido de carbono. de la materia. 2C + O2 = 2CO2 Por ejemplo, el agua al evaporarse y cambiar de líquido a gas cambia de estado; es decir, los cambios físicos modi- 1.2.3. reaCCiones nuCleares fican las propiedades de la materia, pero no forman una nueva. Una reacción nuclear es un proceso de combinación y transformación de las partículas y núcleos atómicos. Pue- Las moléculas que forman los reactivos (elementos origi- de ser endotérmica o exotérmica, en función de si precisa nales de partida) son iguales a las moléculas que forman energía para producirse o si la desprende. los productos (elementos resultantes). Cuando un átomo radiactivo se desintegra, las partículas Por ejemplo: que están en su interior (neutrón, protón y electrón) origi- Hielo (H2O) - Vapor de agua (H2O) nan otras partículas. Las partículas alfa y beta y la radia- ción gamma son las más características en un fenómeno de radiación nuclear. 1.2.2. reaCCiones químiCas El decaimiento de un átomo radiactivo se expresa como Una reacción química se produce cuando cambia la com- una reacción química y se indica el número atómico y el posición química del elemento. número másico de cada una de las especies de la reac- ción. Por ejemplo, en la descomposición de una naranja se modi- fica su estructura química. Los cambios químicos provocan 14 7 N + 24He 17 8 O + 11H la modificación profunda de todas las propiedades de un 14 cuerpo y lo transforman en una nueva sustancia. 7 N (14 es el número másico y 7 es el número atómico) Estas reacciones se llaman reacciones nucleares y tienen Una reacción química es un proceso por el cual una o más características distintas de las reacciones químicas comu- sustancias (reactivos), se transforman en otras sustancias nes, tal y como se detalla en la siguiente tabla (tabla 1) (cf. con propiedades diferentes (productos de la reacción). Educarchile, 2014): Tabla 1. Características de las reacciones Reacciones químicas Reacciones nucleares Los elementos o los isótopos de un elemento generan Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de otro elemento al cambiar la constitución del núcleo del enlaces químicos. átomo. En la ruptura y formación de los enlaces solo participan los En las reacciones pueden participar protones, electrones. neutrones, electrones y otras partículas elementales. Las reacciones van acompañadas por la absorción o Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas. liberación de enormes cantidades de energía. CH4+O2ž CO2+2 H2O+200 kcal. 3 Li7+1H1===>2 2He4+23000000 kcal. La temperatura, presión y concentración de los reactantes y Las velocidades de reacción generalmente no se catalizadores son factores que determinan la velocidad de ven afectadas por la temperatura, la presión o los una reacción. catalizadores. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 21  Manual de incendios En una reacción nuclear los elementos que forman los dena. En una fracción de segundo, el número de núcleos productos son diferentes a los elementos originales de que se han fisionado libera una energía un millón de veces partida (reactivos). mayor que la obtenida al quemar un bloque de carbón o explotar un bloque de dinamita de la misma masa. Las partículas con carga eléctrica se pueden acelerar con campos eléctricos y magnéticos (aceleradores de partícu- Debido a la rapidez con la que tiene lugar la reacción nu- las) con el objeto de facilitar el choque y la reacción al im- clear, la energía se desprende mucho más rápido que en Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. pactar a gran velocidad con el blanco. Los neutrones, así una reacción química. como otras partículas neutras, no se pueden acelerar dado su carácter neutro. b) Fusión nuclear Existen dos tipos de reacciones nucleares: fusión nuclear y fisión nuclear. La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos de átomos ligeros se unen para formar otro núcleo más pesado. Generalmente esta unión va acompañada de la emisión de partículas. Esta reacción nuclear libera o absor- be gran cantidad de energía en forma de rayos gamma y también de energía cinética de las partículas emitidas. Imagen 7. Fusión nuclear Imagen 5. Reacciones nucleares a) Fisión nuclear 2. teoría del fuego La fisión nuclear es una reacción en la que un núcleo pe- sado, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos de un tamaño 2.1. definiCión y normativa del mismo orden de magnitud, con gran desprendimiento La norma UNE 23026 es una norma española que define el de energía y la emisión de dos o tres neutrones. fuego como una combustión caracterizada por la emisión Estos neutrones, a su vez, pueden ocasionar más fisiones de calor, humo y llamas. La misma norma define la com- al interaccionar con nuevos núcleos fisionables, que emi- bustión como una reacción química exotérmica de oxida- tirán nuevos neutrones y así sucesivamente. Este efecto ción en la que se combina un elemento que arde (com- multiplicador se conoce con el nombre de reacción en ca- bustible) y otro que produce la combustión (comburente) –generalmente el oxígeno en forma de O2 gaseoso– y en la que se desprende calor (exotérmica), luz, humo y gases. La norma UNE 23026, aunque antigua, se sigue aplican- do en España con respecto a la definición de fuego pero existen otras normativas vigentes, como la UNE-EN ISO 13943:2001, aplicada en Europa y que anula la norma, o la NFPA, aplicada en Estados Unidos y empleada como referencia en varios países latinoamericanos: Argentina, Colombia, México, Puerto Rico, República Dominicana, Venezuela y Perú. El fuego es una combustión, y lo que aplica al fuego aplica también al incendio. Una combustión es un proceso quí- Imagen 6. Fisión nuclear mico-físico que se manifiesta cuando un cuerpo se une al 22 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Teoría del fuego Caracterización oxígeno y desprende calor. La velocidad del proceso de- tancias resultantes de la reacción tienen menos energía termina si se trata de una simple oxidación o una violenta que las que dieron lugar a la misma. Esa energía sobrante explosión. se manifiesta en forma de calor. En caso contrario, la ener- gía es absorbida y la reacción se denomina endotérmica. El fuego no es más que una reacción de oxidación-reduc- ción fuertemente exotérmica. Debido a que los enlaces fuertes se crean con más faci- lidad que los débiles, son más frecuentes las reacciones Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. exotérmicas espontáneas. 2.2. reaCCiones endotérmiCas y exotérmiCas Un ejemplo de ello es la combustión de los compuestos En las reacciones químicas la energía se conserva. En una del carbono en el aire para producir CO2 y H2O, que tienen reacción se consideran dos fases diferenciadas: primero enlaces fuertes. Pero también se producen reacciones en- los enlaces químicos de los reactivos se rompen, después dotérmicas espontáneas, como la disolución de la sal en se reordenan para formar nuevos enlaces. Esta operación el agua. requiere cierta cantidad de energía, que será liberada si el enlace roto vuelve a formarse. En resumen: Los enlaces químicos con alta energía se conocen como Si en la reacción química aumenta la energía interna enlaces fuertes, pues precisan un esfuerzo mayor para del sistema, significa que ha absorbido energía, lo que romperse. Si en el producto se forman enlaces más fuertes se denomina reacción endotérmica. que los que se rompen en el reactivo, se libera energía en Si en la reacción química disminuye la energía interna forma de calor, lo que se denomina reacción exotérmica. del sistema, significa que se ha desprendido energía, lo que se denomina reacción exotérmica. Se produce con desprendimiento de calor porque las sus- 2.3. reaCCión redox La sustancia, molécula o ión que, al reaccionar, se oxida reduce a la sustancia con la que reacciona porque le cede Las reacciones redox o reacciones de óxido-reducción son electrones, y se denomina agente reductor. La sustancia, aquellas en las que hay movimiento de electrones desde molécula o ión que, al reaccionar, se reduce oxida a la sus- una sustancia que cede electrones (reductor) a una sus- tancia con la que reacciona porque le quita electrones, y se tancia que capta electrones (oxidante). La sustancia que denomina agente oxidante. cede electrones se oxida, la que los gana se reduce. El fuego es una combustión en la que intervienen un oxi- La oxidación es el proceso mediante el cual un determina- dante y un reductor; el oxidante es el comburente y el do elemento químico cede electrones, lo que se traduce en reductor es el combustible. La reacción química que se un aumento de su índice de oxidación. La reducción es el produce entre dos elementos, sustancias o cuerpos en la proceso mediante el cual un determinado elemento quími- que uno se oxida a costa del otro que se reduce es fuerte- co capta electrones, lo que se traduce en una disminución mente exotérmica. de su índice de oxidación. Los procesos de oxidación y reducción siempre van unidos, Que la sustancia que se oxida pierda electrones y que la ya que para que uno se oxide (gana oxígeno) el otro debe sustancia que se reduce gane electrones puede inducir a reducirse (pierde oxígeno). La oxidación que se produce en confusión, ya que reducir implica perder algo, no ganarlo. el combustible significa pérdida de electrones, la reducción Pero precisamente lo que se está ganando son electrones, que se produce en el comburente es un proceso de ganan- que tienen carga negativa. cia de electrones. Imagen 8. Reacción redox Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 23  Manual de incendios 3. Combustiones que se forman son el dióxido de carbono (CO2), el agua, el dióxido de azufre (SO2) (sólo si el combustible contiene 3.1. definiCión y normativa apliCada azufre) y, en ocasiones, óxidos de nitrógeno (NOx), en fun- ción de la temperatura, la cantidad de oxígeno en la reac- La combustión es una reacción química de oxidación, en ción y, sobre todo, la presión. la cual generalmente se desprende una gran cantidad de En la combustión incompleta, debido a que el comburen- puntos en forma de calor y luz, que se manifiesta visual- Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. te y el combustible no están en la proporción adecuada, mente por el fuego. los productos que se queman pueden no reaccionar con el Como ya se ha comentado, la norma UNE 23026 define mayor estado de oxidación y dar como resultado compues- combustión como una reacción exotérmica de una sustan- tos como el monóxido de carbono (CO). Además, puede cia combustible con un oxidante, fenómeno generalmente generarse carbón. acompañado de una emisión lumínica en forma de llamas o de incandescencia con desprendimiento de humos y de Las principales características de la combustión son las si- productos volátiles. guientes: Existen otras definiciones de combustión. Por ejemplo, la Es un proceso químico de oxidación-reducción (reacti- norma sobre calidad y gestión de la calidad ISO 13943 defi- vos → productos). ne la combustión como una reacción exotérmica de una sus- Generalmente de cinética rápida. tancia con la participación de un oxidante, que generalmente De carácter fuertemente exotérmico. emite efluentes acompañados de llamas y/o luz visible. La velocidad de la reacción determina la cantidad de Los tipos más frecuentes de combustible son las materias calor producida. orgánicas que contienen carbono e hidrógeno. Se trata de una reacción autoalimentada (cuando hay En una reacción completa todos los elementos que forman reacción en cadena). el combustible se oxidan completamente. Los productos Los reactivos se llaman combustible y comburente. Imagen 9. Esquema combustión 24 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Los productos obtenidos son calor, humo, gases de d) Combustión espontánea combustión y radiación luminosa (no tiene por qué ha- ber llamas). Es aquella combustión que se inicia sin aporte de calor ex- El comburente (oxidante) suele ser oxígeno atmosférico. terno. El combustible (reductor) puede estar en fase sólida, 3.2.2. Combustiones de propagaCión líquida y/o gaseosa. Son aquellas combustiones también denominadas de pre- Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. La combustión en fase sólida generalmente produce incandescencia. mezcla. La combustión en fase líquida o gaseosa generalmen- En las combustiones la velocidad de reacción puede ser te produce una llama visible. distinta y por eso se habla de distintos tipos de combustión. Los dos modos de combustión (con y sin llama) pue- En función de las velocidades de combustión es posible den tener lugar separada o conjuntamente. definir tres tipos: 3.2. tipos de Combustiones Combustión Lenta. Menos centímetros por se- gundo. Se da cuando el combustible tiene poco Existen dos tipos principales de combustiones: aporte de oxígeno. Combustiones de aportación Combustión Viva o Normal. Más centímetros Combustiones de propagación por segundo. Se da cuando el combustible tiene 3.2.1. Combustiones de aportaCión buen aporte de oxígeno. Las combustiones de aportación son aquellas en las que Combustión Instantánea. Dependiendo de la la masa reactiva se va incorporando al frente de reacción. velocidad, puede ser: Se dividen en: Rápida. Más metros por segundo. Deflagra- Combustión con llama ciones. Combustión latente Muy Rápida. Más kilómetros por segundo. Combustión incandescente Detonaciones. Combustión espontánea Una explosión es una súbita liberación (lo suficientemente a) Combustión con llama rápida para que la energía se disipe mediante una onda Es una combustión que se desarrolla íntegramente en fase de choque) de gas a alta presión (superior a la de la at- gaseosa y que produce calor, luz y gases. mósfera circundante en el momento de la liberación) en el ambiente. Un proceso rápido de oxidación o reacción de La combustión con llama se representa con un tetraedro en descomposición puede generar una explosión de origen el que cada uno de sus lados corresponde a cada uno de los cuatro requisitos básicos. Se describe en detalle en el químico, que puede ser: apartado “Triángulo y tetraedro del fuego”. Una deflagración: onda de combustión cuyo frente avanza a velocidad subsónica. b) Combustión latente Una detonación: onda de combustión cuyo fren- Es una reacción exotérmica de oxidación lenta en la que no se aprecia luz y generalmente se revela por un aumento de te avanza a velocidad sónica o supersónica y lle- la temperatura o por humo. Produce calor, no tiene llama y va asociada, por tanto, una onda de choque. se propaga en combustibles porosos. 3.3. produCtos de la Combustión La norma ISO 13943 la define como aquella combustión de Cuando se produce una reacción química exotérmica con un material sin presencia de llama o luz visible. la suficiente velocidad de reacción para que se pueda iden- Muchos materiales pueden sufrir una combustión latente, tificar como un incendio o un fuego, se establece una ecua- como por ejemplo el carbón, la celulosa, la madera, el al- ción con unos elementos que reaccionan y cambian sus godón, el tabaco, la turba, el humus, los jabones sintéticos, características químicas para dar lugar a unos productos o los polímeros carbonizados (incluida la espuma de poliure- elementos diferentes. tano) y algunos tipos de polvo. Ninguno de los elementos iniciales se destruye, sino que c) Combustión incandescente todos son transformados en mayor o menor medida. Aun Es una combustión sin llama, con emisión de luz visible cuando se encuentren dispersos, los productos de la com- y que produce calor y luz. Tiene manifestación visible en bustión son iguales en peso y volumen a los elementos del forma de ascuas. combustible de la combustión. La norma ISO 13493 la define como una combustión de un En definitiva, se puede decir que se cumple el famoso prin- material en fase sólida, sin llama pero con emisión de luz cipio de la ciencia que asevera que “la materia ni se crea ni desde la zona de combustión. se destruye, tan sólo se transforma”. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 25  Manual de incendios 3.3.1. Humo b) Humo negro El humo está constituido por partículas físicas sólidas y lí- El color negro indica fuegos de gran carga térmica, nor- quidas en suspensión en el aire (principalmente vapor de malmente con poco aporte de oxígeno, generado por fibras agua) de diferente tamaño y color, incompletamente que- sintéticas, polímeros, cauchos o productos derivados del madas, que son arrastradas por corrientes de convección petróleo. de aire (el aire caliente asciende). A la adecuada propor- Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Su origen puede ser fibras artificiales, cauchos, poliéster, ción de calor y oxígeno el humo es inflamable. gasóleo, gasolina, petróleo, plásticos, etc. Las partículas, polvo rico en carbono de tamaños compren- didos entre 0.005 y 0.01 milimicras y denominado hollín, se producen cuando arde la mayoría de los materiales or- gánicos en condiciones de combustiones incompletas. La producción de estas sustancias carbonosas es acusada en la combustión de prácticamente todos los derivados del pe- tróleo. Dentro del humo también se encuentran otras par- tículas además del hollín, como las cenizas (residuos inor- gánicos en polvo, resultado de una combustión completa) o las escorias (aglomerado sólido de residuos provenientes de una combustión total o parcial y que puede ser una fu- sión parcial o completa de material o de residuos). El humo es el principal factor de riesgo en el desarrollo de un incendio. Tiene efectos irritantes sobre las mucosas y provoca lagrimeo en los ojos, lo que dificulta la visión. A su vez evita el paso de la luz, lo que complica las tareas de Imagen 11. Humo negro extinción y salvamento así como las de evacuación de las personas afectadas. Además puede llegar a ser inflamable c) Humo de color y/o explosivo cuando se dan las condiciones adecuadas. En igualdad de condiciones, unos materiales emiten más a) Amarillo: su origen puede ser sustan- humo que otros. Los líquidos inflamables emiten, por lo ge- cias químicas que contienen azufre, neral, un denso humo negro. con formación de ácidos clorhídricos. Es muy difícil saber qué está ardiendo por el color del b) Amarillo verdoso: su origen puede humo, ya que la percepción luminosa depende de múltiples ser sustancias químicas que contienen factores externos ajenos al proceso de combustión. cloro. c) Violeta: su origen puede ser sustan- a) Humo blanco cias químicas que contienen yodo. d) Azul: este color está asociado a hidro- El color blanco indica que los combustibles arden libremen- carburos. te, con gran presencia de O2, y que el humo está compues- to principalmente de vapor de agua. Su origen puede ser productos vegetales, forrajes, fósfo- 3.3.2. llamas ros, algunos piensos, etc. La llama es un gas incandescente cuya temperatura es va- riable y depende de factores como el tipo de combustible y la concentración de comburente. La norma ISO 13943 define la llama como la zona de com- bustión en fase gaseosa, usualmente con emisión de luz. La llama es un fenómeno propio de la combustión, que se manifiesta como fenómeno luminoso acompañado de una producción de calor. El grado de luminosidad o intensidad de la llama dependerá de la naturaleza del combustible y de la aportación del comburente. Los combustibles gaseosos y líquidos (y la mayoría de los sólidos) arden siempre con llama. Los combustibles sólidos se descomponen mediante la pirólisis, emitiendo gases inflamables que son los que realmente arden. Las llamas Imagen 10. Humo blanco se producen siempre en la fase gaseosa. 26 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Teoría del fuego Caracterización El color de la llama depende de la composición química 3.3.3. Calor del combustible y de la cantidad de oxígeno presente. Si la proporción de oxígeno es elevada, las llamas son de co- Los incendios son reacciones químicas exotérmicas que lor amarillo luminoso y son oxidantes. Si la proporción de desprenden calor. oxígeno es baja, las llamas son de color azul, reductoras y No hay que confundir calor con temperatura, ni tampoco más energéticas. con el “sentido de calor” que pueda percibir una persona Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. En las combustiones sin llama, la radiación luminosa emi- en un momento dado. Los condicionantes ambientales, los tida se conoce como incandescencia o ascuas. Esta radia- del propio trabajo y, sobre todo, los personales distorsionan ción es de mayor longitud de onda y, por tanto, de menor mucho ese sentido. energía. La temperatura es una manifestación de la energía (calor) En la mayoría de los incendios se producen llamas, aun- que poseen todos los cuerpos y depende del movimiento que hay excepciones: por ejemplo, la combustión del co- de las moléculas (a mayor movimiento, excitación, agita- que. ción o velocidad de traslación de los electrones, mayor tem- peratura adquiere el cuerpo). Las llamas provocan principalmente reacciones de histeria y nerviosismo en las víctimas. En ocasiones producen des- Los cuerpos no tienen calor, sino temperatura. La energía lumbramientos en el trabajo propio del bombero, lo que al existe en varias formas. El calor es el proceso mediante igual que el humo impide la correcta percepción del entorno el cual la energía se transfiere de un sistema a otro como del fuego. resultado de la diferencia de temperatura. Las zonas de la llama son: a) Calor y temperatura a) Zona Interna. Zona fría y oscura, no hay combus- tión por falta de oxígeno. El calor es consecuencia de los movimientos fluidos de b) Zona Media. Zona muy luminosa, la falta de oxíge- las moléculas que, en el seno de la materia, entrechocan no hace que la combustión sea incompleta. constantemente. Cuanto mayor es la energía cinética de las moléculas, mayor es la violencia de los choques y ma- c) Zona Externa. Zona poco luminosa, en la que las yor el calor que se desprende. Esto se debe a que los cuer- temperaturas alcanzan sus valores máximos. La pos tienden a adoptar la forma de menor energía y ceden el exceso al ambiente que los rodea. Es posible medir el calor, ya que los cambios de estado calorífico de los cuerpos se manifiestan por su temperatura o por su estado físico. Calor de combustión Se llama calor de combustión de una sustancia al calor que se desprende cuando reacciona con el oxígeno a volumen y presión constante. Es el proceso más importante por el cual se genera energía calorífica. El calor de combustión de un material es la cantidad de ca- lor liberado por unidad de volumen y masa cuando se que- ma por completo. Su unidad es la caloría o el julio, según se hable de energía térmica o energía mecánica. El calor es la suma de la energía cinética de todas las moléculas de un cuerpo. Las cinco categorías de la energía calorífica son: eléctrica, mecánica, química, nuclear y solar. Imagen 12. Llama La conductividad calorífica es la propiedad que tienen los combustión tiene lugar en esta parte, al estar ple- cuerpos de transmitir el calor a través de ellos. Las princi- namente en contacto el combustible con el combu- pales fuentes de calor son el sol y los combustibles (sóli- rente y producir una combustión completa. dos, líquidos y gaseosos). Las temperaturas de la llama dependen de la naturaleza Temperatura del combustible que arde y de los productos resultantes de La temperatura es una propiedad física del estado de los la combustión. En la práctica las temperaturas de la llama cuerpos. A medida que aumenta la energía cinética de un alcanzan de 1800º C a 2200º C. Sólo la llama oxiacetilénica sistema, se observa que aumenta su grado térmico; es de- supera estas temperaturas. cir, que su temperatura es mayor. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 27  Manual de incendios Al poder determinarse como una sensación térmica, pal- c) Calor especifico pable por el sentido del tacto, se puede apreciar cuándo un cuerpo está más caliente que otro, e incluso medir al El calor específico es la capacidad de una sustancia para determinar el paso de calor de un cuerpo a otro. tomar energía en forma de calor, y se define como la can- Para poder medir la temperatura se utilizan los termóme- tidad de calor necesaria para elevar 1º C la temperatura tros. Existen en la actualidad diferentes escalas termomé- de un cuerpo de un gramo. El calor específico es distinto para cada sustancia y varía ligeramente con la temperatu- Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. tricas (centígrada, Réaumur, Fahrenheit, Kelvin, etc.). ra. Cuanto mayor calor específico tenga un cuerpo, mayor Diferencia entre calor y temperatura será su efecto refrigerante. Podemos decir que el calor es una energía producida por la interacción de las moléculas de la materia, mientras que la Tabla 2. Calor específico temperatura es la manifestación del grado de calor que al- Sustancia c [J/(gºC)] c [cal/(gºC)] canzan los cuerpos (estado térmico de los cuerpos). Cuan- do se aplica calor a un material, el principal efecto que se Agua 4,182 1,0 observa es un cambio de temperatura. Aire seco 1,009 0,241 El calor de un cuerpo es la suma de la energía cinética (en Aluminio 0,896 0,214 movimiento) de todas sus moléculas. La temperatura de un cuerpo es la energía cinética media de sus moléculas. Bronce 0,385 0,092 Cobre 0,385 0,092 b) Unidades de calor Concreto 0,92 0,22 Hielo (a 0ºc) 2,09 0,5 El calor se mide en calorías. Plomo 0,13 0,031 La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de un gramo de agua y es variable de Vidrio 0,779 0,186 unas sustancias a otras (dato tomado con el agua entre 14,5° Zinc 0,389 0,093 y 15,5° de temperatura a una presión atmosférica normal). Como la caloría es muy pequeña habitualmente se utilizan otras unidades, como la kilocaloría (1.000 calorías) o la me- d) Capacidad calorífica gacaloría (1.000.000 calorías o 1.000 kilocalorías). Por ejemplo, ¿qué cantidad de calor se necesita para llevar un La capacidad calorífica de un cuerpo se define como la litro de agua de 20º de temperatura a 100º de temperatura? cantidad de calor necesaria para elevar 1º C la temperatura de dicho cuerpo. Se representa con C. Se puede calcular Un litro de agua pesa aproximadamente un kilogramo y para en función de la masa y el calor específico del cuerpo con llegar a los 100 grados hay un salto de 80º C. 1 cal/gr x 1000 la fórmula: gr x 80 ºC = 80.000 calorías = 80 kilocalorías. Un litro de agua a 20º de temperatura le roba 80 kilocalorías al fuego C = Masa · Calor específico sobre el que se arroja para convertirse en vapor de agua. La caloría, basada en el calor específico del agua, es una e) Escalas de temperatura unidad de energía del sistema técnico de unidades ya en desuso. En el uso científico actual la unidad de energía La unidad de temperatura es el grado, pero existen varias es el julio. escalas. Todas se basan en dos puntos fijos: fusión del hielo y ebullición del agua. 1 caloría (cal) equivale exactamente a 4,1868 julios (J) Los termómetros son los aparatos que miden la tempera- El julio es la unidad de calor en el Sistema Internacional tura. Pueden construirse con un tubo adherido a un bulbo y se define como “la energía o trabajo realizado por una con cierto líquido (suele ser mercurio) cuya variación de unidad de fuerza (1 newton) al mover un cuerpo un metro volumen por la temperatura es conocida. Por aumento o de longitud”. disminución de temperatura, el líquido sube o baja por el 1 julio = 0,24 calorías tubo de vidrio transparente, convenientemente graduado. 1 caloría = 4,185 julios Gases, líquidos y sólidos se dilatan con el calor. Los gases El Watio es una medida de potencia o flujo de energía. La también se dilatan por la presión, y los sólidos son poco cantidad de calor liberada en un incendio se puede expre- sensibles a la temperatura. Por ese motivo se emplean pre- sar en Kilowatios o Megawatios. ferentemente líquidos para la confección de termómetros, excepto para medir fríos extremos. 1 W = 1 J/s 28 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Tipos de escalas a) Celsius o centígrada 0°- 100° C Ejemplo ¿Cuántos grados Fahrenheit son 27ºC? b) Réaumur: 0°- 80° RC F = C · 1,8 + 32 Ejemplo: F = 27 · 1,8 + 32 = 80,6 ºF c) Fahrenheit: 32°- 212° F d) Absoluta o Kelvin: 273° - 373° K Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. f) Efectos del calor sobre los cuerpos El calor produce sobre los cuerpos dos efectos importan- tes: dilatación y cambios de estado. Dilatación La dilatación es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al ser calentados, en cualquier estado en que se hallen. Los gases tienen mayor poder de dilatación. Hay excepciones, y la más importante es el agua, que al Imagen 13. Tipos de escala descender la temperatura de la misma de 4° C a 0° C se dilata. En el resto de intervalos se comporta normalmente. La escala Fahrenheit sólo se usa en países de habla ingle- La dilatación puede producir grandes fuerzas o modificacio- sa, y la escala Réamur ya no se utiliza. La escala absoluta nes, y es tenida muy en cuenta al construir puentes, edifi- o Kelvin coincide con el llamado cero absoluto (equivale en cios, etc., sobre todo si son de estructura metálica. la escala Centígrada a 273° negativos o bajo cero). Es una temperatura tan baja que en ella un gas cualquiera deja Al estudiar la dilatación se encuentran tres fenómenos: de ejercer presión y sus moléculas quedan completamente inmóviles (energía cinética nula). Dilatación lineal Dilatación superficial Para convertir de ºC a ºF: ºF = ºC · 1,8 + 32 Dilatación cúbica Para convertir de ºF a ºC: ºC = (ºF-32) ÷ 1,8 Para convertir de K a ºC: ºC = K – 273,15 Dilatación lineal Para convertir de ºC a K: K = ºC + 273,15 Es el aumento de longitud de un cuerpo al ser calentado. Para convertir de ºF a K: K = 5/9 (ºF – 32) + 273,15 Su fórmula es: AL= L- Lo. Para convertir de K a ºF: ºF = 1,8 (K – 273,15) + 32 La dilatación es directamente proporcional a la variación de temperatura. Otra forma de relacionar las escalas es realizar igualdades entre ellas y luego simplificarlas: Centígrada Réamur K-273 Kelvin C-0 R-0 F-32 K-273 100 80 180 100 C R F-32 K-273 100 80 180 100 C R F-32 K-273 ΔL: Dilatación Lineal o Variación de Largo 5 4 9 5 Lo: Largo Inicial L: Largo Final. Se han dividido los intervalos que existen en cada escala α: Coeficiente de Dilatación lineal. entre ebullición y fusión por un número común para simplifi- Δt: Variación de Temperatura. carlo (en este caso la división se ha hecho por 20). De esta manera quedan cuatro fórmulas o igualdades que permiten pasar de unas a otras fácilmente. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 29  Manual de incendios Dilatación superficial Dilatación cúbica o volumétrica Es el aumento de superficie de un cuerpo al ser calentado. Es el aumento de volumen de un cuerpo al ser calentado. En ella predomina la variación en dos dimensiones de un Se da en aquellos sólidos que tienen tres dimensiones (alto, cuerpo; es decir: el largo y el ancho. ancho, profundo), por ejemplo esferas, prismas y cubos. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. ΔS = So · β · Δt ΔV = So · γ · Δt S – So = So · β · Δt V – Vo = So · γ · Δt S – So = So · 2β · Δt V – Vo = Vo · 3γ · Δt ΔS: Dilatación