Tema 4. Física del Fuego PDF

Educalia Balear Teoría del fuego 1. EL TETRAEDRO DEL FUEGO Puede definirse la combustión como: «Reacción exotérmica de una sustancia combustible con un oxidante, fenómeno generalmente acompañado de una emisión lumínica en forma de llamas o de incandescencia con desprendimiento de humos y de producto...

Educalia Balear Teoría del fuego 1. EL TETRAEDRO DEL FUEGO Puede definirse la combustión como: «Reacción exotérmica de una sustancia combustible con un oxidante, fenómeno generalmente acompañado de una emisión lumínica en forma de llamas o de incandescencia con desprendimiento de humos y de productos volátiles». “La reacción de oxidación se acelera cuando le aplicamos calor”. Vemos que muchos materiales pueden ser susceptibles de convertirse en combustibles en un incendio. Si además contemplamos la posibilidad de que algunos productos ardan en atmósferas no convencionales (sin oxígeno), podemos darnos cuenta enseguida de la complejidad que conlleva este fenómeno químico y de lo extenso que puede ser su estudio. Como simple ejemplo de lo dicho anteriormente podemos citar el caso del hidrógeno, que puede arder en atmósfera de cloro sin presencia alguna de oxígeno. Pero para que un fuego se inicie es necesario que los materiales reaccionantes (comburente y combustible) se encuentren en unas determinadas condiciones y que además exista una determinada energía que provoque que la reacción se inicie. A esta energía se la denomina energía de activación. En las combustiones, dado que son reacciones altamente exotérmicas, gran parte del calor producido calienta de nuevo al resto de los materiales combustibles, aportándose la energía de activación necesaria para que el proceso continúe. Una simplificación gráfica habitual para describir el proceso de la combustión es el denominado triángulo del fuego. “identifica los fuegos superficiales o de brasas, en los que no hay llamas”. Con él se quiso significar que el fuego no podía producirse sin que se unieran tres elementos: el combustible, el comburente y la energía de activación (calor). Y que podemos definir de la forma siguiente: — Combustible: es cualquier sustancia capaz de arder en determinadas condiciones. —Comburente: es el elemento en cuya presencia el combustible puede arder (normalmente oxígeno). —Energía de activación: es la energía (calor) que es preciso aportar para que el combustible y el comburente reaccionen. 1 Educalia Balear Teoría del fuego Esta sencilla representación (el triángulo) se aceptó durante mucho tiempo. Sin embargo, se comenzaron a observar algunos fenómenos que no podían explicarse totalmente hasta que se descubrió un nuevo factor, la reacción en cadena, que consiste en un conjunto de reacciones químicas complejas en el seno de la llama que hacen progresar la reacción. Una vez incluido este cuarto elemento, la representación del fuego se realizó mediante el denominado tetraedro del fuego. “El tetraedro del fuego identifica los fuegos con llama”. De la misma forma que en el triángulo del fuego, si cualquiera de los cuatro elementos del tetraedro desaparece, la combustión no se produce y el resultado es la extinción. “la oxidación rápida puede producirse de dos formas: fuegos de brasas y fuegos con llama”. 2. PRODUCTOS DE LA COMBUSTION Los productos resultantes de la combustión pueden ordenarse en cuatro grandes grupos: 2 Educalia Balear Teoría del fuego —Llamas. —Calor. —Humos. —Gases. Cada uno de estos grupos incide de forma importante no sólo en el propio proceso del incendio sino especialmente en la seguridad humana. Conocerlos nos permitirá mejorar nuestra actuación frente al fuego y especialmente realizar todas nuestras acciones de forma más segura. No obstante y dado lo complejo que puede llegar a ser la evaluación de los efectos globales, fisiológicos y psicológicos de la exposición al fuego, describiremos estos factores de forma sencilla y somera aunque evidentemente incidiendo en los aspectos que consideramos más importantes. 2.1. Llamas La llama es un fenómeno luminoso propio de la combustión. La llama es un gas incandescente cuya temperatura es variable dependiendo de factores como el tipo de combustible y el índice de oxígeno. Como referencia y con el fin de tener una idea general podemos suponer que las llamas pueden rondar los 1.600 °C-2.000 °C. Los combustibles gaseosos y los líquidos arden siempre con llama. En los sólidos puede producirse un fenómeno lumínico sin llama denominado incandescencia. También pueden algunos productos descomponerse por efecto del calor, a esta descomposición se le denomina pirólisis. 2.2. Calor y “temperatura” Como hemos comentado al principio del capítulo, las combustiones son reacciones exotérmicas, esto es, desprenden calor. El estudio del calor es muy complejo y por ello realizaremos únicamente una breve reseña del mismo. Los materiales desprenden distintas cantidades de calor en su combustión denominándose poder calorífico a la cantidad de calor emitida por un combustible por unidad de masa. Generalmente se mide en megacalorías por kilogramo de combustible. Valgan como simples ejemplos los de la madera que posee un poder calorífico de 4 Mcal/Kg o el del propano que desprende 11 Mcal/Kg. 3 Educalia Balear Teoría del fuego El calor producido en un incendio eleva la temperatura de los materiales provocando la propagación del fuego, así como daños (quemaduras) tanto a las personas como a los bienes. Esta elevación de temperatura puede causar deshidratación, agotamiento, problemas respiratorios, quemaduras y llegar a la muerte. De todos los productos de la combustión, el calor es el principal responsable de la propagación de fuego pudiéndose transmitir de las siguientes formas: —Radiación. —Convección. —Conducción. “El calor es la forma de energía que eleva la temperatura. Puede medirse por la cantidad de trabajo que desarrolla, por ejemplo la cantidad de calor necesaria para hacer que se expanda una columna de mercurio dentro de un termómetro de cristal. La unidad de medida del calor es la caloría, definida por la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado centígrado. El calor es una forma de energía causada por el movimiento de las moléculas. Toda materia contiene algo de calor, independientemente de lo baja que sea la temperatura, porque las moléculas están en constante movimiento. Cuando se calienta un material, se incrementa la velocidad de las moléculas, y por eso la temperatura también se incrementa. Todo lo que haga que las Moléculas de un material se muevan más rápido produce calor en ese material. Las cinco categorías de energía calorífica son: - Química - Eléctrica - Mecánica - Nuclear - Solar” “TEMPERATURA” “Calor y temperatura no son lo mismo. El calor es una forma de energía y la temperatura es un índice de la diferencia de calor entre dos cuerpos. Existen varias escalas para medir las temperaturas. Las más usuales son: Celsius o centígrada, Fahrenheit y Kelvin. 4 Educalia Balear Teoría del fuego En la escala Celsius, a la temperatura de congelación del agua se le da el valor 0, y a la de ebullición del agua el valor 100. Todo ello para una presión de una atmósfera. Los grados Celsius o centígrados se representan por °C. Así, si se utiliza esta escala, se dice que el agua se congela a 0 °C (cero grados centígrados, o cero grados Celsius), y que el agua hierve a 100 °C. En la escala Fahrenheit, la temperatura de congelación del agua se produce a los 32 grados y la de ebullición del agua a los 212. Los grados Fahrenheit se representan por °F. En esta escala, pues, el agua hierve a 212 °F y se congela a 32 °F. La escala Kelvin se usa fundamentalmente en termodinámica, y para aplicar algunas fórmulas debe utilizarse esta escala. Es similar a la escala Celsius. Pero en ella al 0, se le llama cero absoluto y se corresponde con una temperatura de -273 °C, es decir, 0 °K son 273 °C bajo cero. La temperatura de ebullición del agua en la escala Kelvin es de 373 °K (100 °C), y la de congelación 273 °K (0 °C) Para convertir grados Fahrenheit en Centígrados y viceversa hay que aplicar las siguientes fórmulas: °F = 9/5 x°C+32 °C=5/9 x°F-32 Es decir si queremos calcular cuántos grados Fahrenheit son 40 °C haremos: °F= (9x40)/5 +32= 360/5 +32= 72+32= 104 Es decir, 40 °C equivalen a 104 °F.” “TRANSFERENCIA DE CALOR” “La transferencia de calor en un factor importante en los incendios y tiene influencia en la ignición, crecimiento y extinción de un incendio. Cuando la energía calorífica es transferida a un objeto, su temperatura se incrementa. Cuando se desprende calor, la temperatura disminuye. El calor desprendido del fuego permite que se continúe calentando el combustible, y que se calienten otros combustibles próximos. El calor puede transmitirse de un punto a otro de tres modos: por radiación, por convección y por conducción. La radiación es la transferencia de energía calorífica, desde una fuente caliente a una superficie más fría, por ondas electromagnéticas sin la intervención de ningún medio. Cualquier punto caliente emite radiaciones infrarrojas y ultravioletas que calientan a los objetos circundantes. Por ejemplo, la energía calorífica del sol es radiada a la tierra a través del espacio. La energía radiante puede reducirse o bloquearse utilizando 5 Educalia Balear Teoría del fuego materiales opacos, del mismo modo que una pantalla de árboles proporciona alivio del calor del sol. La velocidad de transferencia de calor depende en gran medida de la distancia entre la fuente de radiación y el objetivo. La cantidad de calor desprendida por radiación depende de la temperatura del fuego, de modo que será mayor cuanto más viva sea la combustión. El fuego calienta también el aire circundante. Cuando el aire se calienta se expande y se hace más ligero, por lo que tiende a ascender. De ese modo el aire caliente, el humo y los gases desprendidos de la combustión se desplazan hacia arriba. Esta propagación de calor mediante corrientes de aire se denomina convección. La convección es la transferencia de energía calorífica normalmente a través de gases de la combustión, desde la fuente de calor hasta las superficies más frías. La diferencia de temperaturas, la ventilación y la velocidad de los gases calientes afectan a la transferencia de calor mediante convección. Al principio de! fuego, la convección juega el papel más importante moviendo los gases desde el fuego hasta las partes superiores de la habitación de origen y a través del edificio. En un recinto cerrado el aire caliente, humo y gases se desplazan hacia el techo, inundando el recinto desde arriba hacia abajo. Por ello, para una persona atrapada en el humo la zona más segura será la más próxima al suelo. Si el humo caliente puede escapar del recinto ascenderá a través de los huecos que encuentre. Una escalera o hueco de ascensores puede hacer que un fuego se propague rápidamente desde una planta cualquiera del edificio a las plantas superiores, incluso sin que las plantas intermedias resulten afectadas. Ya que el humo puede alcanzar temperaturas superiores a los 300 grados centígrados, un incendio puede propagarse por este método de una planta a otra, aunque estén bastante alejadas entre sí. Y finalmente, la tercera forma de propagación de calor es la conducción. Cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto, se produce una transferencia de calor desde el más caliente al más frío. El más caliente se enfriará y el más frío se calentará. La conducción es la forma de transferencia de calor que tiene lugar entre sólidos cuando una parte de un objeto se calienta. La energía se transfiere desde la zona más caliente a la menos caliente. Este proceso es más rápido cuanto mejores conductores del calor sean ambos cuerpos. Los materiales de alta densidad como los metales conducen el calor más rápidamente que los de baja densidad como los plásticos. La conducción es un aspecto importante de la ignición y es también un mecanismo de propagación del fuego. El calor conducido a través de una pared metálica o a lo largo de una tubería o viga metálica puede hacer que un fuego se propague de un recinto a otro o de una planta a otra.” 6 Educalia Balear Teoría del fuego 2.2.1. Radiación Es la emisión continua de calor a través de ondas electromagnéticas. No necesita medio material para propagarse. La energía radiada aumenta rápidamente con la temperatura. El ejemplo más significativo de calor de radiación es el calor recibido del sol. 2.2.2. Convección Es el proceso de transmisión de calor a través de un fluido en movimiento. En el caso de los incendios, el aire caliente se eleva transportando la energía calorífica a otros puntos de los edificios y propagando el fuego de esta forma por la totalidad de los mismos. 2.2.3. Conducción Es el mecanismo de intercambio de calor que se produce de un punto caliente a otro más frío a través de un medio conductor. La conducción varía con cada material; hay materiales muy buenos conductores (la mayoría de los metales) y muy malos (el amianto, el corcho,...). La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales. 2.3. Humo El humo está compuesto por partículas sólidas y líquidas en suspensión en el aire y los gases procedentes de la combustión. Produce una falta de visibilidad que será variable según el color, tamaño y cantidad de las partículas, así como irritaciones sensoriales (ojos y vías respiratorias) e irritaciones pulmonares. En ciertos casos algunas de las partículas que componen el humo se encuentran incandescentes produciendo pequeñas quemaduras que pueden ser graves al afectar a órganos sensibles (por ejemplo los ojos). Dado que el humo evita el paso de la luz, la producción del mismo de forma rápida puede impedir la salida de un edificio al no ser visibles las vías de evacuación. Según se demuestra en casi todos los siniestros reales, el humo constituye el primer factor de riesgo al impedir la visión y producir situaciones de pánico aún antes de sentirse los efectos de la temperatura. 2.4. Gases En todas las combustiones gran parte de los elementos que constituyen el combustible forman compuestos gaseosos al arder. 7 Educalia Balear Teoría del fuego Estos gases pueden ser, en parte, tóxicos y producir en las personas que los respiran incapacidades físicas, pérdida de coordinación, desorientación, envenenamiento e incluso la muerte. Se ha comprobado que los gases procedentes de la combustión producen más muertos que los otros tres productos de la combustión (llamas, calor y humos) en su conjunto. Los gases tóxicos se suelen dividir en tres tipos: asfixiantes, irritantes y venenosos. La gravedad de los efectos depende de la dosis absorbida y de la capacidad tóxica del gas. Lógicamente, al aumentar la dosis aumenta la severidad de la afectación. El gas tóxico más frecuente en los incendios en lugares cerrados es el monóxido de carbono procedente de la combustión incompleta del carbono y es el principal causante de las víctimas en los incendios, aunque existen otros productos como el cianuro de hidrógeno, la acroleína, el ácido clorhídrico (combustión de plásticos clorados) o el anhídrido sulfuroso, etc... que pueden desprenderse en muchas combustiones en cantidad suficiente como para producir serios daños a las personas afectadas. Un factor importante a considerar en todo incendio es la deficiencia de oxígeno que se produce al consumirse éste en la combustión. Cuando el índice de oxígeno baja del 21% hasta el 17% la coordinación motriz disminuye. En niveles comprendidos entre el 14% y el 10% la fatiga aumenta de forma rápida y puede producirse la inconsciencia. Por debajo del 10% se produce la inconsciencia y en poco tiempo la muerte. Este motivo obligará a plantear la rápida evacuación de los locales afectados, no pudiendo intervenir las brigadas de la empresa sin la protección respiratoria adecuada (equipo autónomo). “EL HUMO Y LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN” “El humo es una combinación de gases calientes en el que flotan pequeñas partículas de polvo, carbón, alquitrán y otras. Algunas de las partículas en suspensión son simplemente irritantes, mientras que otras pueden ser mortales. El tamaño de las partículas inhaladas determina la profundidad a que llegarán en unos pulmones desprotegidos. El tipo de gases dependerá del tipo de combustible. El humo será más o menos denso también en función del tipo de combustibles. Algunos combustibles apenas producen humo, mientras que otros queman produciendo enormes cantidades de este elemento. Aunque en todo caso el humo y los gases de la combustión son dañinos para los seres vivos porque su elevada temperatura los hace nocivos y pueden causar lesiones irreversibles en los pulmones, uno de los principales peligros del fuego es la toxicidad de algunos gases desprendidos de la combustión. El daño a los tejidos causado por el aire caliente respirado no es inmediatamente reversible introduciendo aire fresco y frío. En muchos casos es el efecto combinado de los gases tóxicos lo más problemático para las personas involucradas en un incendio. Los gases tóxicos inhalados tienen bastantes efectos perjudiciales sobre los pulmones y en la corriente sanguínea. 8 Educalia Balear Teoría del fuego Algunos gases producidos en la combustión, especialmente cuando se queman productos plásticos pueden ser excepcionalmente tóxicos. Cuando se respiran pueden causar confusión desorientación e incluso la muerte. El humo y los gases de la combustión son los principales peligros en un incendio y son los causantes de la inmensa mayoría de las víctimas en ellos producidos. La mayoría de las muertes por incendio se deben más al monóxido de carbono (CO) que a otros productos de la combustión. El CO es incoloro, inodoro y se presenta con cada incendio. Los incendios con deficiente ventilación y combustión pobre en oxígeno generan más monóxido de carbono. El monóxido de carbono puede causar la muerte incluso cuando se respira en proporciones muy pequeñas. Al no tener color ni olor no puede detectarse mediante nuestros sentidos y su inhalación produce somnolencia. El monóxido de carbono no actúa sobre el cuerpo, pero reacciona con el oxígeno de la sangre evitando que los órganos internos reciban en oxígeno que necesitan para mantener las funciones vitales. Esto lleva a una eventual hipoxia del cerebro y los tejidos, seguida por la muerte. Los síntomas y signos no son indicadores efectivos del envenenamiento por monóxido de carbono ya que los efectos tóxicos impactan de diferente modo a las personas. Se pueden sufrir los efectos de la exposición al CO incluso aunque no sientan síntomas. Los síntomas de una intoxicación por monóxido de carbono también pueden producirse incluso horas después de haber estado respirando una atmósfera rica en monóxido de carbono. El ácido clorhídrico es incoloro, pero es fácilmente detectado por su olor distinto y por la intensa irritación que causa a los ojos y al tracto respiratorio. La etapa de revisión tras un incendio que efectúan los bomberos puede incluso ser peligrosa en lo referente a la intoxicación por este producto. A veces los bomberos se quitan los equipos respiratorios en esta fase, pero el hormigón caliente puede estar a una temperatura capaz de descomponer el plástico de los cables telefónicos y eléctricos liberando ácido clorhídrico. El ácido cianhídrico interfiere la respiración a escala celular y de los tejidos. Como asfixiante, el CNH inhibe la posibilidad del cuerpo de usar oxígeno. El ácido cianhídrico puede ser absorbido a través de la piel. Los materiales que desprenden ácido cianhídrico incluyen la lana, nylon, espuma de poliuretano, caucho y papel. El ácido cianhídrico está usualmente presente en los incendios comunes de mobiliario interior. A pesar de que el dióxido de carbono es generalmente considerado como un agente extintor, es también conocido como un gas que se desprende del propio incendio. 9 Educalia Balear Teoría del fuego Los bomberos deben también prever altos niveles de dióxido de carbono cuando se haya activado un sistema de inundación total por C02. Los sistemas de CO2 están diseñados para apagar un incendio mediante la eliminación de oxígeno y generan por ello una atmósfera peligrosa. El fosgeno se produce cuando un refrigerante, como el freón, contacta con una llama. Es altamente irritante para el pulmón y su gran efecto tóxico no es evidente hasta bastantes horas después de |a exposición. Cuando el fosgeno contacta con el agua, se descompone en ácido clorhídrico. Ya que los pulmones y el tracto bronquial están siempre húmedos, el fosgeno forma ácido clorhídrico en los pulmones cuando se inhala. 3. PELIGROSIDAD DE UN COMBUSTIBLE RESPECTO A SU POSIBLE IGNICIÓN “FUENTES DE CALOR” “La energía calorífica química se genera como resultado de una reacción química. Tal es el caso de la combustión, el calentamiento espontáneo, la descomposición y la solución. Una reacción de combustión (oxidación), genera calor. La cantidad de calor de combustión varía según el material que arde. Unos materiales generan al arder mayor temperatura que otros. Algunas substancias orgánicas se calientan espontáneamente sin la adición de calor externo. El calentamiento espontaneo es más rápido cuando no hay una buena disipación de calor. “Un ejemplo sería los trapos empapados de aceite que se enrollan haciendo una bola y se arrojan en un rincón. La grasa es uno de los productos que se oxida y desprende calor espontáneamente. Si hay suficiente ventilación, el calor se disipará y no se producirá ningún efecto, pero si no hay suficiente ventilación para permitir que el calor se disipe, el calor llegará a ser suficiente para causarla ignición de los trapos. La velocidad de una reacción se dobla cada 10° C de incremento de la temperatura.” La descomposición de productos orgánicos, debido a la acción bacteriana, libera calor. Algunos productos pueden ser muy inestables y liberar su calor muy rápidamente; e incluso pueden detonar. En otros casos, la liberación de calor es muy lenta. La descomposición de los materiales orgánicos es la causa más frecuente de incendio en los vertederos de basuras mal tratados. 10 Educalia Balear Teoría del fuego Cuando se disuelven en agua algunos ácidos, pueden producir reacciones violentas, arrojando ácido y agua caliente, con fuerza explosiva. Se llama cala de solución al calor liberado por la solución de una materia en un líquido. El calor puede ser generado por la electricidad, bien por resistencia, por corrientes de fuga, por chispas generadas por un arco eléctrico o por electricidad estática, o bien tener origen dieléctrico. El calor por resistencia se genera al pasar una corriente eléctrica por un conductor. Es proporcional a la intensidad de la corriente y al diámetro del conductor. La cantidad de calor será mayor si hay muchos, aparatos de consumo conectados a una línea que no, tiene suficiente sección. Si un cable está enrollado, calor no podrá disiparse adecuadamente, y será más fácil que pueda fundir el aislamiento, generando un cortocircuito. Las corrientes de fuga se producen cuando el aislamiento de un cable no es adecuado. Parle de la corriente escapa a través del aislamiento al materia! circundante, generando calor, y puede provocar un fuego. La interrupción de un circuito eléctrico, por un interruptor o por una conexión floja, puede generar una chispa con una temperatura muy alta. Esto se conoce como arco eléctrico y en él las chispas pueden incluso fundir el metal. Este fenómeno se utiliza industrial-mente en los equipos de soldadura eléctrica. Otro tipo de chispa que puede llegar a generar un Incendio es la causada por electricidad estática. Un cuerpo puede ir acumulando cargas eléctricas en su superficie y descargarse hacia otra superficie próxima. La electricidad estática es responsable a veces de incendios durante el trasvase de líquidos inflamables entre recipientes que no se han conectado entre sí eléctricamente. El rayo es una forma de electricidad estática, capaz de generar miles de grados. El calor de origen dieléctrico se utiliza en los hornos de microondas, se produce como resultado de la acción de una corriente continua o alterna de alta frecuencia, sobre un material no conductor. Un material no conductor no se calienta por el calentamiento dieléctrico; sin embargo se calienta por estar en contacto constante con la electricidad. Algunos combustibles líquidos desprenden vapores a temperatura ambiente. Otros líquidos deben calentarse para que lleguen a producir vapores en cantidad suficiente para que se pueda producir una combustión. Algunos líquidos, como la gasolina, generan vapores combustibles a temperatura ambiente y por ello arden con facilidad. Los puntos de ignición, inflamación y autoinflamación son característicos de cada combustible y diferentes de un combustible a otro.” Todos los combustibles que arden con llama, entran en combustión en fase gaseosa. Cuando el combustible es sólido o líquido, es necesario un aporte previo de energía para llevarlo al estado gaseoso. 11 Educalia Balear Teoría del fuego La peligrosidad de un combustible respecto a su ignición va a depender de una serie de variables. 3.1. Punto de Inflamación Se define como «la más baja temperatura de un material a la cual se puede iniciar una combustión bajo condiciones de ensayo determinadas». En nuestro caso será la mínima temperatura a la que un material combustible, en presencia de aire, puede emitir suficiente cantidad de gases para que la mezcla sea susceptible de inflamarse, en presencia de un foco de ignición. Este término suele aparecer en la bibliografía bajo el nombre de flash-point. El punto de inflamación se mide a una presión de una atmósfera y está en estrecha relación con la presión de vapor, aunque no constituye una constante física en el sentido propio del término, ya que puede estar condicionada por la cantidad y flujo de oxidante, el grado de calentamiento, el tamaño y la forma del sólido o del líquido. Por tanto, el punto de inflamación dependerá, en cierto modo, de los métodos ensayados en cada caso. Líquidos Sólidos Substancia Punto de inflamación Gasolina Alcohol etílico -39 °C 18 °C Glicerina Acetona 160 °C -18 °C Gas-oil 60 °C Aceite lubricante 149-232 °C Benzol Aguarrás -11 °C 35 °C Pentano -40 °C Madera de pino Papel prensado 225 °C 230 °C Polietileno Poliamida 340 °C 420 °C Poliestireno 345 °C “Si se sigue incrementando la temperatura llegarán a producirse vapores en una cantidad tal que se inflamarán al acercar una fuente de ignición, manteniéndose la 12 Educalia Balear Teoría del fuego combustión cuando se retira dicha fuente. A esta temperatura se la denomina temperatura de inflamación o punto de inflamación. El calor generado por la combustión de los vapores es suficiente para realimentar la propia combustión, no siendo necesaria la fuente de ignición externa una iniciado el proceso.” 3.2. Punto de encendido «Es la temperatura mínima a la cual, bajo condiciones de ensayo determinadas, un material desprende la cantidad suficiente de gases inflamables para producir su inflamación en presencia de una fuente de encendido.» Esta temperatura presenta valores tan cercanos a los del punto de inflamación que en la práctica se confunden muchas veces ambos conceptos. En este caso la materia ha sido suficientemente calentada como para producir la suficiente cantidad de gases que mantengan de forma permanente la combustión. El punto de encendido es por tanto superior al de inflamación. “A determinada temperatura se producen vapores suficientes para producirse una ignición si se acerca una fuente externa de ignición con suficiente energía (una cerilla o una chispa), pero el fuego no es capaz de mantenerse si se retira la fuente de ignición. A esta temperatura se la denomina temperatura de Ignición o punto de ignición.” 3.3. Punto de autoignición También es denominada «temperatura de autoignición» y se define como: «La mínima temperatura a la que debe calentarse un combustible en presencia de aire para producir su combustión espontánea, sin el aporte de una energía de activación externa o foco de ignición». Estas temperaturas son siempre muy superiores a las de inflamación. Las temperaturas de autoignición pueden variar al cambiar las condiciones en las que se produce el ensayo, influyendo incluso la forma del recipiente que contiene al líquido ensayado. No obstante, daremos algunas temperaturas orientativas con el fin de poder establecer comparaciones entre diferentes productos. 13 Educalia Balear Líquidos Gas Sólidos Teoría del fuego Substancia Punto de autoinflamación Pentano 260 °C Aceite de oliva 343 °C Acetona Gasolina 540 °C 450 °C Glicerina 370 °C Gas-oil 330 °C Alcohol etílico 425 °C Aguarrás 253 °C Propano Etileno 466 °C 490 °C Gas natural 482-632 °C Butano Hidrógeno Metano 430 °C 400 °C 537 °C Monóxido de carbono 609 °C Lignito 250 °C Madera de pino 280 °C Polietileno Poliamida 350 °C 425 °C Poliestireno 490 °C “Si un combustible sigue calentándose más allá de su punto de inflamación, llegará a alcanzarse una temperatura tal en que los vapores se inflamarán sin necesidad de una fuente de ignición externa. A esta temperatura en la cual los vapores combustibles se inflaman sin necesidad de la presencia de otra fuente externa de ignición, se la denomina temperatura de autoinflamación, o punto de autoinflamación.” 3.4. Límites de inflamabilidad (o explosividad) “Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos o gases. En las actividades cotidianas hay muchas fuentes de ignición: una cerilla o cigarrillo, chispas de un trabajo de soldadura, equipos eléctricos, o electricidad estática. Los vapores de gasoil a temperatura ambiente no producen suficientes vapores para soportar la combustión. La gasolina se vaporiza a cualquier temperatura por encima de 43 grados Celsius bajo cero (-43 ⁰C). 14 Educalia Balear Teoría del fuego Pero si calentamos el gasoil hasta que empieza a vaporizarse los vapores se prenden fácilmente. El aceite no arde a temperatura ambiente, tiene que calentarse previamente hasta que desprende suficientes vapores. Si la concentración de vapores combustibles en el aire es demasiado baja, la mezcla de oxígeno y vapor no arde; se dice que la mezcla es demasiado pobre. Por el contrario, si la concentración de vapores combustibles en el aire es demasiado alta, la mezcla de oxígeno y vapor tampoco arde; se dice entonces que la mezcla es demasiado rica. Toda mezcla de combustible y aire tiene una proporción óptima en la cual la combustión es más eficiente. Los incendios normalmente tienen exceso de aire o exceso de combustible. La combustión puede ser incompleta cuando el oxígeno se reduce. Para cualquier combustible (en fase de vapor o estado gaseoso), las concentraciones correctas de vapor y aire constituyen el rango de inflamabilidad. El rango de inflamabilidad incluye todas las proporciones de vapores combustibles en el aire capaces de inflamarse y está comprendido entre el límite inferior de inflamabilidad y el límite superior de inflamabilidad. El límite inferior de inflamabilidad es la menor proporción de vapores combustibles en el aire capaz de soportar la combustión. El límite superior de inflamabilidad es la mayor proporción de vapores combustibles en el aire capaz de soportar la combustión. Ambos límites de inflamabilidad son característicos de cada combustible, y distintos de un combustible a otro. Por ejemplo, en la gasolina el límite inferior de inflamabilidad es el 1,4%. Su límite superior de inflamabilidad es el 7,6%. Otros líquidos, desde el benceno hasta el combustible de los reactores, tienen un rango de inflamabilidad similar al de la gasolina, entre el 1% para el límite inferior de inflamabilidad hasta aproximadamente el 8% del límite superior de inflamabilidad. Cuanto más bajo sea el punto de inflamación en relación con la temperatura ambiente más fácilmente se producirán vapores. Pero antes de que los vapores ardan, deben combinarse con el aire hasta que la mezcla combustible-aire esté dentro del rango de inflamabilidad. Cuando un combustible está en su rango de inflamabilidad, puede arder si se le pone en contacto con una fuente de ignición. Si los vapores están a presión, pueden explotar. Limites de inflamabilidad de algunos combustibles usuales 15 Educalia Balear Teoría del fuego Límites de inflamabilidad % Producto Gasolina Gas natural Propano Acetileno Límite inferior 1,4 5 2,2 2,5 Límite superior 7,6 17 9,5 100 Cuanto mayor sea el rango de inflamabilidad, mayor será el riesgo potencial del combustible. El acetileno, con un rango de inflamabilidad entre el 2,5 y el 100 por 100, es muy peligroso en una fuga sin control. Es preciso tener en cuenta que si la atmósfera es rica en oxígeno el límite superior de inflamabilidad se incrementará, y el riesgo será mayor.” Para que sea posible la ignición debe existir una concentración de combustible suficiente en una atmósfera oxidante dada. Pero 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 un combustible dentro de un medio oxidante en cuyo seno puede producirse una combustión, es decir: —Límite Superior de Inflamabilidad (L.S.I.): es la máxima concentración de vapores de combustible en mezcla con un comburente por encima de la cual no se produce combustión. —Límite Inferior de Inflamabilidad (L.I.I.): es la mínima concentración de vapores de combustible en mezcla con un comburente por debajo de la cual no se produce la combustión. Estas concentraciones se expresan en porcentaje y en volumen de vapores de combustible en mezcla con un comburente. Los porcentajes que aparecen en la bibliografía se suelen dar en porcentaje de vapores de combustible en mezcla de aire. La más pobre de estas concentraciones es el Límite Inferior de Inflamabilidad (L.I.I.) y la más rica Límite Superior de Inflamabilidad (L.S.I.). Las concentraciones intermedias entre ambos límites están incluidas en el Intervalo de Inflamabilidad, también denominado Rango de Inflamabilidad. 16 Educalia Balear Teoría del fuego Por debajo del L.I.I. la mezcla es demasiado pobre en combustible para arder y por encima del L.S.I. la mezcla es demasiado pobre en comburente. En la bibliografía americana se les suele dar también el nombre de límites de explosividad. Los límites de inflamabilidad son variables con la temperatura. Así, al aumentar la temperatura de la mezcla se ensancha el Rango de Inflamabilidad y al disminuir la temperatura el margen 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 de inflamabilidad, según las condiciones ambientales. Cuando en un determinado lugar existan mezclas de diversos gases, la determinación de los límites de explosividad es bastante compleja y precisa su determinación experimental para cada caso concreto. Substancia Gases Líquidos L.I.I. L.S.I. Propano Cloruro de vinilo 2,2 3,6 9,5 33 Metano Propileno Acetileno 5,0 2,4 2,5 15,0 11 81 Monóxido carbono Butano Etano 12,5 1,9 3 74 8,5 12,4 Hidrógeno 4 75 Tolueno 1,2 7,1 Alcohol etílico 4,3 19,0 Acetona 2,5 12,3 Benceno 1,4 7,1 Aguarrás 1,1 6,0 Amoníaco Gasolina 16 1,5 25 7,6 Pentano 1,5 7,8 Bisulfuro carbono 1,3 50 Decano 0,8 5,4 4. OTROS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMBUSTIBILIDAD “Combustible es cualquier substancia que puede sufrir una combustión. El combustible puede ser un sólido, un líquido o un gas. 17 Educalia Balear Teoría del fuego Un mismo combustible puede presentarse en distintas fases, por ejemplo como un líquido o como un gas. La fase de un combustible puede depender de la temperatura y la presión y puede cambiar si cambian las condiciones. En función de su presentación física los combustibles pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Según la normativa europea, los tipos de combustibles se identifican por una letra: A, para los sólidos, B para los líquidos y C para los gaseosos. Con la letra D se identifican algunos metales que producen un tipo especial de combustión. Así pues podremos encontrarnos con fuegos de clases A, B, C o D. Aunque no responde a una clase definida por la normativa, también se conoce como fuego de clase E a los que se producen en presencia de una corriente eléctrica, por ejemplo los equipos eléctricos con tensión. En realidad la mayoría de bs fuegos en equipos eléctricos son normalmente fuegos de tipo A, ya que involucran a combustibles sólidos tales como los aislamientos plásticos de los conductores. La normativa en los países americanos clasifica a los fuegos de líquidos y gases conjuntamente como fuegos de clase B, y a los fuegos de equipos eléctricos en tensión, o eléctricos, se les clasifica como de clase C. Se identifican igual que en Europa los fuegos de clase A (sólidos) y D (metales). Los combustibles no arden en fase sólida ni líquida. La combustión solo se produce en fase de vapor o gaseosa. Así pues, los combustibles sólidos o líquidos deben transformarse para que se produzca un fuego. Los combustibles sólidos, como la madera, deben descomponerse y formar vapores para arder. Aunque algunos líquidos, como la gasolina, desprenden gases a temperatura ambiente, en general los combustibles sólidos o líquidos deben calentarse para desprender vapores y así poder arder. Los líquidos inflamables y combustibles producen vapores en diferentes proporciones dependiendo de su punto de inflamación. Cuando aplicamos una fuente de calor a un trozo de madera, ésta empieza a descomponerse, desprendiendo vapores combustibles. Cuando estos vapores se producen en cantidad suficiente, se inflaman y, a partir de ese momento el calor producido por los gases ardiendo puede mantener la combustión. La misma secuencia ocurre con un recipiente con aceite o gasoil. Si lo calentamos empezará a desprender vapores. Si mantenemos la fuente de calor, esos vapores acabarán inflamándose. La descomposición de un combustible sólido en una o más substancias distintas por efecto del calor se denomina pirólisis. La pirólisis puede producir productos tóxicos y vapores combustibles. Los vapores combustibles son los que se queman realmente durante la combustión del sólido.” 18 Educalia Balear Teoría del fuego 4.1. Forma física La influencia que la superficie expuesta en los líquidos y la forma física en los sólidos tiene en la combustión se advierte de forma inmediata. Así, las astillas de madera se inflaman rápidamente con focos de ignición relativamente pequeños, mientras que troncos pesados del mismo material resisten a la ignición en un grado considerable. La razón de este efecto reside en que la relación superficie-volumen se incrementa, existiendo un mayor contacto entre la materia combustible y el aire que favorece la oxidación del mismo, así como una menor masa que pueda disipar el calor y que impida que se alcance el punto de inflamación. Se deduce fácilmente que los combustibles sólidos finamente disgregados o delgados arderán con mayor facilidad que los grandes. Aunque no existe un criterio rígido para establecer una clasificación de los niveles de disgregación, se acepta que, si la máxima dimensión de las partículas es de 0,5 mm, el sólido se encuentra en estado pulverulento y tendrá un comportamiento cercano al de los gases (deflagraciones). Esto es: —Si se trata de productos finamente divididos pero no pulverulentos, variarán sus condiciones iniciales y del desarrollo de la combustión, pero no habrá posibilidades de explosión (deflagración). —Si se trata de productos en estado pulverulento, además de las posibilidades de incendio, se podrán dar las condiciones para que se origine una explosión. “La forma de un combustible es un factor importante en su ignición y en la velocidad con que ande. Un combustible con una alta relación superficie-masa prenderá más fácilmente que otro con una baja relación superficie-masa. Por ejemplo unas virutas de madera arden más fácilmente que un bloque de la misma madera. Ello se debe a que si un trozo de madera se divide en pequeñas porciones, la superficie conjunta de estas porciones es mucho mayor que la del trozo de madera original. Al haber más superficie de combustible expuesta al calor, éste se calienta más rápidamente, y por ello se piroliza antes y arde mejor. Cuando la masa es grande en relación con la superficie, el calor captado en la superficie se transmite hacia el interior de la masa disipándose en ella. El gasoil es difícil de prender en un charco, pero arde fácilmente cuando está en forma de una fina pulverización. La razón es similar, las pequeñas gotas suponen mayor superficie expuesta, mayor absorción de calor y una formación de vapores más rápida, y por ello una mayor facilidad para arder. Si la masa de líquido es grande, el calor se disipa calentando la totalidad del líquido, y la vaporización es más pequeña. Para que se produzca un fuego es necesaria una cierta concentración en la mezcla de oxígeno con los vapores combustibles. Si la mezcla es pobre en vapores no habrá fuego. Si la mezcla es demasiado rica tampoco se inflamará. Es preciso que la mezcla tenga unas proporciones idóneas. 19 Educalia Balear Teoría del fuego El desconocimiento de este dato provoca numerosos accidentes, ya que es frecuente que se repitan conductas imprudentes de uso de fuentes de calor (como cigarrillos) en atmósferas combustibles, sin que normalmente se produzca un fuego. Cualquier cambio de alguna condición puede hacer que la mezcla oxígeno-vapor llegue a ser idónea, de modo que un comportamiento habitualmente inofensivo puede producir una catástrofe. El oxígeno está normalmente disponible en la atmósfera en concentraciones adecuadas para alimentar una combustión.” 4.2. Porcentaje de oxígeno (“principal comburente o agente oxidante”) El fuego, entendido como una reacción química entre un combustible y el oxígeno, resulta afectado por el grado de concentración de ambos elementos. En la mayoría de los fuegos corrientes, el oxígeno está presente en una concentración del 21% que es la normal en la atmósfera; no obstante pueden darse dos casos: —Atmósfera con deficiencia de oxígeno: los incendios que se producen en espacios cerrados consumen naturalmente oxígeno. Sin embargo, en muchos casos este consumo de oxígeno no basta para que el fuego se apague por sí sólo. “Si un bombero entra sin equipo de respiración autónomo, quedará pronto inconsciente y puede morir.” Así, por ejemplo, se sabe que la madera continúa ardiendo de forma incandescente en concentraciones de oxígeno no superiores al 4 ó 5%, produciendo una gran cantidad de gases inflamables, que pueden arder rápidamente dando lugar a explosiones si se produce una ventilación repentina. A estas explosiones se les denomina comúnmente reexplosiones, explosiones de humo o back-draft. Sin embargo, la mayoría de los líquidos no suelen arder cuando el nivel de oxígeno está por debajo del 15%. — Atmósferas ricas en oxígeno: las atmósferas ricas en oxígeno son aquellas en las que la concentración de este elemento en el aire es superior al 21%. El grado de riesgo de incendio que presentan las atmósferas ricas en oxígeno varía según la concentración del mismo y de la presión total de la mezcla de gases. En nuestro caso, este último factor no lo tomaremos en cuenta considerando únicamente gases a presión atmosférica. La concentración del oxígeno en la atmósfera es prácticamente invariable (varía ligeramente con la altitud y con la climatología); sin embargo en la industria y en medicina se utilizan concentraciones superiores al 21% que pueden alterar el comportamiento de algunos combustibles. La probabilidad de ignición, así como la velocidad de propagación de las llamas en un combustible aumenta generalmente, aunque no en todos los casos, con una mayor concentración de oxígeno. Así, en 20 Educalia Balear Teoría del fuego general, podemos decir que el riesgo de incendio en una atmósfera enriquecida por oxígeno es bastante mayor que en una atmósfera ordinaria, siendo casi todos los materiales inflamables en una atmósfera de oxígeno puro. El aumento de concentración de oxígeno puede cambiar la clasificación de un material no inflamable a inflamable. “Algunos oxidantes, como el hipoclorito cálcico, nitrato amónico y peróxido de hidrógeno, contienen oxigeno que se libera fácilmente en los incendios. El fuego puede arder con más intensidad en presencia de estos oxidantes químicos. Gases como el cloro o el flúor son también oxidantes, a pesar de que no contienen oxígeno y no arden ellos mismos”. 4.2.1. Gases y líquidos combustibles En los hidrocarburos y en otros productos aunque la temperatura de autoignición tiende a ser inferior en atmósferas de oxígeno que en las de aire, las diferencias no son muy grandes. Así la del etano pasa de 515 °C en aire a 506 °C en oxígeno, o el acetileno que desciende de 305 °C en aire a 296 °C. Pese a ello, las energías de activación necesarias para la ignición son del orden de 100 veces menores en oxígeno que en aire. Los lubricantes y los fluidos hidráulicos, en cambio, son más sensibles a la concentración de oxígeno y presentan diferencias que rondan los 100 °C. Sin embargo, los límites de inflamabilidad resultan muy afectados, sobre todo el límite superior, mientras que el inferior presenta muy pocas variaciones. Valgan como ejemplo los siguientes: Substancia En aire Metano Etano Propileno Alcohol metílico Benceno Acetona L.I.I. 5 3 2,4 6,7 1,4 2,5 En oxígeno L.S.I. 15 12,4 11 36 7,1 12,3 L.I.I. 5,1 3 2,1 6,7 1,4 2,5 L.S.I. 61 66 53 93 30 60 4.2.2. Sólidos combustibles En general las temperaturas de autoignición son más bajas y la resistencia a la llama es menor en una atmósfera rica en oxígeno que en la atmósfera normal. Además, la velocidad de propagación de la llama se incrementa al aumentar la proporción de oxígeno, siendo ésta la 21 Educalia Balear Teoría del fuego más importante de las propiedades de los materiales sólidos involucrados en un incendio de estas características. 4.3. Contenido de humedad En este apartado nos referiremos únicamente a combustibles sólidos. Los ensayos en laboratorio demuestran que el comportamiento de sólidos combustibles diferentes, aunque de iguales dimensiones, forma y composición química, varía notablemente según su contenido de humedad. Este contenido no solamente influye sobre la posibilidad de ignición, sino también sobre la velocidad de combustión. Un ejemplo ilustrativo es el de un incendio forestal. Tras una sequía prolongada acompañada de altas temperaturas, el fuego encuentra en la vegetación del bosque el combustible idóneo para su rápida propagación, mientras que si el combustible está húmedo, el agua consume gran parte del calor al que está expuesto la madera. Además, las grandes cantidades de vapor producidas diluyen el oxígeno del aire que se encuentra cerca de los combustibles ralentizando la formación de mezclas combustibles. Como regla general, cuando el contenido de humedad de la madera y otros combustibles similares está por encima del 15%, el riesgo de ignición resulta bastante pequeño. 5. COMBUSTIBLES Muchas veces se plantea la diferencia semántica entre inflamable y combustible. La instrucción técnica complementaria MIE-APQ-001 del Ministerio de Industria realiza la siguiente precisión: —Líquido combustible: es un líquido con un punto de inflamación igual o superior a 38 °C. —Líquido inflamable: es un líquido con un punto de inflamación inferior a 38 °C. 5.1. Gases El término gas describe el estado físico de la materia que no tiene forma ni volumen propio, sino que se adapta a la forma del continente y ocupa su volumen completo. 22 Educalia Balear Teoría del fuego Dado que todas las sustancias pueden adoptar el estado gaseoso, según la temperatura y la presión que se les aplique, denominamos gases a aquellas sustancias que existen en este estado en condiciones ambientales (20 °C y 1 atmósfera). En los gases inflamables no se considera el punto de inflamación, ya que no tiene sentido. Se estudia su peligrosidad y su comportamiento en base a los límites de inflamabilidad y a la energía de activación necesaria para la combustión. La combustión rápida y violenta (deflagración) es la característica más típica de los gases. 5.2. Plásticos Los plásticos son un grupo de materiales compuestos básicamente por sustancias orgánicas unidas en largas cadenas moleculares. Aunque son sólidos, su comportamiento a temperaturas moderadas es el de los líquidos. Existen millares de variantes distintas de plásticos, por lo que presentan gran variedad de matices en su comportamiento al fuego; por tanto carece de sentido hablar de «plástico» en forma genérica. A continuación se expone de forma resumida la reacción al fuego de las familias más características: —Fenoplastos. Por su carácter termoestable, son resistentes a la acción del calor y la llama. Su comportamiento al fuego puede empeorar con algún tipo de cargas, pero manteniéndose siempre en unos límites satisfactorios de autoextinción y elevada resistencia a la llama. —Aminoplastos. Son compuestos termoestables con excelentes propiedades de resistencia al calor y a la acción de la llama, siendo autoextinguibles. —Poliamidas. Como consecuencia de su alta resistencia a la temperatura, se consideran, en general, materiales no propagadores de la llama. A veces, sin embargo, van reforzadas con carga de fibra de vidrio o incorporan plastificantes, en cuyo caso pueden propagar la llama, si no llevan además otros aditivos ignifugantes. —Polietileno-Polipropileno. Aún cuando por su naturaleza son combustibles, pueden conseguirse, mediante formulaciones adecuadas, productos difícilmente combustibles sin modificar el resto de sus características. Debido a su composición, exclusivamente de carbono e hidrógeno, la combustión de estos compuestos, además de ser muy lenta, sólo puede producir anhídrido carbónico y agua. Como consecuencia de su bajo punto de fusión, tienden a fundir antes de empezar a arder. —Polímeros estirénicos. Son productos combustibles que desprenden gran cantidad de humos negros característicos de hidrocarburos aromáticos. Mediante el empleo de retardadores de llama y agentes ignifugantes, se han conseguido formulaciones con un comportamiento al fuego mejorado. 23 Educalia Balear Teoría del fuego —Policloruro de vinilo. En general, la presencia de halógenos dificulta la acción de la llama, extinguiéndola. El PVC, que contiene un alto porcentaje de halógeno cloro, por constitución, arde con dificultad y no propaga la llama. Se puede considerar, sin embargo, los dos tipos de acabados de PVC: Flexible. Normalmente es combustible debido a la presencia de plastificantes que rebajan el porcentaje de cloro. Rígido. Muy poco combustible. —Polimetacrilato de metilo. Es relativamente difícil iniciar su combustión, cosa que sólo puede conseguirse a través de una arista. Su combustión es lenta y con goteo, a veces ardiendo, produciendo muy pocos humos incoloros. Mediante el empleo de ignifugantes, se han obtenido formulaciones autoextinguibles. —Derivados de la celulosa. Son materiales combustibles que arden con goteo desprendiendo pocos humos. —Espumas de poliestireno. Son combustibles, manteniendo la combustión mientras haya presente suficiente cantidad de oxígeno, aunque en espacios cerrados (por ejemplo, capa aislante en un muro) no la mantienen por sí mismas, puesto que ésta exige como mínimo 130 veces más de aire que el contenido por el poliestireno. Existen en el mercado tipos de poliestireno expandido con propiedades autoextinguibles o ignifugas que mejoran su comportamiento al fuego. —Espumas de poliuretano. Las cantidades normales arden desprendiendo humo abundante y gases en parte tóxicos. Existen, no obstante, tipos autoextinguibles por incorporación de agentes ignífugos. 5.3. Tejidos y fibras textiles Casi todos los tejidos y fibras textiles son combustibles, lo que unido al hecho de su abundante presencia en viviendas y locales explica su potencial peligrosidad. Hay muchas variables que afectan a la forma en que arden los materiales textiles figurando entre los más destacados su composición química, su peso y compactación, el acabado y el tratamiento ignifugantes que se le hayan dado. Existen, no obstante, tejidos no combustibles fabricados con materiales inorgánicos. Las fibras vegetales como el algodón, el yute o el lino se componen básicamente de celulosa, por lo que son combustibles. Las fibras vegetales no se funden ni se derriten, al contrario de la mayor parte de las fibras sintéticas que sí lo hacen, produciendo un denso humo negro al consumirse. 24 Educalia Balear Teoría del fuego Existen multitud de fibras sintéticas y por lo tanto con propiedades distintas, aunque por generalizar se podría decir que la mayoría funde o ablanda alrededor de los 200-300 °C y arde por encima de los 400-500 °C. Algunas fibras presentan combustión lenta estando su punto de ignición por encima de los 800 °C. Es el caso de la ropa utilizada por los propios bomberos. 5.4. Madera La madera es el combustible más habitual que se puede encontrar en los incendios. La madera en sus diversas presentaciones (maciza, aglomerado, contrachapado, etc.) puede entrar en ignición, carbonizarse o arder en forma de rescoldos. Rara vez entra en autoignición. La madera no es un producto con una composición determinada, sino que es un compuesto de muchas sustancias como celulosa, lignocelulosa, lignina, resinas, etc. Siendo la celulosa el principal componente en peso. La madera en su ignición presenta una progresiva degradación con la temperatura que debemos dividirla en cuatro etapas: 1. Hasta 200 °C. Se elimina la humedad en forma de vapor de agua, así como otros gases. 2. De 200 a 300 °C. Se alcanza la temperatura de inflamación apareciendo llamas. 3. De 300 a 500 °C. Se produce una pirólisis de importancia, comenzando a disminuir la llama. 4. Superior a 500 °C. La combustión continúa. Se ralentiza la penetración del calor en el interior al aumentar la capa carbonosa. El comportamiento de la madera al fuego suele mejorarse con productos ignífugos, intumescentes o retardadores. Ni que decir tiene que el comportamiento de la madera además de la forma física, la humedad, etc. dependerá del tipo de madera de la que se trate, presentando, por ejemplo, el pino mayor facilidad a la ignición que el roble para trozos de las mismas características. 5.5. Papel La combustión del papel va a depender en gran medida de su compactación y su composición. Así una bala de papel prensado arderá con gran dificultad y muy lentamente, mientras que el papel suelto arderá con rapidez y llama viva. 5.6. Polvos 25 Educalia Balear Teoría del fuego Como se ha comentado anteriormente en otro apartado, el estado de disgregación les confiere a muchos sólidos combustibles unas características peculiares. La rápida combustión de una nube de polvo en suspensión da lugar a una importante formación de gases y como consecuencia puede producirse una explosión. Estas rápidas combustiones son del tipo deflagración (la onda de presión va por delante de la llama). Las principales características que definen los fuegos y explosiones de polvo son: —La naturaleza del combustible. —La concentración del polvo. —La dimensión de las partículas. —Las impurezas. —La humedad. —La concentración de aire (oxígeno). —La potencia de la fuente de ignición. Así, cuanto menor es el tamaño de las partículas, más fácil es que una nube de polvo entre en ignición. En cuanto a su concentración, existen unas concentraciones límite (L.I.I. y L.S.I.) que suelen expresarse en masa de polvo por unidad de volumen de aire. Aunque el Límite Inferior de Inflamabilidad (L.I.I.) se ha determinado para muchos polvos, el valor real en la práctica puede desviarse mucho por la influencia que tienen otros parámetros (tamaño, pureza, humedad,...). Habitualmente se estudian dos situaciones de cara a los polvos combustibles: —Polvo en lecho: cuando las capas están depositadas sobre superficies. Presenta únicamente riesgo de incendio (no de explosión), excepto si existen turbulencias y pasa a nube. —Polvo en nube: cuando se forma una mezcla aire-polvo. Presenta riesgo de explosión. Si no hay turbulencias, llega a decantarse pasando a la fase de lecho. 5.7. Metales Casi todos los metales pueden oxidarse. Algunos de ellos lo hacen tan rápidamente que pueden generar suficiente cantidad de calor como para alcanzar sus respectivas temperaturas de inflamación. 26 Educalia Balear Teoría del fuego Un factor fundamental en la combustión de los metales es su estado de disgregación, ya que incluso metales como el aluminio o el acero que en forma masiva no se consideran combustibles, pueden entrar en ignición si están finamente divididos. Como quiera que el comportamiento de los metales es muy diverso y no son frecuentes este tipo de incendios salvo en procesos industriales muy concretos, no nos extenderemos en el comentario. 5.8. Productos químicos varios Existen centenares de productos químicos combustibles y cada año se incorporan a la lista decenas de ellos. No se puede en este tema contemplar su peligrosidad en relación a la combustibilidad de cada uno de ellos, siendo imposible el conocimiento de cada uno o de sus combinaciones. Por ello, no queda sino recomendar las guías de peligrosidad de materias según su riesgo, que numerosos estamentos, organizaciones y administraciones han editado al efecto. “DESARROLLO DEL INCENDIO EN UN EDIFICIO” Los incendios en el interior de edificios se desarrollan de formas complejas que dependen del combustible y de la configuración de los recintos. El calor de un fuego libre asciende en una columna de gases calientes llamada penacho. La corriente resultante atrae aire frío a la base del fuego y dentro del penacho. Cuando no hay un techo sobre el fuego, los gases calientes y el humo del penacho continúan ascendiendo verticalmente. Pero cuando el penacho contacta con un techo, los gases calientes y el humo que ascienden en el penacho chocan contra el techo y se propagan a lo largo de éste hasta que son detenidos por una pared. Si el fuego está lejos da las paredes esta propagación se realizará en todas direcciones. Cuando los gases calientes alcanzan el techo, fluyen desde el eje del penacho. La capa es más espesa y más caliente cerca del eje del penacho y llega a ser menos espesa y más fría según se incrementa la distancia al eje del penacho. Los gases de la capa superior pueden transmitir calor por convección y radiación. 27 Educalia Balear Teoría del fuego En un incendio confinado en un compartimento, se irá formando una capa de gases junto al techo, que cada vez irá siendo de mayor espesor, de modo que la parte inferior de la capa descenderá. La temperatura de los gases calientes se incrementará. El calor radiante de la capa llegará a calentar el combustible no prendido. Según progresa la combustión, el fuego puede continuar mientras tenga suficiente oxígeno. El aire entrará en el penacho por la parte inferior proporcionando oxígeno para la combustión. Si la cantidad de aire no es suficiente para quemar todos los combustibles que están siendo pirolizados por el fuego, la capa del techo contendrá productos de la combustión sin quemar, tales como vapores hidrocarbonados, monóxido de carbono, y hollín. En general, no habrá suficiente oxígeno para inflamar la capa del techo. Si el incendio continúa creciendo, la temperatura de los gases de la capa del techo ascenderá, incrementando la intensidad de la radiación a los combustibles expuestos bajo la capa de gases. Según asciende la temperatura de estos combustibles, se producen más gases de pirólisis, acercando su temperatura a la de ignición. Finalmente los gases junto al techo se prenderán generando grandes turbulencias. Un frente de llama se extenderá rápidamente en oleadas junto al techo. A este fenómeno se conoce como rollover. Cuando las temperaturas de la capa superior se acercan a los 600 grados centígrados, se produce la ignición por radiación de todos los combustibles de la habitación. Este fenómeno se conoce como flashover, una condición que provoca la combustión súbita generalizada en toda la habitación. El flashover o combustión súbita generalizada es un fenómeno caracterizado porque el fuego acelera su crecimiento bruscamente hasta llegar a afectar a todos los combustibles de la habitación. La combustión generalizada provoca un rápido incremento de la temperatura y de la producción de una gran cantidad de humo y gases tóxicos. La velocidad de crecimiento de un incendio en un recinto estará afectada por diversas variables: la cantidad, naturaleza y configuración del combustible; la cantidad y movimiento del aire de ventilación; el volumen del recinto, la altura del techo, y la localización del fuego respecto de paredes y rincones. En los recintos de gran volumen la elevación de la temperatura será más lenta al dispersarse más ampliamente la capa de humo y disminuir la temperatura de la misma, y por tonto se retrasará o posiblemente se evitará el flashover. Los espacios más pequeños pueden acelerar el desarrollo de la capa de humo, reduciendo el tiempo hasta el flashover. 28 Educalia Balear Teoría del fuego Cuando el combustible está lejos de una pared, el aire tiene libertad para fluir hacia el penacho desde todas las direcciones y mezclarse con los gases de la combustión. Esto lleva aire para la combustión a la zona de llamas. El aire también enfría la parle superior del penacho. Si el combustible o el penacho del incendio está junto a una pared, el aire podrá entrar en el penacho solo desde la mitad del circulo teórico a su alrededor. Las paredes también devolverán calor radiado hacia el combustible. Esto provocará mayores llamas y un crecimiento más rápido de la temperatura de los gases en la capa del techo (efecto pared). El flashover se producirá más rápidamente si el fuego se desarrolla en un rincón que si el mismo hubiese estado en el centro del recinto. Cuando el mismo combustible se coloca en una esquina, se restringe al 75 % el flujo de aire hacia el penacho y el calor radiado devuelto por las paredes es aún mayor, lo que hace que las llamas sean mayores, el penacho más alto y más elevadas las temperaturas junto al techo, acortando el tiempo hasta el flashover (efecto rincón). Cuando se desarrolla un incendio en un recinto cerrado, es decir sin ventilación el oxígeno se irá consumiendo en el proceso de combustión. Si la concentración de oxígeno disminuye hasta concentraciones próximas al 15% el fuego se desarrollará con mayor dificultad, la combustión será incompleta y se generará mayor cantidad de humo. Si la concentración sigue descendiendo a valores inferiores al 15% el fuego se apagará, aunque la temperatura en la habitación sea muy elevada y haya una elevada concentración de vapores combustibles por efecto de la pirolización. A pesar de que las temperaturas de bs materiales combustibles se hayan elevado hacia sus puntos de ignición, estos materiales no se prenderán a menos que, eventualmente, haya suficiente oxígeno para soportarla combustión. En esta situación, la entrada de un suministro de aire (que facilite el oxígeno que falta para que se produzca la combustión) puede cambiar en un instante las condiciones en el recinto generando una inflamación explosiva de los gases supercalentados. Se llama backdraft o explosión de humo a la brusca ignición de los vapores supercalentados existentes en un recinto cerrado, cuando penetra oxígeno en dicho recinto al practicarse en el mismo una abertura. Generalmente es la apertura de una puerta la que llega a provocar el backdraft. La fuerza explosiva del backdraft puede causar lesiones muy severas e incluso la muerte de las personas que se encuentran en las proximidades de la abertura. Los bomberos deben pues estar prevenidos contra este fenómeno. En algunos casos el backdraft se produce en un recinto que ya lleva cierto tiempo abierto, si la ventilación no es adecuada. Incluso bs movimientos de los bomberos dentro del recinto pueden favorecer la mezcla de los gases combustibles del humo y el 29 Educalia Balear Teoría del fuego aire que ha penetrado, hasta alcanzar una proporción dentro de los límites de inflamabilidad. En otros casos, en un recinto mal ventilado y con una atmósfera explosiva bs trabajos de los bomberos pueden dejar al descubierto algún foco de fuego oculto que proporcione la energía de ignición suficiente para provocar una explosión. Por esas razones, los bomberos deben incluir entre sus tácticas de intervención en edificios una ventilación efectiva, de modo que se eliminen lo antes posibles los vapores combustibles que genera la propia combustión. Flashover y backdraft son los peligros mas graves con los que se enfrentan los bomberos mientras combaten un incendio en el interior de un edificio.” “LOS INCENDIOS EN EXTERIORES” “Un fuego desarrollado al aire libre, independientemente de su magnitud, contará con un suministro ilimitado de oxígeno, así que continuará hasta tanto tenga suficiente combustible o suficiente calor. En general, salvo que se provoque la extinción por la intervención humana o por causas naturales, el fuego continuará quemando hasta la total eliminación del combustible. La influencia de la transferencia de calor por conducción dependerá de las corrientes de aire generadas por la propia combustión y por el viento existente. Cuanto mayor sea la velocidad del viento, mayor será la aportación de oxígeno al fuego y más rápida y viva será la combustión. La configuración del terreno puede causar también un papel importante, dado que puede potenciar la influencia de la transferencia de calor. Así por ejemplo, en un incendio forestal en la ladera de un monte, las corrientes ascendentes de calor irán precalentando los combustibles ladera arriba, haciendo más rápida la propagación en esa dirección. Por el contrario, el fuego se desarrollará con mayor dificultad ladera abajo, aunque esa sea la dirección del viento reinante. La radiación también potenciará el fuego en una vaguada, ya que los combustibles en la ladera opuesta a aquella en la que está el fuego se irán calentando con la radiación. Esto irá precalentando los combustibles y haciendo más rápida la aparición del fuego en la ladera opuesta de la vaguada, incluso antes de que la alcancen las llamas, si la radiación llega a ser suficientemente importante.” 30 Educalia Balear Teoría del fuego FLASHOVER Y BACKDRAFT Flashover, también llamado Combustión Súbita Generalizada, es la transición de un incendio, de su fase de desarrollo a la fase de incendio totalmente desarrollado, en la cual la liberación de energía térmica es la máxima posible, en función del combustible causante del mismo. Es una combustión que afecta a todo un recinto cerrado en el que todos los materiales que se encuentran en el mismo se ven implicados en el incendio, entrando en combustión de forma súbita y casi simultánea. En ese momento el calor radiado, puede alcanzar los 20 kW/m², a este momento, preceden los llamados Rollover, o bien llamados "Lenguas de fuego"; estos rollover son la combustión espontánea del humo que recorre paredes, suelos y techos en el interior del recinto; este fenómeno es el causante del desarrollo generalizado del incendio llamado Flashover. Este fenómeno se produce en incendios que cuentan con un suficiente aporte de oxígeno para que el combustible pueda asociarse de forma continua con el comburente. En un recinto cerrado donde se produce una combustión incompleta por falta de oxígeno todos los productos que hay en el interior están más calientes que su punto de inflamación pero no arden por esa falta de oxígeno; Al abrir la puerta, romper una ventana, etc., se introduce el aire aportando oxígeno con lo que prácticamente al mismo tiempo empiezan a arder todos los materiales del recinto de forma violenta. Este fenómeno se denomina Backdraft. El Backdraft o explosión de Humos es otro fenómeno asociado a la rápida evolución de los incendios, en el cual se genera una mayor presión que en el Flashover. En el flashover se produce en incendios suficientemente ventilados, mientras que el Backdraft es un fenómeno asociado a incendios con deficiencia de ventilación. 31