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Tema 12. TEORÍA DEL FUEGO. Naturaleza del fuego. El triángulo del fuego: combustible, comburente y energía de activación. El tetraedro del fuego. Elementos para la continuidad del fuego: reacción en cadena. Tipos de combustibles. Clasificación de los fuegos según norma UNE. Influencia de la electric...

Tema 12. TEORÍA DEL FUEGO. Naturaleza del fuego. El triángulo del fuego: combustible, comburente y energía de activación. El tetraedro del fuego. Elementos para la continuidad del fuego: reacción en cadena. Tipos de combustibles. Clasificación de los fuegos según norma UNE. Influencia de la electricidad. Productos de la combustión: gases, humos, calor, llama. Parámetros característicos: temperatura de vaporización, temperatura de ebulición, temperatura de inflamación, temperatura de encendido, temperatura de ignición espontánea. Rango de inflamabilidad. Límite inferior de inflamabilidad y límite superior de inflamabilidad. Influencia de la temperatura. Deflagraciones y detonaciones. Fenómenos físicoquímicos asociados a incendios en interiores: FlashOver. Backdraft, RollOver. BoilOver. Fenómeno BLEVE. OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Temario Técnico NATURALEZA DEL FUEGO OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL 2018 Según la norma UNE-EN ISO 13943 (Seguridad contra incendio. Vocabulario) fuego es: - “proceso de combustión caracterizado por la emisión de calor y efluente de fuego y acompañado normalmente de humo, llama o incandescencia o una combinación de ellos”. “combustión auto sostenida que se ha preparado deliberadamente para proporcional efectos útiles y está limitada en su extensión en tiempo y espacio” Definimos químicamente el fuego como una reacción exotérmica de oxidación-reducción de una sustancia combustible con un oxidante, la cual viene acompañada de luz y calor, así como desprendimiento de humos y productos volátiles. Esa luz puede manifestarse tanto en forma de llamas como incandescente. Dependiendo de la velocidad de este proceso estaremos ante una simple oxidación o una violenta explosión. Se trata de una reacción exotérmica porque se produce con desprendimiento de calor, debido a que los productos resultantes de la misma tienen menos energía que los que la originaron. Hablamos de una reacción de oxidación-reducción porque se trata de una reacción química entre dos elementos en la que uno se oxida a costa del otro, que se reduce. El elemento que se reduce es el agente oxidante, que roba electrones al agente reductor. REACCIÓN REDOX En ese intercambio de electrones, puede ocurrir que queden electrones sin pareja, es decir, sin conseguir volver a enlazarse. De esta forma es como se crean los radicales libres, los cuales son muy inestables, y reaccionan con facilidad para encontrar el electrón necesario para alcanzar su estabilidad. Al robar ese electrón a otra molécula, esta quedará inestable y se convertirá igualmente en un radical libre. Triángulo del fuego Para que exista un fuego son necesarios tres elementos o factores: Combustible, comburente y energía de activación, los cuales son representados mediante la figura geométrica del triángulo, y esto es lo que se conoce como “triangulo del fuego”. Combustible Cualquier sustancia o materia capaz de arder en contacto con el aire, oxigeno, o mezcla de gases que contengan oxígeno. Pueden clasificarse, según su estado físico, en sólidos, líquidos y gaseosos. Comburente Elemento en cuya presencia el combustible puede arder, normalmente el oxígeno del aire, aunque existen otros productos que también pueden ser comburentes, tales como los peróxidos, nitratos, cloratos, ozono, etc… El aire que respiramos está compuesto en un 21% de oxígeno, un 78% de nitrógeno y un 1% de vapor de agua y otros cuantos, como el dioxido de carbono. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Energía de activación Es la energía (calor) que hay que aportar para que el combustible y el comburente reaccionen. Es aportada por los focos de ignición, y puede tener distintos orígenes: 1. Químico. Cualquier reacción química que desprenda calor (exotérmica), como la descomposición de la materia orgánica. 2. Eléctrico. Debido al paso de la corriente eléctrica, como el arco eléctrico o la carga estática. 3. Mecánicos. Derivada de choques y roces entre materiales, provocando asi calor de fricción o calor de compresión. 4. Natural. Como puede ser la caída de un rayo. Tetraedro del fuego. Sin embargo, existe un cuarto factor, responsable de que el fenómeno fuego progrese, al que llamamos reacción en cadena, dando así lugar a una nueva figura que denominamos “tetraedro del fuego”, el cual consiste en un conjunto de reacciones que tienen lugar en el seno de llama. Las combustiones son reacciones exotérmicas, desprenden parte del calor disipándolo en el ambiente (UNE-EN ISO 13943:2012). Pero hay otra parte que es destinada a seguir calentando la mezcla de combustible y comburente, generándose nuevamente una energía de activación. Si eliminamos cualquiera de estos cuatro elementos, al igual que con el triángulo del fuego, la combustión no se produce y el resultado es la extinción. Reacción en Cadena ocurre en la llama Antes decíamos que en las Reacciones Exotérmicas se producía calor por que la energía contenida en los productos resultado de la reacción era menor que la contenida en los primitivos productos que reaccionaban. Pues bien, lo normal es que esa energía sobrante (calor) se disipe en el ambiente. Si el ambiente no es apto para disipar todo el calor que se produce, o simplemente es que se genera demasiado calor, lo que ocurre es que ese calor no disipado queda calentando la mezcla combustible-comburente, con lo que se convierte en nueva energía de activación que provoca el reinicio o ayuda a que la reacción continúe. Es decir, se produce una reacción en cadena. Sí la energía que se desprende no es suficiente el proceso se detiene (no hay reacción en cadena), pero si es igual o superior a la necesaria la reacción se “encadena” hasta que no existan productos a reaccionar o no actuemos con algún sistema de extinción. Esta reacción en cadena constituye el cuarto Factor del Incendio. A partir de estos estudios en vez de hablar del Triángulo del Fuego se comenzó a hablar de tetraedro del fuego, asimilándolo a un tetraedro regular en el que cada una de las caras representa uno de los Factores del Incendio. Al igual que en el caso del Triángulo, si falta una de las caras desaparece el tetraedro y, por tanto, el Fuego. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL TIPOS DE COMBUSTIBLES Los combustibles son todas aquellas sustancias capaces de arder por medio de una reacción química con un comburente, y pueden encontrarse en tres estados distintos: sólido, líquido y gaseoso. Sólidos Tienen forma definida y volumen constante. Entre sus moléculas predominan las fuerzas atractivas. Para que un sólido arda debe estar en estado de gas. Todos los sólidos combustibles queman produciendo brasas, siendo su combustión con llama o incandescente. La madera, y por extensión cualquier materia celulósica como el papel, es el combustible más antiguo que existe, además del más habitual que encontramos presente en los incendios. La densidad y la humedad de la misma son determinantes en su comportamiento ante el fuego. La combustión del papel va a depender en gran medida de su compactación y su composición. Así una bala de papel prensado arderá lentamente y con dificultad, mientras que el papel suelto lo hará mucho más rápido. Los plásticos suelen ser poco resistentes al calor, ante el cual se reblandecen, se deforman y se descomponen, ya sea mediante combustión produciendo humos muy densos y gases tóxicos o sin ella. En cuanto a los metales, un factor fundamental en su combustión es el estado de disgregación de los mismos. El acero o el aluminio, por ejemplo, que no se consideran combustibles, pueden entrar en ignición si están finamente divididos. Tres características de los metales son - - - Ductilidad. Propiedad que presentan ciertos materiales de deformarse sostenible-mente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos, por la acción de la fuerza. Los materiales no dúctiles son considerados frágiles. Maleabilidad. Propiedad de un material duro de adquirir una deformación acuosa mediante una descompresión sin romperse. A diferencia de la ductilidad, que permite la obtención de hilos, la maleabilidad favorece la obtención de delgadas láminas de material. Disgregación. Separación de las partículas que constituyen una sustancia. Por último, los polvos, cuya nube en suspensión da lugar a una rápida combustión con importante formación de gases y como consecuencia, la creación de peligrosas atmósferas explosivas (ATEX). Es posible encontrarlos en dos formas distintas: - En lecho: cuando las capas están depositadas sobre superficies. En principio, y salvo que sea levantado, su único riesgo es el de incendio. En nube: En este caso sí existe un riesgo real de explosión, al encontrarse el polvo en el aire y mezclado con él. Con el tiempo, si no es sometido a ninguna acción como el viento, puede llegar a depositarse en las superficies (lecho). Líquidos Tienen volumen, pero carecen de forma propia y se adaptan al recipiente que los contiene. Las fuerzas moleculares están casi en equilibrio, con ligero predominio de las atractivas. Para que un líquido arda debe estar en estado gaseoso. La instrucción técnica complementaria MIE APQ-0 «Definiciones generales» puntualiza que: - Líquido combustible. Aquel cuyo punto de inflamación es igual o superior a 60ºC. Líquido inflamable. Aquel cuyo punto de inflamación es inferior a 60ºC. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Gases No tienen forma ni volumen propio, sino que se adaptan a la forma del recipiente que los contiene y lo ocupan completamente. Entre sus moléculas predominan las fuerzas de repulsión. Presentan ciertas ventajas en cuanto a almacenamiento y transporte si los comparamos con los sólidos y los líquidos. Dado que todas las sustancias pueden adoptar el estado gaseoso, según la temperatura y presión que se les aplique, denominamos gases a aquellas sustancias que existen en este estado a 20ºC y 1 atmósfera de presión. Consecuencia de ello es su facilidad de combinación con el comburente. CLASIFICACIÓN DE LOS FUEGOS SEGÚN NORMA UNE En función de la naturaleza del combustible, la norma UNE-EN 2:1994/A1:2005 establece una clasificación de los tipos de fuego. ▪ Fuegos clase "A" Son fuegos originados por combustibles sólidos que tienen un alto “punto de fusión”. Producen brasas en la combustión y normalmente tienen origen orgánico, entrando en su composición el Carbono y el Hidrógeno. (Papeles, maderas, textiles, carbón, plásticos, etcétera). A recordar que este tipo de combustible antes de arder deben sufrir “pirólisis”. ▪ Fuegos clase "B" Son los ocasionados por combustibles líquidos o sólidos con bajo "punto de fusión". (alquitranes, grasas, etcétera). Antes de arder debe tener lugar la "evaporización". ▪ Fuegos clase "C" Son los fuegos de gases, es decir, combustibles en estado o fase gaseosa, no las combustiones de los gases producidos en la pirólisis o evaporación de los combustibles sólidos o líquidos (respectivamente). También pueden ser clasificados en esta clase los fuegos originados por líquidos a presión (que en realidad se encuentran en fase gaseosa). ▪ Fuegos clase "D" Este tipo de fuegos es muy especial y de muy difícil y peligrosa extinción. Son fuegos originados por metales. Dan lugar a reacciones químicas complejas y lo que ocurre es que normalmente el fuego de este tipo de metales es capaz de desplazar el Hidrógeno del agua (o de otros compuestos) lo que origina explosiones por combustión de este gas. Su extinción es compleja y necesita Agentes Extintores específicos (el uso de agua está prohibido en casi todos los casos). Ejemplos típicos son: magnesio, sodio, potasio, etcétera. ▪ Fuegos de la clase “F” Según la norma UNE EN 2/19 (noviembre de 2005), se define una nueva clase de incendio en función de la naturaleza del combustible la clase “F”, y se explica como “los fuegos derivados de la utilización de ingredientes para cocinar (aceites y grasas vegetales o animales) en los aparatos de cocina". Influencia de la electricidad Algunas normas como la alemana DIN, o la francesa AFNOR contemplan la clase E para fuegos bajo tensión eléctrica. Hace tiempo fue aceptada por nuestra normativa, pero hoy en día está excluida, porque la electricidad está considerada como una forma de energía y como tal, no arde. Una vez que se ha cortado la corriente lo que nos queda es generalmente un incendio de clase A. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL PRODUCTOS DE LA COMBUSTION Cuando de desarrolla una combustión, la reacción entre el combustible y el comburente provoca la emisión de calor, llamas, humos y gases. Llamas Según UNE 13943 : “Propagación subsónica rápida auto sostenida de combustión en un medio gaseoso, normalmente con emisión de luz”. Las llamas son gases incandescentes y se producen cuando la combustión se produce en una atmósfera lo suficientemente rica en oxigeno. Normalmente el aire proporciona esa riqueza de oxígeno suficiente para que existan llamas. Las llamas suelen ser visibles, porque irradian radiaciones luminosas, aunque hay ocasiones en que esto no ocurre así. Por ejemplo, la combustión completa de materiales orgánicos en ciertas condiciones de aporte de oxígeno arde con llama azulada que prácticamente no se ve. El color de la llama depende de muchos factores, entre los que destacan la composición química del combustible y la proporción de oxígeno en el ambiente. También existe un tipo de combustiones, las incandescentes, en que no se producía llama y sí fenómenos visibles del tipo ascuas. COLOR TEMPERATURA (ºC) Rojo oscuro 600-800 Rojo brillante 800-1000 Naranja 1000-1200 Amarillo brillante 1200-1400 Blanco 1400-1600 Tipos de llama En general se establecen dos tipos de llama: las llamas de difusión y las premezcladas. ▪ Llamas de difusión Son el tipo de llamas más común en un recinto cerrado. Este tipo de llamas tiene lugar cuando el combustible y el oxígeno se encuentran el uno con el otro. En este caso, el combustible y el oxígeno no se han mezclado de forma previa antes de su ignición (ambos se encuentran separados, por lo general el combustible formando una bolsa gaseosa inmersa en aire). En este caso lo que ocurre es una mezcla por difusión molecular del oxígeno en la superficie del volumen de gas de combustible, lo cual es un proceso relativamente lento, aún cuando la velocidad del proceso aumente por las elevadas temperaturas. Las llamas de difusión por lo general son amarillas debido a la incandescencia del carbón que se forma en el proceso. Un ejemplo típico es el de un quemador Bunsen cuando la apertura del aire está cerrada , lo que resulta en una llama lenta, brillante y lacia. Lo mismo, por ejemplo, ocurre con la llama de una vela. Se estima que el rendimiento en el proceso de combustión de una vela es de un 25%. ▪ Llamas Premezcladas Este tipo de llamas se dan cuando el combustible y el oxígeno se han mezclado previamente y la mezcla se encuentra dentro del rango de inflamabilidad antes de que la combustión se produzca. Este tipo de llamas en el transcurso de un incendio en un recinto cerrado pueden darse cuando por ejemplo se produce un backdraught (ver sección de fenómenos asociados al desarrollo de incendios). Si volvemos a nuestro quemador Bunsen, descrito anteriormente, y en esta ocasión abrimos el paso de aire lentamente, esto permite al oxígeno y al combustible mezclarse de forma previa antes de que ocurra la combustión aumentando considerablemente la eficacia de la misma, lo cual se demuestra por el color, temperatura y velocidad de la llama. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Humo Según norma UNE-EN 13943 son: “parte visible de un efluente del fuego”. Un efluente del fuego según la misma norma serian la totalidad de los gases y/o aerosoles (incluyendo partículas en suspensión) originado por una combustión o una pirólisis. Se componen de partículas de diferente tamaño y color, incompletamente quemadas, que son arrastradas por corrientes de convección y se hacen visibles obstaculizando el paso de la luz hasta impedirlo por completo. Por experiencias de Bomberos, se reconoce que un 60% de incendios con los que se tienen que enfrentar, no se distinguen las manos extendidas frente al rostro. El humo puede también ser inflamable cuando se encuentra con una adecuada proporción de calor y de oxígeno. El humo es irritante para el aparato respiratorio y para los ojos. Su color depende de las sustancias que arden y de la cantidad de oxígeno presente. En función de los materiales que arden, los humos pueden presentar una coloración concreta. A título de ejemplo, podemos citar: HUMOS DE MONTE HUMOS INDUSTRIALES Blanco Hierba y pasto Blanco Productos vegetales como forrajes, piensos, polímetros sintéticos. Gris Matorral ligero Gris Compuestos celulósicos comunes, fibras artificiales Amarillo Pinares Amarillo Sustancias químicas que contienen azufre, ácido clorhídrico y nítrico Azulado Monte bajo de roble o encina poco denso Negro claro Altos polímetros naturales o sintéticos, caucho, poliéster. Negro Monta bajo de roble o encina muy denso Negro oscuro Petróleo y derivados, fibras acrílicas, poliestirenos. Siempre a título orientativo, podemos utilizar la siguiente regla: • • • Humo Blanco. Arde libremente. Humo Negro. Falta de oxígeno. Humo Amarillo, Rojo O Violeta. Existe la posibilidad de gases tóxicos. Hay que incidir en el hecho de que la adopción de esta norma es meramente orientativa, ya que puede darse el caso de que un determinado color enmascare a otro y, por tanto, no detectar su presencia, por lo que no debemos descuidar las medidas de protección que debamos adoptar. Gases Según norma UNE-EN 13943 son: “parte gaseosa de los productos de la combustión”. Cuando arde un combustible, se descompone en una serie de productos que, por sí mismos o tras reaccionar con los componentes del aire, provocan la emisión de una serie de gases cuyos principales riesgos suelen ser su toxicidad y su temperatura. Sin lugar a dudas, el enemigo principal con el que se tiene que enfrentar el Bombero en su labor ante un incendio, es la formación de gases, ya que estos ponen en peligro su propia supervivencia. Las estadísticas demuestran que el mayor número de víctimas mortales son consecuencia directa de las emanaciones del incendio y no a causa de las llamas. La naturaleza de estos gases dependerá del tipo de combustible que arda, lo que dificulta una exposición detallada de estos riesgos. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Algunos de esos gases pueden detectarse mediante un determinado olor, sin embargo, el hecho de que no aparezca un olor específico no significa que no se encuentre presente. Existe la posibilidad de que esté enmascarado por otro olor más fuerte. Formula Química Gas Producto Causa que lo produce Densidad Olor Lesiones Co Monóxido de carbon - Combustiones incompletas. - Fosas sépticas. - Humos de escape de vehículos. - Estufas. - Materiales orgánicos. Menos pesado. 0,97 Inodoro Asfixiante químico. Co2 Dióxido de Carbono - Combustiones completas. - Materiales orgánicos. Más pesado. 1,5 Inodoro Asfixiante . No tóxico. HCN Cianuro de - Sustancias que contienen Hidrógeno Nitrógeno. - Poliuretanos. - Seda, Nylon, Lana. - Cloruro de Polivinilo -PVC- Menos pesado. 0,93 Almendras amargas Paraliza el Sistema Respiratorio. Asfixiante químico. Fosgeno - Descomposición de refrigerantes. Más FREÓN. pesado. 3,4 Daña la vista. Irritante. Asfixiante químico. Acroleina - Madera, papel. - Pirólisis de polietileno. Más pesado. 1,9 Tóxico. Irritante. NH3 Amoniaco Materiales combustibles que contienen Nitrógeno. Menos pesado. 0,6 CLH Cloruro de - Materiales plásticos que Hidrógeno. contienen cloro. Ácido - Cloruro de Polivinilo. PVC. Clorídrico. Más pesado. 1,3 H2S Sulfuro de -Sustancias con azufre como lana, Hidrógeno o pelo carnes y cuero. Ácido Sulfhídrico. Más pesado. 1,2 SO2 Dióxido de Azufre - La mayoría de cauchos. - Polisulfuros – polisulfurones - Más pesado. 2,3 Irritante. NO2 Dióxido de Nitrógeno - Nitrato de celulosa, amoníaco. - Madera, metales. - Humos de escape de vehículos. Más pesado. 1,3 Pulmonares. Irritante. Metahemoglobinizante. C6H6 Benceno o Benzol - Poliestireno. - Poliésteres. - PVC. Más pesado. PVC. Muy tóxico. Cancerigeno. Afecta al SNC. Acré Irritante, daña ojos y pulmones. Irritante. Huevos podridos Irritante. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Calor Calor de combustión es la energía térmica producida por combustión de la unidad de masa de una sustancia dada (Norma UNE-EN 13943). El calor es una forma de energía y no hay que confundir su concepto con el de temperatura. Del calor, aunque hasta ahora nadie ha conseguido definirlo con claridad, se sabe que es el efecto del movimiento rápido de las moléculas que tratan de formar materia. Como hemos visto en las combustiones, al ser reacciones exotérmicas, se produce calor. Este calor que se produce en los incendios es el principal causante de la propagación de los mismos. MATERIA PODER CALORÍFICO EN Mcal/kg. Madera 4 Leña seca al aire 3,7 Gasolina 11 a 11,3 Aceite de guisar 10,2 a 11,00 Propano 11 Butano 10,9 Fuel-oil 11 Afecta directamente a las personas y puede llegar a ser mortal. Daña las vías respiratorias, produce deshidrataciones y quemaduras, etc. Respecto a las construcciones, el incendio puede producir la ruina de las mismas por afectar a sus estructuras, sobre todo sin son metálicas y no están protegidas. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS Cuando nos referimos a los parámetros característicos estamos haciendo referencia a toda una serie de características que van a definir desde el punto de vista físico a un combustible, lo cual va a influir tanto en las distintas operaciones de transporte y almacenamiento de este, como en la forma de proceder de cara a su extinción o su comportamiento en un incendio. Dichos parámetros, los cuales están perfectamente determinados en los manuales y fichas técnicas, corresponden a sustancias puras y a unas condiciones normalizadas de ensayo, las cuales rara vez se presentarán en nuestras intervenciones. Temperatura de vaporización La vaporización o evaporación es el proceso físico de cambio de fase a través del cual la materia pasa de estado líquido o sólido a gaseoso (vapor). Es un término de uso general, en el contexto de las ciencias, que puede abarcar y agrupar procesos más específicos de transformación, como la sublimación (paso del sólido al gaseoso) o la ebullición (paso intenso del líquido al gaseoso). Se llama temperatura o punto de vaporización a la temperatura mínima necesaria para que un combustible comience a generar vapores inflamables. En los líquidos no inflamables es la temperatura a la que esos líquidos pasan a ser vapor. El calor necesario para alcanzar la temperatura de vaporización sigue la fórmula: Qc = mCD t, donde C es el calor específico de la sustancia en estado líquido. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Temperatura de ebulición Temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido. La Temperatura de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales ( 1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión. Para las sustancias que hierven en el intervalo de la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura es de aproximadamente 0.3º/kPa o 0.04º/mm Hg (donde la presión es aproximadamente de una atmósfera). El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 K) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 K). Temperatura de inflamación TEMPERATURA INFLAMABILIDAD, FLASH POINT Según Norma UNE-EN ISO 13943:2018 (punto de inflamación) temperatura mínima a la que un material o un producto se debe calentar para que los vapores emitidos prendan momentáneamente en presencia de llama bajo condiciones especificadas. La temperatura de inflamabilidad o destello, también llamado flash point, es el conjunto de condiciones en que una sustancia inflamable puede iniciar una combustión en caso de que se le aplicara una fuente de calor a suficiente temperatura como para alcanzar el punto de ignición. Dicho de otra forma, es la temperatura mínima a la que un líquido inflamable desprende suficiente vapor como para formar una mezcla inflamable, bien con el aire que rodea la superficie del líquido, bien en el interior del recipiente donde se contenga dicho líquido. Para determinar el flash point o temperatura de inflamabilidad se realizan ensayos en laboratorio empleando una llama que actúe como foco de ignición. El líquido inflamable se caliente poco a poco y, a intervalos crecientes de temperatura, se va aplicando una llama de prueba a la cámara de vapor. Cuando se observa un destello (flash) se considera que el líquido ha alcanzado el punto de inflamabilidad. El flash point o temperatura de inflamabilidad de un líquido inflamable es una propiedad fundamental en lo que se refiere al peligro de incendio y explosión. Si la temperatura de un líquido está por debajo de su punto de inflamación, no puede existir suficiente concentración de vapor inflamable para que pueda ocurrir la ignición. Sin embargo, si se forman nieblas de líquidos inflamables, estas pueden inflamarse al entrar en contacto con una fuente de ignición, por debajo de su punto de inflamación. También hay que tener en cuenta que la variación de la presión atmosférica tiene influencia sobre los valores de las temperaturas de inflamación, que suelen estar determinados a nivel del mar. En este sentido, hay que tener en cuenta que un aumento de presión eleva el punto de inflamación y una disminución de la presión lo reduce, en cuyo caso (zonas de mayor altitud) la concentración inflamable se alcanza más fácilmente. Temperatura de encendido TEMPERATURA IGNICIÓN, FIRE POINT, PUNTO DE COMBUSTIÓN Según UNE-EN ISO 13943:2018 temperatura mínima a la que un material se prende y continua ardiendo durante un tiempo especificado después de que se haya aplicado una llama pequeña normalizada a susuperficie bajo condiciones especificadas. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL La Temperatura de Ignición o Fire Point o Punto de Combustión corresponde a la temperatura mínima a la cual un combustible emana vapores suficientes como para, ante una fuente de ignición, se enciendan y mantengan la combustión. En este caso la temperatura de ignición de la gasolina es de 456 °C, lo que significa que para encenderse, ante una fuente de ignición, sus vapores deben alcanzar esta temperatura, en cambió que el keroseno, solo necesita 37°C para que estos, en presencia de una fuente calórica, se enciendan y mantengan la combustión. Lo anterior implica, por ejemplo, en relación a las Temperaturas de Gasificación e Ignición, que el keroseno emite vapores a los 37,8 °C (Temperatura de Gasificación) y que si estos vapores encuentran un objeto a 256°C inmediatamente se inflamarán (Temperatura de Ignición). Temperatura de ignición espontánea TEMPERATURA DE AUTOENCENDIDO, AUTOINFLAMACIÓN AUTOIGNICIÓN Según UNE-EN ISO 13943:2018 temperatura mínima a la cual se obtiene ignición por calentamiento, bajo condiciones de ensayo especificadas, en ausencia de cualquier fuente de ignición por llama. Temperatura mínima a la que una sustancia combustible es capaz de inflamarse y mantener la combustión en ausencia de una fuente de ignición. La temperatura mínima, a presión de una atmósfera (1013 hPa), a la que un combustible (sólido, líquido o gas) en contacto con el aire, arde espontáneamente sin necesidad de una fuente de calor exterior. A esta temperatura se alcanza la energía de activación suficiente para que se inicie la reacción de combustión. Este parámetro recibe también el nombre de temperatura de autoencendido, temperatura de ignición espontánea o autógena. El punto de autoignición o punto de autoinflamación es una característica de un material inflamable (combustible) que define las condiciones (temperatura, presión, tipo de atmósfera) en que se inicia una reacción en cadena de oxidación violenta y el proceso de combustión continua sin intervención de una fuente externa de calor. PUNTO DE AUTOIGNICIÓN, PUNTO DE AUTOINFLAMACIÓN La diferencia entre punto de autoignición y temperatura de autoignición es que la temperatura puede variar ante la presencia de catalizadores como polvo de óxido de hierro, en atmósferas ricas en oxígeno y ante presiones elevadas. El punto define no solo la temperatura, sino las condiciones del entorno, y cuando se habla de temperatura, se presupone que estas son las normales RANGO DE INFLAMABILIDAD. LÍMITE INFERIOR DE INFLAMABILIDAD Y LÍMITE SUPERIOR DE INFLAMABILIDAD Límites de Inflamabilidad Para poder tener una ignición debe existir una concentración de vapores de combustible suficiente en el aire. Es por ello que no todas las mezclas combustible-comburente son susceptibles de entrar en combustión, sino que solamente reaccionarán algunas mezclas determinadas. Se definen los límites de inflamabilidad como los límites extremos de concentración de combustible-aire por fuera de los cuales no va a ser posible la ignición. Estas concentraciones se expresan en porcentaje y en volumen de vapores de combustible en mezcla con un comburente. Límite Superior de Inflamabilidad (LSI) Es la máxima concentración de vapores de combustible en mezcla con un comburente por encima de la cual no se produce combustión. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Límite Inferior de Inflamabilidad (LII) Es la mínima concentración de vapores de combustible en mezcla con un comburente por debajo de la cual no se produce la combustión. Límites de inflamabilidad de algunas sustancias Gases Líquidos Sustancia Propano Cloruro de vinilo Metano Propileno Acetileno Monóxido de carbono Butano Etano Hidrógeno Tolueno Alcohol Etílico Acetona Benceno Aguarrás Amoníaco Gasolina Pentano Bisulfuro carbono Decano L.I.I. 2,2 3,6 5,0 2,4 2,5 12,5 L.S.I. 9,5 33 15,0 11 81 74 1,9 3 4 1,2 4,3 2,5 1,4 1,1 16 1,5 1,5 1,3 0,8 8,5 12,4 75 7,1 19,0 12,3 7,1 6,0 25 7,6 7,8 50 5,4 Rango de inflamabilidad El intervalo de concentraciones que queda entre ambos límites superior en inferior, es lo que conocemos como Rango de inflamabilidad, y cada combustible tiene el suyo propio. Por debajo del L.I.I. la mezcla será pobre (es decir, poco combustible en comburente) para arder, mientras que por encima del L.S.I. la mezcla será rica (demasiado combustible en la mezcla en proporción con el comburente). La mezcla ideal es la proporción en la mezcla de gases que produce el máximo efecto. Se denomina también punto estequiométrico. Y en él, la velocidad de la reacción será máxima Influencia de la temperatura. Los límites de inflamabilidad son variables con la presión y la temperatura. Así, al aumentar la temperatura de la mezcla, se ensancha el Rango de Inflamabilidad, y al disminuir ésta, el margen Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL se estrecha. Por lo que, al disminuir la temperatura, una mezcla inflamable puede dejar de serlo, al quedar situada por encima o por debajo de los límites. DEFLAGRACIONES Y DETONACIONES Deflagración La norma UNE EN 13943 define la deflagración como una onda de combustión acompañada por una explosión propagada a velocidad subsónica. Se da cuando una masa de gas mezclada con aire arde súbitamente dando un frente de llama de elevada temperatura, que se propaga como una bola de fuego a una velocidad superior a 1m/sg, pero inferior a la velocidad del sonido, (340m/sg). Genera fenómenos de presión con valores comprendidos entre 1 y 10 veces la presión inicial, produciendo efectos sonoros o flashes. Detonación Detonación es una onda de combustión acompañada por una explosión propagada a velocidad supersónica y que se caracteriza por una onda de choque (UNE EN 13943). Esta se caracteriza por una elevada presión, pudiendo llegar a valores superiores a 100 veces la presión inicial. En este caso, la combustión de la masa de gas se produce en décimas de segundo, pudiendo ocasionar innumerables daños. FENÓMENOS FÍSICO-QUÍMICOS ASOCIADOS A INCENDIOS EN INTERIORES Como hemos estudiado a lo largo del tema, el oxígeno es un elemento imprescindible para que un incendio tenga lugar. Su importancia radica además en que según el aporte que sea suministrado (voluntaria o accidentalmente) se van a desencadenar una serie de fenómenos altamente peligrosos para los bomberos, los cuales van a depender también de otra serie de factores que enumeraremos a continuación. Existe incluso en nuestros días u cierta falta de criterio común entre las distintas escuelas, países y organismos para establecer una definición precisa para cada uno de estos fenómenos. Si bien es cierto que todos ellos se encuentran estrechamente relacionados entre sí, hay un amplio debate en lo que a sus denominaciones se refiere, no tanto debido a las características que los acompañan como a las traducciones realizadas de uno a otro idioma. FLASHOVER quimica La UNE-EN ISO 13943:2018 lo define como <fase del fuego> transición a un estado de implicación de la superficie total en un fuego materiales combustibles dentro de una envolvente Lo definimos como un aumento repentino de la velocidad de propagación de un incendio confinado debido a la súbita combustión de los gases acumulados bajo el techo y a la inflamación generalizada de los materiales combustibles del recinto como consecuencia de la radiación emitida por esta capa de gases caliente. Es lo que conocemos como una combustión súbita generalizada y, para que ocurra, es necesario que el fenómeno tenga lugar en un compartimento cerrado, o parcialmente cerrado (siempre con techo) que disponga de cierto aporte de aire a través de huecos de ventilación y que el incendio lleve al menos diez minutos desarrollándose, (evidentemente los tiempos son aproximados, ya que el flash over depende de muy diversos factores). De entre ellos podemos enumerar: - Superficie del compartimento incendiado. - Altura de su techo. - Altura de los materiales combustibles. - Altura del origen del incendio y distancia a la pared. - Características de los materiales constructivos (espesor, humedad…) - Poder calorífico de los materiales del recinto. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL - Los mencionados huecos de ventilación. Si lo que pretendemos es ajustarnos exactamente a la norma (UNE EN ISO 13943) definiremos el flash over como una transición al estado de combustión generalizada de las superficies del conjunto de materiales combustibles de un recinto. Hay varios indicios o síntomas que nos avisan del riesgo de un inminente flashover, y estos pueden ser clasifi cados según tres etapas o momentos distintos de la intervención. Aproximándonos al lugar del incendio Que el fuego se haya originado hace más de 10 minutos. Sabemos que hay incendio por el humo, pero no se aprecian llamas saliendo por ventanas (desarrollado). Dicho humo es muy denso y oscuro. Entrando al edificio Se ven lenguas de fuego bajo el techo (flame over/roll over). La temperatura aumenta considerablemente. Al tocar la puerta de la vivienda se palpa una excesiva temperatura. Dentro del compartimento incendiado Crecimiento desmesurado de las llamas, con enorme radiación calorífica. Temperatura a la altura del techo de entre 500 y 600ºC. Se hace necesario agacharse. Descenso del plano neutro, consecuencia del aumento de la capa de gases bajo el techo El mobiliario próximo al fuego emite vapores visibles. La escuela sueca subdividía el flash over en distintas categorías, las cuales tienen su equivalencia, con nombres distintos, en otras escuelas. Así podemos encontrar las definiciones de: Flash over pobre. La capa de gases a la altura del techo se vuelve cada vez más inflamable a medida que aumenta la temperatura y la concentración de gases no quemados, hasta entrar dentro del anteriormente explicado Rango de Infl amabilidad o, para ser más exactos, hasta alcanzar su Límite Inferior, provocando una corta y poco violenta combustión, la cual se repetirá siempre que exista un aporte de oxígeno; de lo contrario, el fuego quedará en estado latente. Es lo que en otros países se conoce como Roll over. Flash over rico. Aquí nos encontramos con el caso contrario al anterior. La mezcla de gases, que aun no han alcanzado su temperatura de ignición espontánea, se encuentra fuera del Rango de Inflamabilidad, concretamente por encima de su límite superior, siendo así necesario un aporte de aire que la rebaje y que sea capaz de provocar una llama al recorrer las brasas. Ciertas escuelas conocen este tipo de flash over con el nombre de Backdraft ). A su vez, la escuela sueca subdividía este concepto de flash over rico en dos clases distintas Flash over rico y caliente. Cuando la temperatura de los gases está por encima de su temperatura de ignición espontánea, los gases se inflamarán instantáneamente al con-tacto con el aire sin necesitar de una energía externa de activación. En consecuencia, es lógico pensar que la deflagración tendrá lugar en la zona más próxima a la vía de entrada de oxígeno, normalmente la puerta o la ventana. Algunas escuelas lo consideran como una inflamación de los gases del incendio. arde solo con entrada aire temp. caliente Flash over rico y demorado. Una capa o bolsa de gases calientes se ha alejado del foco origen del incendio, encontrando una fuente de ignición en su camino. Esto provoca cierto retraso en la deflagración, al no estar los gases a la temperatura necesaria para arder por sí mismos. Algunas escuelas denominan a este fenómeno como explosión de humos, aunque otras lo conocen como Backdraft . Al ser rico, la mezcla no se encuentra dentro de su rango y no es hasta la apertura del hueco de ventilación, una vez que el aire ha sido aportado y ha rebajado la concentración de gases cuando se produce el fenómeno. gases frios necesitan foco ignicion temp.fria Temario Técnico BACKDRAFT OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL quimica La UNE-EN ISO 13943:2018 lo define como Combustión con llamas rápida causada por la introducción repentina de aire dentro de un espacio confinado deficiente en oxígeno que contiene productos calientes de combustión incompleta. La NFPA lo define como una explosión o rápida combustión de los gases calientes que ocurre cuando se introduce oxígeno en el interior de una construcción que no había sido apropiadamente ventilada y en la que se ha agotado el oxígeno debido al fuego. En definitiva, es una reacción de combustión a gran velocidad que va acompañada de ondas de presión que usualmente ocasionan daños en la estructura. Dos factores imprescindibles para el desarrollo de un backdraft son: existencia de una mezcla rica de gases y la presencia de una fuente de ignición que esté oculta o sea intermitente. También podemos verlo escrito como Backdraught, variación del término acuñada en Rei-no Unido. Este fenómeno se produce a velocidad inferior a la del sonido; es por tanto, subsónica. De manera que en realidad podríamos considerarlo como explosión, “Expansión brusca del gas, que resulta de un proceso rápido de oxidación o reacción de descomposición, con o sin incremento de temperatura”, pero más concretamente en el sentido de ésta como deflagración, y no como detonación. Una de sus características es un retardo a la hora de producirse, es decir, que no ocurre inmediatamente tras la apertura de la puerta y entrada de los bomberos, sino que puede generar situaciones de elevada peligrosidad al desencadenarse la explosión con los intervinientes dentro del compartimento. Es por ello que resulta de vital importancia su correcto reconocimiento gracias a algunos de sus síntomas: - Los focos origen del incendio se encuentran en estado latente. - Las puertas excesivamente calientes dan señales de un posible backdraft - Sonido peculiar, como un silbido o ronroneo sordo. - Pulsaciones apreciables en algunos casos. También conocidas como fenómeno de respiración latente. Como si el fuego estuviera respirando y se pudiera ver su latido por debajo de la puerta. - El incendio tiene lugar en compartimentos cerradas con apenas ventilación. De ellos emanan gases de color negro o amarillo-grisáceo. - Previamente, en ciertos casos, puede verse el fenómeno denominado Roll over. ROLLOVER. FLAME-OVER quimica Se trata de dos conceptos también similares, los cuales preceden al fenómeno de flash-over, que es más bien una etapa final de ellos, que además nos sirven de señal indicadora de su inminente desencadenamiento. Mientras que el flame-over lo consideramos como una rápida propagación del fuego por techos y paredes al pirolizarse sus superficies, el roll-over sería más bien la ignición esporádica de los gases combustibles a nivel de techo durante la fase de crecimiento de un incendio sin que se infl ame el resto del contenido de la habitación. Sin embargo, la NFPA considera los dos términos como el mismo fenómeno, mientras que la norma UNE EN ISO 13943 a la que ya hemos aludido anteriormente no los recoge. FLAMEOVER- fuego por pirolisis materiales techo y paredes ROLLOVER- ignición esporádica de gases combustibles presentes BOILOVER. fisica en el techo en fase de desarrollo incendio. resto local no se inflama Podemos definir el fenómeno conocido por boil-over como un rebosamiento ocasionado por la ebullición de un líquido combustible almacenado en un tanque, el cual tiene depositada en su parte más inferior agua proveniente de la propia composición o proceso del producto (por ejemplo el agua que puede llevar el petróleo derivada del procedimiento de extracción del crudo utilizado) o de la misma extinción llevada a cabo por los sistemas automáticos instalados o por los mismos bombe-ros. Es condición para que esto ocurra que se trate de un recipiente abierto, o que su Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL tapa haya volado fruto de una explosión inicial. De forma similar a como ocurre en los fuegos de sartenes provocados por la diferencia de temperaturas de ebullición entre el aceite y el agua sucede en el caso del boil-over El fenómeno tiene lugar cuando se ha producido un incendio en la superficie del combustible (recordemos que son los vapores infl amables los que arden), el cual va depositando unas capas resi-duales de hollín y otros productos derivados de los hidrocarburos (en el caso del petróleo) a elevada temperatura y con una densidad superior a la del resto del líquido que ocasiona el descenso de dichas capas en forma de olas de calor hacia las partes inferiores del tanque. Se estima la velocidad de descenso aproximadamente entre 40 y 100cm/h, aunque esto depende de numerosos factores, tales como temperatura o densidades. Cuando la capa caliente alcanza el agua decantada en el fondo, provoca que esta alcance su punto de ebullición (100ºC) haciéndola aumentar de volumen, (en el siguiente tema estudiaremos que el agua al pasar de líquido a vapor aumenta su volumen entre 1.500 y 1.700 veces). Esto provoca que el combustible sea lanzado fuera del tanque de forma violenta, a modo de explosión, acompañado de una enorme columna de fuego y negro humo denso que puede alcanzar varias decenas de metros y temperaturas de incluso más de 1.000ºC. FENÓMENO BLEVE Definida como una explosión de vapores que se expanden al hervir el líquido. Dicha definición se extrae de dichas siglas en inglés (Boiling liquid expanding vapour explosion). Las condicionantes para que el fenómeno BLEVE se produzca son la existencia de un gas licuado o líquido sobrecalentado y sometido a presión, los cuales se vean afectados por una bajada brusca de la presión a la que están almacenados. Además, deben darse ciertas condiciones de presión y temperatura que provoquen una nucleación espontánea, entendiendo como tal la formación de un millón de núcleos por milímetro cúbico en un milisegundo. O dicho de otro modo, una evaporación de toda la masa del líquido en forma de flash extremadamente rápida. Conviene separar el concepto BLEVE de su evolución posterior en forma de incendio, con la característica imagen de gran bola de fuego, producida cuando los líquidos o gases que dan lugar al fenómeno son combustibles, dado que perfectamente puede suceder sin necesidad de que exista incendio alguno. Temario Técnico OPOSICIÓN BOMBEROS FERROL Una idea que debemos tener clara antes es la de que un gas se licúa (se convierte en líquido) a base de aumentarle la presión, así como la de que la vaporización ocurre debida a un incremento de la temperatura del producto. Si en un accidente por ejemplo, se rompe una cisterna que transporta un determinado gas, esto generaría un importante descenso de su presión interior, la cual tendería a asemejarse con la presión atmosférica exterior. Al verse reducida dicha presión interior, -que es la que mantenía el gas licuado- se produciría una vaporización instantánea del producto, la cual no podría ser soportada por las paredes de la cisterna. Los gases licuados se deben encontrar a una temperatura superior a la que se encontrarían si estuviesen a una presión de 1 atmósfera (presión atmosférica normal). Tal es el caso del gas natural licuado que transportaba la cisterna que explotó en Octubre de 2.011 en Lorca (Murcia). En dicha BLEVE, la onda de presión generada ocasionó daños materiales de consideración a distancias mayores de 150 metros. Los gases licuados se transportan en cisternas que están aisladas térmicamente. Si dicho aislamiento se viera afectado por el accidente, reduciendo su capacidad, el producto se sobrecalentaría. Las consecuencias directas de la BLEVE son radiación térmica, sobrepresiones por la onda expansiva y proyección de fragmentos metálicos. Las válvulas de seguridad que incorporan este tipo de tanques y cisternas están calibradas para aliviar la presión de las mismas en caso de verse expuestas al fuego, descargando parte del producto que se encuentra en estado de ebullición. Sin embargo, esto tan sólo consigue retrasar el momento de producirse la BLEVE, pero no evitan que ocurra. FISICAS slop over- chipiron- agua- salpicadura estallido- solo en gases comprimidos no licuados bleve boilover QUIMICAS detonacion deflagracion flashover rollover backdraft humos