Teoría del Fuego - Parte 1 - CEIS Guadalajara PDF

TEORÍA DEL FUEGO PARTE 1 Manual de incendios Coordinadores de la colección Agustín de la Herrán Souto José Carlos Martínez Collado Alejandro Cabrera Ayllón Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Edición r 2015.10.05 [email protected] www.ceisguadalajara.es Tratamiento pedagógico, diseño y producción Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Pablo Andrés Hitado Escudero Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 1 Caracterización Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. CAPÍTULO 1. ConCeptos básiCos El descubrimiento del fuego ha sido de gran utilidad para la evolución de la humanidad, con contribuciones tan positivas para el ser humano como la mejora en la calidad de vida o el desarrollo tecnológico. Sin embargo, su pérdida de control, como ocurre en los incendios, puede tener consecuencias fatales. Para dominar y controlar el fuego, para evitar que el incendio se produzca y para extinguirlo en el caso de que llegue a suceder, es necesario conocer qué es el fuego. 1.1. Protón. Es una partícula con carga positiva. El número de protones incluidos en el núcleo es el que determina el número atómico de un elemento, tal y como se expresa en la tabla periódica de los elementos. Neutrón. Es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. Carece de carga eléctrica (imágenes 1 y 2). ComposiCión de la materia Para conocer cualquier tipo de combustión en profundidad es importante estudiar la atmósfera. La atmósfera está compuesta por una mezcla de gases: oxígeno (21 %), nitrógeno (79 %) y otros gases (0,02 %) como el dióxido de carbono, neón, criptón, xenón, etc. Los gases inertes son gases no reactivos bajo determinadas condiciones de presión y temperatura. Los más comunes son el nitrógeno y los gases nobles, que poseen una configuración eléctrica totalmente estable, por lo que no reaccionan con ningún otro elemento. 1.1.1. moléCulas y átomos La materia está constituida por moléculas, formadas a su vez por átomos, que asimismo están integrados por neutrones, protones y electrones. Este conjunto de elementos conforma la materia de la que están hechos los cuerpos. Una molécula es la combinación de un grupo de átomos. Cuando se agrupan dos o más clases de átomos, se denominan compuestos. Átomo. De dimensiones sumamente reducidas, son las partículas fundamentales de la composición química de la materia. Están formados por un núcleo compacto, compuesto por protones y neutrones, alrededor del cual se mueven los electrones. Electrón. Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa. Se representa habitualmente con el símbolo e−. Imagen 2. Enlace covalente 20 Imagen 1. Átomo 1.1.2. sustanCias y fórmulas químiCas básiCas Se denomina sustancia a cualquier variedad de materia que posea unas características definidas y reconocibles y cuya composición química sea invariable. Existen dos tipos de sustancias: Simples o elementos químicos Compuestas o compuestos químicos Por ejemplo, la molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno (2) y uno de oxígeno (1). Su fórmula química es H2O (H+H+O). (imagen 3) Una fórmula química expresa el número de átomos de los distintos elementos en la molécula, pero no siempre indica su distribución. Por ejemplo, la fórmula química del butano es C4H10. Es decir, contiene cuatro átomos de carbono y diez átomos de hidrógeno, como se aprecia en la siguiente ilustración (imagen 4). Imagen 3. Agua Imagen 4. Estructura del butano Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Manual de incendios Parte 1. Teoría del fuego Caracterización reaCCiones Por ejemplo, el oxígeno del aire reacciona con el hierro y produce óxido de hierro. Una reacción es el cambio que experimenta un elemento o compuesto, como por ejemplo los combustibles en el proceso de la combustión. Pueden ser de tres tipos: físicas, químicas o nucleares. 1.2.1. reaCCiones físiCas Una reacción física se produce cuando cambia el estado de la materia. Por ejemplo, el agua al evaporarse y cambiar de líquido a gas cambia de estado; es decir, los cambios físicos modifican las propiedades de la materia, pero no forman una nueva. Las moléculas que forman los reactivos (elementos originales de partida) son iguales a las moléculas que forman los productos (elementos resultantes). Por ejemplo: Hielo (H2O) - Vapor de agua (H2O) Los elementos que forman las moléculas, tanto en los reactivos como en los productos, se conservan en la nueva sustancia. En el ejemplo siguiente se puede ver que las sustancias que forman los reactivos no son iguales a las sustancias que forman los productos, aunque conserve sus elementos. Dos átomos de carbono reaccionan con un átomo de oxígeno para formar una sustancia nueva, el dióxido de carbono. 2C + O2 = 2CO2 1.2.3. reaCCiones nuCleares Una reacción nuclear es un proceso de combinación y transformación de las partículas y núcleos atómicos. Puede ser endotérmica o exotérmica, en función de si precisa energía para producirse o si la desprende. Cuando un átomo radiactivo se desintegra, las partículas que están en su interior (neutrón, protón y electrón) originan otras partículas. Las partículas alfa y beta y la radiación gamma son las más características en un fenómeno de radiación nuclear. 1.2.2. reaCCiones químiCas Una reacción química se produce cuando cambia la composición química del elemento. Por ejemplo, en la descomposición de una naranja se modifica su estructura química. Los cambios químicos provocan la modificación profunda de todas las propiedades de un cuerpo y lo transforman en una nueva sustancia. Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias (reactivos), se transforman en otras sustancias con propiedades diferentes (productos de la reacción). El decaimiento de un átomo radiactivo se expresa como una reacción química y se indica el número atómico y el número másico de cada una de las especies de la reacción. 14 7 N + 24He 14 7 N 17 8 O + 11H (14 es el número másico y 7 es el número atómico) Estas reacciones se llaman reacciones nucleares y tienen características distintas de las reacciones químicas comunes, tal y como se detalla en la siguiente tabla (tabla 1) (cf. Educarchile, 2014): Tabla 1. Características de las reacciones Reacciones químicas Reacciones nucleares Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos. Los elementos o los isótopos de un elemento generan otro elemento al cambiar la constitución del núcleo del átomo. En la ruptura y formación de los enlaces solo participan los electrones. En las reacciones pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales. Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas. CH4+O2ž CO2+2 H2O+200 kcal. Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de enormes cantidades de energía. Li7+1H1===>2 2He4+23000000 kcal. 3 La temperatura, presión y concentración de los reactantes y catalizadores son factores que determinan la velocidad de una reacción. Las velocidades de reacción generalmente no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 21 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 1.2. Manual de incendios Las partículas con carga eléctrica se pueden acelerar con campos eléctricos y magnéticos (aceleradores de partículas) con el objeto de facilitar el choque y la reacción al impactar a gran velocidad con el blanco. Los neutrones, así como otras partículas neutras, no se pueden acelerar dado su carácter neutro. Existen dos tipos de reacciones nucleares: fusión nuclear y fisión nuclear. dena. En una fracción de segundo, el número de núcleos que se han fisionado libera una energía un millón de veces mayor que la obtenida al quemar un bloque de carbón o explotar un bloque de dinamita de la misma masa. Debido a la rapidez con la que tiene lugar la reacción nuclear, la energía se desprende mucho más rápido que en una reacción química. b) Fusión nuclear La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos de átomos ligeros se unen para formar otro núcleo más pesado. Generalmente esta unión va acompañada de la emisión de partículas. Esta reacción nuclear libera o absorbe gran cantidad de energía en forma de rayos gamma y también de energía cinética de las partículas emitidas. Imagen 7. Fusión nuclear Imagen 5. Reacciones nucleares a) Fisión nuclear La fisión nuclear es una reacción en la que un núcleo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos de un tamaño del mismo orden de magnitud, con gran desprendimiento de energía y la emisión de dos o tres neutrones. Estos neutrones, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con nuevos núcleos fisionables, que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en ca- 2. teoría del fuego 2.1. definiCión y normativa La norma UNE 23026 es una norma española que define el fuego como una combustión caracterizada por la emisión de calor, humo y llamas. La misma norma define la combustión como una reacción química exotérmica de oxidación en la que se combina un elemento que arde (combustible) y otro que produce la combustión (comburente) –generalmente el oxígeno en forma de O2 gaseoso– y en la que se desprende calor (exotérmica), luz, humo y gases. La norma UNE 23026, aunque antigua, se sigue aplicando en España con respecto a la definición de fuego pero existen otras normativas vigentes, como la UNE-EN ISO 13943:2001, aplicada en Europa y que anula la norma, o la NFPA, aplicada en Estados Unidos y empleada como referencia en varios países latinoamericanos: Argentina, Colombia, México, Puerto Rico, República Dominicana, Venezuela y Perú. Imagen 6. Fisión nuclear 22 El fuego es una combustión, y lo que aplica al fuego aplica también al incendio. Una combustión es un proceso químico-físico que se manifiesta cuando un cuerpo se une al Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. En una reacción nuclear los elementos que forman los productos son diferentes a los elementos originales de partida (reactivos). Parte 1. Teoría del fuego Caracterización El fuego no es más que una reacción de oxidación-reducción fuertemente exotérmica. 2.2. reaCCiones endotérmiCas y exotérmiCas En las reacciones químicas la energía se conserva. En una reacción se consideran dos fases diferenciadas: primero los enlaces químicos de los reactivos se rompen, después se reordenan para formar nuevos enlaces. Esta operación requiere cierta cantidad de energía, que será liberada si el enlace roto vuelve a formarse. Los enlaces químicos con alta energía se conocen como enlaces fuertes, pues precisan un esfuerzo mayor para romperse. Si en el producto se forman enlaces más fuertes que los que se rompen en el reactivo, se libera energía en forma de calor, lo que se denomina reacción exotérmica. Se produce con desprendimiento de calor porque las sus- 2.3. reaCCión redox Las reacciones redox o reacciones de óxido-reducción son aquellas en las que hay movimiento de electrones desde una sustancia que cede electrones (reductor) a una sustancia que capta electrones (oxidante). La sustancia que cede electrones se oxida, la que los gana se reduce. La oxidación es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico cede electrones, lo que se traduce en un aumento de su índice de oxidación. La reducción es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico capta electrones, lo que se traduce en una disminución de su índice de oxidación. Que la sustancia que se oxida pierda electrones y que la sustancia que se reduce gane electrones puede inducir a confusión, ya que reducir implica perder algo, no ganarlo. Pero precisamente lo que se está ganando son electrones, que tienen carga negativa. tancias resultantes de la reacción tienen menos energía que las que dieron lugar a la misma. Esa energía sobrante se manifiesta en forma de calor. En caso contrario, la energía es absorbida y la reacción se denomina endotérmica. Debido a que los enlaces fuertes se crean con más facilidad que los débiles, son más frecuentes las reacciones exotérmicas espontáneas. Un ejemplo de ello es la combustión de los compuestos del carbono en el aire para producir CO2 y H2O, que tienen enlaces fuertes. Pero también se producen reacciones endotérmicas espontáneas, como la disolución de la sal en el agua. En resumen: Si en la reacción química aumenta la energía interna del sistema, significa que ha absorbido energía, lo que se denomina reacción endotérmica. Si en la reacción química disminuye la energía interna del sistema, significa que se ha desprendido energía, lo que se denomina reacción exotérmica. La sustancia, molécula o ión que, al reaccionar, se oxida reduce a la sustancia con la que reacciona porque le cede electrones, y se denomina agente reductor. La sustancia, molécula o ión que, al reaccionar, se reduce oxida a la sustancia con la que reacciona porque le quita electrones, y se denomina agente oxidante. El fuego es una combustión en la que intervienen un oxidante y un reductor; el oxidante es el comburente y el reductor es el combustible. La reacción química que se produce entre dos elementos, sustancias o cuerpos en la que uno se oxida a costa del otro que se reduce es fuertemente exotérmica. Los procesos de oxidación y reducción siempre van unidos, ya que para que uno se oxide (gana oxígeno) el otro debe reducirse (pierde oxígeno). La oxidación que se produce en el combustible significa pérdida de electrones, la reducción que se produce en el comburente es un proceso de ganancia de electrones. Imagen 8. Reacción redox Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 23 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. oxígeno y desprende calor. La velocidad del proceso determina si se trata de una simple oxidación o una violenta explosión. Manual de incendios Combustiones 3.1. definiCión y normativa apliCada La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de puntos en forma de calor y luz, que se manifiesta visualmente por el fuego. Como ya se ha comentado, la norma UNE 23026 define combustión como una 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. Existen otras definiciones de combustión. Por ejemplo, la norma sobre calidad y gestión de la calidad ISO 13943 define la combustión como una reacción exotérmica de una sustancia con la participación de un oxidante, que generalmente emite efluentes acompañados de llamas y/o luz visible. que se forman son el dióxido de carbono (CO2), el agua, el dióxido de azufre (SO2) (sólo si el combustible contiene azufre) y, en ocasiones, óxidos de nitrógeno (NOx), en función de la temperatura, la cantidad de oxígeno en la reacción y, sobre todo, la presión. En la combustión incompleta, debido a que el comburente y el combustible no están en la proporción adecuada, los productos que se queman pueden no reaccionar con el mayor estado de oxidación y dar como resultado compuestos como el monóxido de carbono (CO). Además, puede generarse carbón. Las principales características de la combustión son las siguientes: Es un proceso químico de oxidación-reducción (reactivos → productos). Generalmente de cinética rápida. De carácter fuertemente exotérmico. Los tipos más frecuentes de combustible son las materias orgánicas que contienen carbono e hidrógeno. La velocidad de la reacción determina la cantidad de calor producida. En una reacción completa todos los elementos que forman el combustible se oxidan completamente. Los productos Se trata de una reacción autoalimentada (cuando hay reacción en cadena). Los reactivos se llaman combustible y comburente. Imagen 9. Esquema combustión 24 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 3. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Los productos obtenidos son calor, humo, gases de combustión y radiación luminosa (no tiene por qué haber llamas). El comburente (oxidante) suele ser oxígeno atmosférico. El combustible (reductor) puede estar en fase sólida, líquida y/o gaseosa. La combustión en fase sólida generalmente produce incandescencia. La combustión en fase líquida o gaseosa generalmente produce una llama visible. Los dos modos de combustión (con y sin llama) pueden tener lugar separada o conjuntamente. 3.2. tipos de Combustiones d) Combustión espontánea Es aquella combustión que se inicia sin aporte de calor externo. 3.2.2. Combustiones de propagaCión Son aquellas combustiones también denominadas de premezcla. En las combustiones la velocidad de reacción puede ser distinta y por eso se habla de distintos tipos de combustión. En función de las velocidades de combustión es posible definir tres tipos: Combustión Lenta. Menos centímetros por segundo. Se da cuando el combustible tiene poco aporte de oxígeno. Combustión Viva o Normal. Más centímetros por segundo. Se da cuando el combustible tiene buen aporte de oxígeno. Combustión Instantánea. Dependiendo de la velocidad, puede ser: Existen dos tipos principales de combustiones: Combustiones de aportación Combustiones de propagación 3.2.1. Combustiones de aportaCión Las combustiones de aportación son aquellas en las que la masa reactiva se va incorporando al frente de reacción. Se dividen en: Combustión con llama Combustión latente Combustión incandescente Combustión espontánea a) Combustión con llama Es una combustión que se desarrolla íntegramente en fase gaseosa y que produce calor, luz y gases. La combustión con llama se representa con un tetraedro en el que cada uno de sus lados corresponde a cada uno de los cuatro requisitos básicos. Se describe en detalle en el apartado “Triángulo y tetraedro del fuego”. La norma ISO 13943 la define como aquella combustión de un material sin presencia de llama o luz visible. Muchos materiales pueden sufrir una combustión latente, como por ejemplo el carbón, la celulosa, la madera, el algodón, el tabaco, la turba, el humus, los jabones sintéticos, los polímeros carbonizados (incluida la espuma de poliuretano) y algunos tipos de polvo. Rápida. Más metros por segundo. Deflagraciones. Muy Rápida. Más kilómetros por segundo. Detonaciones. Una explosión es una súbita liberación (lo suficientemente rápida para que la energía se disipe mediante una onda de choque) de gas a alta presión (superior a la de la atmósfera circundante en el momento de la liberación) en el ambiente. Un proceso rápido de oxidación o reacción de descomposición puede generar una explosión de origen químico, que puede ser: Una deflagración: onda de combustión cuyo frente avanza a velocidad subsónica. Una detonación: onda de combustión cuyo frente avanza a velocidad sónica o supersónica y lleva asociada, por tanto, una onda de choque. b) Combustión latente Es una reacción exotérmica de oxidación lenta en la que no se aprecia luz y generalmente se revela por un aumento de la temperatura o por humo. Produce calor, no tiene llama y se propaga en combustibles porosos. 3.3. produCtos de la Combustión Cuando se produce una reacción química exotérmica con la suficiente velocidad de reacción para que se pueda identificar como un incendio o un fuego, se establece una ecuación con unos elementos que reaccionan y cambian sus características químicas para dar lugar a unos productos o elementos diferentes. Es una combustión sin llama, con emisión de luz visible y que produce calor y luz. Tiene manifestación visible en forma de ascuas. Ninguno de los elementos iniciales se destruye, sino que todos son transformados en mayor o menor medida. Aun cuando se encuentren dispersos, los productos de la combustión son iguales en peso y volumen a los elementos del combustible de la combustión. La norma ISO 13493 la define como una combustión de un material en fase sólida, sin llama pero con emisión de luz desde la zona de combustión. En definitiva, se puede decir que se cumple el famoso principio de la ciencia que asevera que “la materia ni se crea ni se destruye, tan sólo se transforma”. c) Combustión incandescente Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 25 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Manual de incendios 3.3.1. Humo b) Humo negro El color negro indica fuegos de gran carga térmica, normalmente con poco aporte de oxígeno, generado por fibras sintéticas, polímeros, cauchos o productos derivados del petróleo. Su origen puede ser fibras artificiales, cauchos, poliéster, gasóleo, gasolina, petróleo, plásticos, etc. Las partículas, polvo rico en carbono de tamaños comprendidos entre 0.005 y 0.01 milimicras y denominado hollín, se producen cuando arde la mayoría de los materiales orgánicos en condiciones de combustiones incompletas. La producción de estas sustancias carbonosas es acusada en la combustión de prácticamente todos los derivados del petróleo. Dentro del humo también se encuentran otras partículas además del hollín, como las cenizas (residuos inorgánicos en polvo, resultado de una combustión completa) o las escorias (aglomerado sólido de residuos provenientes de una combustión total o parcial y que puede ser una fusión parcial o completa de material o de residuos). El humo es el principal factor de riesgo en el desarrollo de un incendio. Tiene efectos irritantes sobre las mucosas y provoca lagrimeo en los ojos, lo que dificulta la visión. A su vez evita el paso de la luz, lo que complica las tareas de extinción y salvamento así como las de evacuación de las personas afectadas. Además puede llegar a ser inflamable y/o explosivo cuando se dan las condiciones adecuadas. Imagen 11. Humo negro c) Humo de color En igualdad de condiciones, unos materiales emiten más humo que otros. Los líquidos inflamables emiten, por lo general, un denso humo negro. a) Amarillo: su origen puede ser sustancias químicas que contienen azufre, con formación de ácidos clorhídricos. Es muy difícil saber qué está ardiendo por el color del humo, ya que la percepción luminosa depende de múltiples factores externos ajenos al proceso de combustión. b) Amarillo verdoso: su origen puede ser sustancias químicas que contienen cloro. c) Violeta: su origen puede ser sustancias químicas que contienen yodo. a) Humo blanco El color blanco indica que los combustibles arden libremente, con gran presencia de O2, y que el humo está compuesto principalmente de vapor de agua. Su origen puede ser productos vegetales, forrajes, fósforos, algunos piensos, etc. d) Azul: este color está asociado a hidrocarburos. 3.3.2. llamas La llama es un gas incandescente cuya temperatura es variable y depende de factores como el tipo de combustible y la concentración de comburente. La norma ISO 13943 define la llama como la zona de combustión en fase gaseosa, usualmente con emisión de luz. La llama es un fenómeno propio de la combustión, que se manifiesta como fenómeno luminoso acompañado de una producción de calor. El grado de luminosidad o intensidad de la llama dependerá de la naturaleza del combustible y de la aportación del comburente. Imagen 10. Humo blanco 26 Los combustibles gaseosos y líquidos (y la mayoría de los sólidos) arden siempre con llama. Los combustibles sólidos se descomponen mediante la pirólisis, emitiendo gases inflamables que son los que realmente arden. Las llamas se producen siempre en la fase gaseosa. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. El humo está constituido por partículas físicas sólidas y líquidas en suspensión en el aire (principalmente vapor de agua) de diferente tamaño y color, incompletamente quemadas, que son arrastradas por corrientes de convección de aire (el aire caliente asciende). A la adecuada proporción de calor y oxígeno el humo es inflamable. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización En las combustiones sin llama, la radiación luminosa emitida se conoce como incandescencia o ascuas. Esta radiación es de mayor longitud de onda y, por tanto, de menor energía. En la mayoría de los incendios se producen llamas, aunque hay excepciones: por ejemplo, la combustión del coque. Las llamas provocan principalmente reacciones de histeria y nerviosismo en las víctimas. En ocasiones producen deslumbramientos en el trabajo propio del bombero, lo que al igual que el humo impide la correcta percepción del entorno del fuego. 3.3.3. Calor Los incendios son reacciones químicas exotérmicas que desprenden calor. No hay que confundir calor con temperatura, ni tampoco con el “sentido de calor” que pueda percibir una persona en un momento dado. Los condicionantes ambientales, los del propio trabajo y, sobre todo, los personales distorsionan mucho ese sentido. La temperatura es una manifestación de la energía (calor) que poseen todos los cuerpos y depende del movimiento de las moléculas (a mayor movimiento, excitación, agitación o velocidad de traslación de los electrones, mayor temperatura adquiere el cuerpo). Los cuerpos no tienen calor, sino temperatura. La energía existe en varias formas. El calor es el proceso mediante el cual la energía se transfiere de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura. Las zonas de la llama son: a) Zona Interna. Zona fría y oscura, no hay combustión por falta de oxígeno. b) Zona Media. Zona muy luminosa, la falta de oxígeno hace que la combustión sea incompleta. c) Zona Externa. Zona poco luminosa, en la que las temperaturas alcanzan sus valores máximos. La a) Calor y temperatura El calor es consecuencia de los movimientos fluidos de las moléculas que, en el seno de la materia, entrechocan constantemente. Cuanto mayor es la energía cinética de las moléculas, mayor es la violencia de los choques y mayor el calor que se desprende. Esto se debe a que los cuerpos tienden a adoptar la forma de menor energía y ceden el exceso al ambiente que los rodea. Es posible medir el calor, ya que los cambios de estado calorífico de los cuerpos se manifiestan por su temperatura o por su estado físico. Calor de combustión Se llama calor de combustión de una sustancia al calor que se desprende cuando reacciona con el oxígeno a volumen y presión constante. Es el proceso más importante por el cual se genera energía calorífica. El calor de combustión de un material es la cantidad de calor liberado por unidad de volumen y masa cuando se quema por completo. Su unidad es la caloría o el julio, según se hable de energía térmica o energía mecánica. El calor es la suma de la energía cinética de todas las moléculas de un cuerpo. Imagen 12. Llama combustión tiene lugar en esta parte, al estar plenamente en contacto el combustible con el comburente y producir una combustión completa. Las temperaturas de la llama dependen de la naturaleza del combustible que arde y de los productos resultantes de la combustión. En la práctica las temperaturas de la llama alcanzan de 1800º C a 2200º C. Sólo la llama oxiacetilénica supera estas temperaturas. Las cinco categorías de la energía calorífica son: eléctrica, mecánica, química, nuclear y solar. La conductividad calorífica es la propiedad que tienen los cuerpos de transmitir el calor a través de ellos. Las principales fuentes de calor son el sol y los combustibles (sólidos, líquidos y gaseosos). Temperatura La temperatura es una propiedad física del estado de los cuerpos. A medida que aumenta la energía cinética de un sistema, se observa que aumenta su grado térmico; es decir, que su temperatura es mayor. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 27 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. El color de la llama depende de la composición química del combustible y de la cantidad de oxígeno presente. Si la proporción de oxígeno es elevada, las llamas son de color amarillo luminoso y son oxidantes. Si la proporción de oxígeno es baja, las llamas son de color azul, reductoras y más energéticas. Manual de incendios Para poder medir la temperatura se utilizan los termómetros. Existen en la actualidad diferentes escalas termométricas (centígrada, Réaumur, Fahrenheit, Kelvin, etc.). Diferencia entre calor y temperatura Podemos decir que el calor es una energía producida por la interacción de las moléculas de la materia, mientras que la temperatura es la manifestación del grado de calor que alcanzan los cuerpos (estado térmico de los cuerpos). Cuando se aplica calor a un material, el principal efecto que se observa es un cambio de temperatura. El calor de un cuerpo es la suma de la energía cinética (en movimiento) de todas sus moléculas. La temperatura de un cuerpo es la energía cinética media de sus moléculas. b) Unidades de calor El calor se mide en calorías. La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de un gramo de agua y es variable de unas sustancias a otras (dato tomado con el agua entre 14,5° y 15,5° de temperatura a una presión atmosférica normal). Como la caloría es muy pequeña habitualmente se utilizan otras unidades, como la kilocaloría (1.000 calorías) o la megacaloría (1.000.000 calorías o 1.000 kilocalorías). Por ejemplo, ¿qué cantidad de calor se necesita para llevar un litro de agua de 20º de temperatura a 100º de temperatura? Un litro de agua pesa aproximadamente un kilogramo y para llegar a los 100 grados hay un salto de 80º C. 1 cal/gr x 1000 gr x 80 ºC = 80.000 calorías = 80 kilocalorías. Un litro de agua a 20º de temperatura le roba 80 kilocalorías al fuego sobre el que se arroja para convertirse en vapor de agua. La caloría, basada en el calor específico del agua, es una unidad de energía del sistema técnico de unidades ya en desuso. En el uso científico actual la unidad de energía es el julio. 1 caloría (cal) equivale exactamente a 4,1868 julios (J) El julio es la unidad de calor en el Sistema Internacional y se define como “la energía o trabajo realizado por una unidad de fuerza (1 newton) al mover un cuerpo un metro de longitud”. 1 julio = 0,24 calorías 1 caloría = 4,185 julios El Watio es una medida de potencia o flujo de energía. La cantidad de calor liberada en un incendio se puede expresar en Kilowatios o Megawatios. 1 W = 1 J/s 28 c) Calor especifico El calor específico es la capacidad de una sustancia para tomar energía en forma de calor, y se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1º C la temperatura de un cuerpo de un gramo. El calor específico es distinto para cada sustancia y varía ligeramente con la temperatura. Cuanto mayor calor específico tenga un cuerpo, mayor será su efecto refrigerante. Tabla 2. Calor específico Sustancia c [J/(gºC)] c [cal/(gºC)] Agua 4,182 1,0 Aire seco 1,009 0,241 Aluminio 0,896 0,214 Bronce 0,385 0,092 Cobre 0,385 0,092 Concreto 0,92 0,22 Hielo (a 0ºc) 2,09 0,5 Plomo 0,13 0,031 Vidrio 0,779 0,186 Zinc 0,389 0,093 d) Capacidad calorífica La capacidad calorífica de un cuerpo se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1º C la temperatura de dicho cuerpo. Se representa con C. Se puede calcular en función de la masa y el calor específico del cuerpo con la fórmula: C = Masa · Calor específico e) Escalas de temperatura La unidad de temperatura es el grado, pero existen varias escalas. Todas se basan en dos puntos fijos: fusión del hielo y ebullición del agua. Los termómetros son los aparatos que miden la temperatura. Pueden construirse con un tubo adherido a un bulbo con cierto líquido (suele ser mercurio) cuya variación de volumen por la temperatura es conocida. Por aumento o disminución de temperatura, el líquido sube o baja por el tubo de vidrio transparente, convenientemente graduado. Gases, líquidos y sólidos se dilatan con el calor. Los gases también se dilatan por la presión, y los sólidos son poco sensibles a la temperatura. Por ese motivo se emplean preferentemente líquidos para la confección de termómetros, excepto para medir fríos extremos. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Al poder determinarse como una sensación térmica, palpable por el sentido del tacto, se puede apreciar cuándo un cuerpo está más caliente que otro, e incluso medir al determinar el paso de calor de un cuerpo a otro. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Tipos de escalas a) Celsius o centígrada 0°- 100° C ¿Cuántos grados Fahrenheit son 27ºC? Ejemplo F = C · 1,8 + 32 b) Réaumur: 0°- 80° RC d) Absoluta o Kelvin: 273° - 373° K f) Efectos del calor sobre los cuerpos El calor produce sobre los cuerpos dos efectos importantes: dilatación y cambios de estado. Dilatación La dilatación es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al ser calentados, en cualquier estado en que se hallen. Los gases tienen mayor poder de dilatación. Hay excepciones, y la más importante es el agua, que al descender la temperatura de la misma de 4° C a 0° C se dilata. En el resto de intervalos se comporta normalmente. Imagen 13. Tipos de escala La escala Fahrenheit sólo se usa en países de habla inglesa, y la escala Réamur ya no se utiliza. La escala absoluta o Kelvin coincide con el llamado cero absoluto (equivale en la escala Centígrada a 273° negativos o bajo cero). Es una temperatura tan baja que en ella un gas cualquiera deja de ejercer presión y sus moléculas quedan completamente inmóviles (energía cinética nula). Para convertir de ºC a ºF: ºF = ºC · 1,8 + 32 Para convertir de ºF a ºC: ºC = (ºF-32) ÷ 1,8 Para convertir de K a ºC: ºC = K – 273,15 Para convertir de ºC a K: K = ºC + 273,15 Para convertir de ºF a K: K = 5/9 (ºF – 32) + 273,15 Para convertir de K a ºF: ºF = 1,8 (K – 273,15) + 32 La dilatación puede producir grandes fuerzas o modificaciones, y es tenida muy en cuenta al construir puentes, edificios, etc., sobre todo si son de estructura metálica. Al estudiar la dilatación se encuentran tres fenómenos: Dilatación lineal Dilatación superficial Dilatación cúbica Dilatación lineal Otra forma de relacionar las escalas es realizar igualdades entre ellas y luego simplificarlas: Centígrada Réamur K-273 Kelvin C-0 R-0 F-32 K-273 100 80 180 100 C R F-32 K-273 100 80 180 100 C R F-32 K-273 5 4 9 5 Se han dividido los intervalos que existen en cada escala entre ebullición y fusión por un número común para simplificarlo (en este caso la división se ha hecho por 20). De esta manera quedan cuatro fórmulas o igualdades que permiten pasar de unas a otras fácilmente. Es el aumento de longitud de un cuerpo al ser calentado. Su fórmula es: AL= L- Lo. La dilatación es directamente proporcional a la variación de temperatura. ΔL: Dilatación Lineal o Variación de Largo Lo: Largo Inicial L: Largo Final. α: Coeficiente de Dilatación lineal. Δt: Variación de Temperatura. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 29 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Ejemplo: F = 27 · 1,8 + 32 = 80,6 ºF c) Fahrenheit: 32°- 212° F Dilatación superficial Dilatación cúbica o volumétrica Es el aumento de superficie de un cuerpo al ser calentado. En ella predomina la variación en dos dimensiones de un cuerpo; es decir: el largo y el ancho. Es el aumento de volumen de un cuerpo al ser calentado. Se da en aquellos sólidos que tienen tres dimensiones (alto, ancho, profundo), por ejemplo esferas, prismas y cubos. ΔS = So · β · Δt ΔV = So · γ · Δt S – So = So · β · Δt V – Vo = So · γ · Δt S – So = So · 2β · Δt V – Vo = Vo · 3γ · Δt ΔS: Dilatación Superficie o Variación de Superficie (área) ΔV: Dilatación Volumétrica o Variación de Volumen So: Superficie Inicial Vo: Volumen Inicial S: Superficie Final. V: Volumen Final. β: Coeficiente de Dilatación superficial. γ: Coeficiente de Dilatación volumétrica. Δt: Variación de Temperatura. Δt: Variación de Temperatura. Cambios de estado Los cambios de estado pueden ser progresivos o regresivos. Los progresivos son aquellos en los que el cuerpo absorbe calor y se denominan: Fusión. Paso de sólido a líquido (ejemplo: hielo-agua). Vaporización. Paso de líquido a gas (ejemplo: agua-vapor-gas). Sublimación. Paso de sólido a gas (ejemplo: nieve-polvo-gas) Los regresivos son aquellos en los que el cuerpo desprende calor, y se denominan: 30 Solidificación. Paso de líquido a sólido (ejemplo: agua-hielo). Condensación (también llamada licuefacción). Paso de gas a líquido (ejemplo: gases licuados del petróleo) Sublimación regresiva. Paso de gas o vapor a sólido. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Manual de incendios Parte 1. Teoría del fuego Caracterización 3.3.4. gases La mayor parte de los materiales combustibles contiene carbono, que forma dióxido de carbono (CO2) al quemarse si la concentración de aire es suficiente y la combustión es completa; puede producirse monóxido de carbono (CO) si dicha concentración es baja. El dióxido de carbono —también denominado óxido de carbono (IV), gas carbónico y anhídrido carbónico— es un gas cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Su fórmula molecular es CO2. Es un gas no inflamable, soluble en agua, incoloro e inodoro, pero con pequeña molestia picante. Es más pesado que el aire y oxidante al contacto con el agua. No es tóxico pero sí asfixiante. Vías de ingreso en el organismo y patología Estos dos gases, junto al vapor de agua, son los gases de combustión más abundantes en los incendios, pero también se produce amoniaco (NH3), dióxido de azufre (S02), ácido cianhídrico (HCN), óxidos de nitrógeno (NOx), ácido clorhídrico (HCI), fosgeno, etc. Ingestión: puede causar irritación, vómitos, náuseas y hemorragias en el tracto digestivo. Inhalación: produce asfixia y causa hiperventilación. La exposición a largo plazo es peligrosa. Es asfixiante en grandes concentraciones. Estos gases pueden ser tóxicos y producir en las personas que lo respiran incapacidad física, pérdida de coordinación, desorientación, envenenamiento e incluso la muerte. Piel y ojos: en contacto directo puede producir congelación. a) Monóxido de carbono (CO) Datos Importantes Punto de fusión: - 78 ºC Punto de ebullición: - 57 ºC Es un gas incoloro, más ligero que el aire, que arde con llama azul. Es inflamable y explosivo en mezclas con el aire de 12.5% a 74.2%. Se forma en la combustión incompleta de los materiales orgánicos carbonáceos, como la madera, carbón de madera o minera, petróleo y sus fracciones, gas natural y artificial o subproducto de explosivos. En toda combustión que haya déficit de oxígeno aumentará la producción de CO. Vías de ingreso en el organismo Respiratoria, por inhalación del gas. Patología El CO se combina con la hemoglobina (Hb) para formar carboxihemoglobina (COHb), unión que hace que la sangre pierda su capacidad transportadora de O, lo que provoca una hipoxia que puede derivar en anoxia. El CO se combina con la Hb para llegar a un estado de equilibrio según la concentración en el aire. Esta reacción será tanto más rápida cuanto más alto sea el nivel de CO atmosférico. El CO tiene mayor afinidad (260 veces mayor) por la Hb que el O. La COHb es una reacción reversible y los glóbulos rojos aparentemente no son dañados. Cuando cesa la exposición el O suplanta al CO en la sangre y se forma nuevamente Ohb. La cantidad de CO unida a la Hb en forma de COHb se expresa en % de saturación sanguínea. Densidad relativa: (aire=1): 1,52 (una vez y media más pesado que el aire). c) Cianuro de hidrógeno (HCN) Se designa como cianuros (CN) al ácido cianhídrico, a sus sales y a los cianuros de sodio, potasio y calcio, que son los más usados en el medio laboral. El cianuro de hidrógeno o ácido cianhídrico (HCN) también se conoce como ácido prúsico o ácido hidrociánico. En estado gaseoso es un gas incoloro más pesado que el aire, en estado líquido es un líquido blanco azulado de olor característico a almendras amargas. Es explosivo en mezclas de 5% a 40% con el aire. Cianuro de sodio (NaCN), sólido blanco cristalino a temperatura normal. Cianuro de potasio (KCN), sólido blanco cristalino, delicuescente. Cianuro de calcio (Ca(CN2), terralcalino, llamado cianuro negro. Estos tres cianuros producen HCN por acción del agua y los ácidos. Vías de ingreso en el organismo (exposiciones a gases, líquidos y aerosoles líquidos) Respiratoria: importante, especialmente para el HCN. Digestiva: ocasional o accidental. Cutánea: importante, especialmente con las sales. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 31 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Gran parte de los elementos que constituyen el combustible en una combustión forman compuestos gaseosos cuando arden. La cantidad de gases que se producen en los incendios depende de los materiales presentes en la combustión. b) Dióxido de carbono o anhídrido carbónico (CO2) Manual de incendios Patología e) Amoniaco (NH3) Los cianuros producen por acción local irritación de las mucosas respiratorias y de la piel de grado mínimo a intenso (úlceras, corrosión, etc.). La acción general es la más importante del HCN y los cianuros, que tienen gran capacidad y rapidez para formar complejos con los iones metales. Entre ellos está el Fe, que actúa como cofactor con la citocromooxidasa a nivel de la respiración celular. El CN se une con el ión del Fe e inhibe la enzima, lo que provoca una anoxia química por falta de entrega de O2 a los tejidos; es decir, produce una alteración del mecanismo aeróbico. d) Sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico (H2S) El ácido sulfhídrico (H2S) es un gas inflamable (en mezclas con el aire del 4.5% al 45%), incoloro, tóxico y soluble en agua. Se le llama comúnmente ácido hidrosulfúrico o gas de alcantarilla. Es uno de los compuestos destacados como causantes de molestias por malos olores. A pesar de ello, en el organismo humano desempeña funciones esenciales. Emana un olor característico a huevos podridos que proviene de la descomposición bacteriana de proteínas que contienen azufre. Este olor es perceptible en contenidos muy bajos, por debajo de 30 ppm (partes por millón). Desprende un olor dulce a concentraciones más altas y paralizante del olfato a nivel de 100 ppm o más. El nivel mínimo de percepción olfatoria estaría entre 0.003-0.02 ppm. El amoniaco es un compuesto químico cuya molécula está formada por un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H), de acuerdo con la fórmula NH3. También se denomina trihidruro de nitrógeno, hidruro de nitrógeno (III), azano, espíritu de Hartshorn, nitro-sil, vaporole, gas de amonio o AM-FOL. Es un gas inflamable (16% - 25% con el aire). A temperatura ambiente el amoniaco es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica de forma industrial. Es fácilmente soluble y se evapora con rapidez. Generalmente se vende en forma líquida. f) Es un compuesto químico, más específicamente un aldehído (el más simple de ellos), altamente volátil y muy inflamable, de fórmula H2C=O. Se obtiene por oxidación catalítica del alcohol metílico. Es fungicida, germicida y desinfectante. A temperatura normal es un gas incoloro de un olor penetrante, muy soluble en agua y en ésteres. Las disoluciones acuosas al 40 % se conocen con el nombre de formol, que es un líquido incoloro de olor penetrante y sofocante. Estas disoluciones pueden contener alcohol metílico como estabilizante. Puede ser comprimido hasta el estado líquido y su punto de ebullición es -21 °C. También se conoce como hidrógeno sulfurado, sulfuro de hidrógeno o hidruro de azufre. En la industria se usa una forma líquida bajo presión. Vías de ingreso en el organismo Inhalación: el sulfuro de hidrógeno es más pesado que el aire y puede causar asfixia en espacios poco ventilados, situados a niveles bajos o cerrados. Contacto con la piel: el contacto directo con sulfuro de hidrógeno, líquido o gas, sobre la piel mojada o húmeda puede causar irritación. Contacto con los ojos: puede causar enrojecimiento, dolor y quemaduras profundas graves. El ácido sulfhídrico es extremadamente nocivo para la salud. Bastan 20-50 ppm en el aire para causar un malestar agudo que lleva a la asfixia y a la muerte por sobreexposición. Por su grado de toxicidad se localiza directamente debajo el ácido cianhídrico (HCN). Datos Importantes Punto de ebullición: -60 º C Punto de fusión: -86 º C 32 g) Cloro y clorados (CL) El cloro es un elemento químico de número atómico 17, situado en el grupo de los halógenos (grupo VII A) de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cl. En condiciones normales y en estado puro forma dicloro, un gas tóxico no inflamable de color amarillo-verdoso formado por moléculas diatómicas (Cl2), unas 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y picante. Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento químico esencial para muchas formas de vida. El cloro forma mezclas inflamables y explosivas con el hidrógeno y con algunos compuestos orgánicos, como hidrocarburos, alcoholes y éteres. Patología Formaldehído o metanal (H2C=0) Vías de ingreso en el organismo y patología Inhalación: el cloro irrita las mucosas oculares, las de la nariz y las de la garganta. La irritación va en aumento hasta producir dolor agudo y quemante. Esta irritación aparece también en el aparato respiratorio y en el pecho; desencadena una tos refleja que puede ser intensa y, a menudo, va asociada con dolor retroesternal que puede llegar a provocar vómito con sangre según las lesiones de las mucosas. Otros síntomas frecuentes son dolores de cabeza, malestar general, ansiedad y sensación de sofocación. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Contacto con la piel: entre los individuos expuestos durante mucho tiempo a bajas concentraciones de cloro es frecuente el acné. Es conocido comúnmente como cloracné. Puede llegar a dañar el esmalte dentario. i) Dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso (SO2) Es un gas incoloro con un característico olor asfixiante. Se trata de una sustancia reductora que con el tiempo, el contacto con el aire y la humedad, se convierte en trióxido de azufre. En condiciones normales la velocidad de esta reacción es baja. Forma una disolución ácida al disolverse en el agua. Vías de ingreso en el organismo y patología Contacto con los ojos: puede causar enrojecimiento, dolor y quemaduras profundas graves. Inhalación: se delata inmediatamente al ser irritante para los ojos y el sistema respiratorio. Esto lo convierte en un “gas amigo”. Es un gas incoloro. Cuando se combina con la humedad del tracto respiratorio se convierte en corrosivo, causando edemas a determinadas concentraciones. Puede provocar asfixia, tos, falta de respiración, dolor de garganta, estornudos, rinorrea, dificultad en la respiración, disnea, cianosis, dolor de pecho, traqueitis, bronquitis, nauseas, fatiga, vómitos, broncoconstricción, neumonitis, edema en la laringe/ glotis, edema en las vías respiratorias superiores u obstrucción e incremento de la resistencia de la circulación del aire. Puede causar la muerte por edema pulmonar, acidosis sistémica o paro respiratorio. Los síntomas del edema pulmonar no se ponen de manifiesto a menudo hasta pasadas algunas horas, y se agravan por el esfuerzo físico. Contacto con la piel: el dióxido de azufre es un irritante corrosivo de la piel. En estado líquido puede provocar lesiones o quemaduras por congelación. Contacto con los ojos: el dióxido de azufre es un irritante corrosivo de los ojos, aunque es poco común que en estado gaseoso produzca lesiones. Puede causar escozor en los ojos, lagrimeo, irritación conjuntival, enrojecimiento, dolor y quemaduras profundas graves. En estado líquido puede provocar lesiones o quemaduras por congelación. También opacidad corneal, erosión, necrosis y finalmente ceguera. Datos Importantes Punto de ebullición: -34,7 º C Punto de fusión: -101,0 º C h) Flúor (F) o ácido fluorhídrico (HF) El flúor es un gas a temperatura ambiente, de color amarillo pálido, formado por moléculas diatómicas F2. Es el más electronegativo y reactivo de todos los elementos. El ácido fluorhídrico (HF) es una disolución de fluoruro de hidrógeno en agua. Es un ácido débil, pero mucho más peligroso que ácidos fuertes como el clorhídrico o el sulfúrico. De los ácidos de uso corriente en los laboratorios es el más temido. Se utiliza para limpiar metales. Las soluciones de HF son transparentes e incoloras, con una densidad similar a la del agua. La propiedad más conocida del HF es la de atacar al vidrio. También ataca esmaltes, cemento, caucho, cuero, metales (especialmente al hierro) y compuestos orgánicos. Vías de ingreso en el organismo y patología Inhalación: en estado gaseoso el ácido fluorhídrico produce irritación respiratoria grave, sofocación y tos transitoria. Tras un periodo sintomático, que dura desde varias horas hasta uno o dos días, puede aparecer fiebre, tos, disnea, cianosis y edema pulmonar. Las exposiciones repetidas a concentraciones excesivas originan con los años fluorosis minusvalidante, debida al depósito de fluoruro en los huesos. Contacto con la piel: en forma pura es altamente peligroso y causa graves quemaduras químicas al contacto con la piel. Atraviesa la piel, destruye los tejidos y huesos y es tóxico en cualquier concentración. Además provoca hipocalcemia. El HF anhidro es extraordinariamente corrosivo. Contacto con los ojos: puede causar quemaduras profundas graves. Datos Importantes Punto de ebullición: -188 ºC Punto de fusión: -220 ºC j) Cloruro de carboncillo o fosgeno (COCL2) Se produce por el contacto de las llamas sobre los productos clorados (PVC), los aislamientos de cables de instalaciones eléctricas, materiales refrigerantes como el freón, etc. Es muy tóxico. Es un importante componente químico industrial utilizado para hacer plásticos y pesticidas. A temperatura ambiente (21 °C) el fosgeno es un gas venenoso. Si es enfriado y presurizado se convierte en líquido y así puede ser transportado y almacenado. Cuando se libera fosgeno líquido se transforma rápidamente en gas, que permanece cerca del suelo y se propaga con rapidez. Al fosgeno también se le conoce por su denominación militar: CG. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 33 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. El cloro reacciona con los líquidos orgánicos formando ácidos y, en altas concentraciones, actúa como asfixiante al provocar espasmos en los músculos de la laringe y tumefacción de las mucosas. Manual de incendios El fosgeno por sí mismo no es inflamable (no se enciende ni se quema con facilidad), pero es un comburente (puede causar que prendan las sustancias inflamables que hay a su alrededor). Vías de ingreso en el organismo y patología Inhalación: el principal efecto del fosgeno se da en los pulmones. Cuando se inhala y alcanza los espacios alveolares se convierte en cloruro de hidrógeno, y después en ácido clorhídrico y monóxido de carbono cuando llega a los pulmones. Produce sensación de quemazón, opresión torácica, dolor de garganta, tos, dificultad respiratoria y jadeo. Contacto con la piel: en estado líquido provoca lesiones y quemaduras por congelación. Contacto con los ojos: produce enrojecimiento, dolor y visión borrosa. Datos importantes Punto de ebullición: 8 ºC Punto de fusión: -118 ºC k) Aldehído acrílico o acroleína Es un líquido incoloro o amarillo, de olor desagradable. Se disuelve fácilmente en agua y se evapora rápidamente cuando se calienta. También se inflama con facilidad. Se pueden formar pequeñas cantidades de acroleína y dispersarse por el aire. Vías de ingreso en el organismo y patología Inhalación: la exposición a la acroleína ocurre principalmente al respirarla. El humo de cigarrillo y los gases del tubo de escape de los automóviles contienen acroleína. La información disponible indica que inhalar grandes cantidades daña los pulmones y puede producir la muerte. La inhalación de cantidades más bajas puede producir lagrimeo de los ojos, ardor de la nariz y la garganta y reducción del ritmo respiratorio. Contacto con los ojos: produce enrojecimiento, dolor y lagrimeo. Datos Importantes Punto de ebullición: 52,5º C Punto de fusión: - 87,7º C 34 4. ¿qué es un fuego y qué es un inCendio? El DRAE (Diccionario de la Real Academia Española) define el fuego como calor y luz producidos por la combustión. El DRAE define el incendio como un fuego grande que destruye lo que no debería quemarse. FUEGO + SERIE DE CARACTERÍSTICAS = INCENDIO La norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por una emisión de calor, humo y llama La norma ISO 13943 define el fuego como una combustión autosoportada que ha sido deliberadamente puesta en marcha para beneficiase de sus efectos y que está controlada en su duración y su extensión espacial. La misma norma ISO 13943 define el incendio como una combustión que se propaga incontroladamente en el tiempo y en el espacio, una combustión de aportación incontrolada. 5. triángulo y tetraedro del fuego Los incendios se producen cuando coinciden un producto inflamable (combustible), un producto que favorece la combustión (comburente) y una fuente con suficiente energía de activación (calor, chispa, llama). Cuando se dispone de estos tres factores en las proporciones correctas ocurre la combustión. Estos tres factores (combustible, comburente y calor) se representan a menudo mediante un triángulo, el triángulo del fuego. La supresión de uno de los lados del triángulo (un factor) hace imposible que se produzca un incendio (o lo extingue si ya existe). Imagen 14. Triángulo del fuego El triángulo de fuego (combustible, comburente y calor) fue una representación aceptada durante mucho tiempo. Sin embargo, una observación más precisa del fenómeno del fuego hizo necesaria la inclusión de un cuarto factor, de una cuarta variable, que por estar íntimamente relacionada con todas las anteriores dio lugar al denominado tetraedro del fuego: las reacciones en cadena. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. El gas de fosgeno puede ser incoloro o puede verse como una nube que varía de blanca a amarilla pálida. En bajas concentraciones tiene un olor agradable, como a heno recién cortado o maíz verde, pero es posible que no todas las personas expuestas lo adviertan. En altas concentraciones el olor puede ser fuerte y desagradable. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Es por ello que la posibilidad de estas reacciones en cadena constituye un cuarto factor, junto a los tres citados anteriormente, que permite el fenómeno de la progresión espontánea del incendio y su propagación en el espacio y en el tiempo y que forma, como se ha indicado, el llamado tetraedro del fuego (un tetraedro y no un cuadrado para expresar la relación inherente de cada lado con los demás). Las acciones capaces de impedir las reacciones en cadena son eficaces para limitar la propagación del incendio y facilitar su extinción. Con este esquema sólo se quiere indicar que de la misma forma que si se retira una cara el poliedro desaparece, al suprimir uno de los factores el fuego se extingue. Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, aunque independientemente de su estado inicial siempre entran en combustión en estado gaseoso (pirólisis, pirogenación). Cuando el combustible es sólido o líquido, es necesario un aporte previo de energía para llevarlo al estado gaseoso. La ignición de un combustible, y por tanto la peligrosidad del mismo, depende de varios factores que se pueden analizar por medio de unas constantes físicas propias de cada combustible que se detallan a continuación. 5.1.1. temperatura mínima a la que emite vapores inflamables a) Punto de inflamación (Flash Point) Es la temperatura mínima a la que un combustible emite suficientes vapores susceptibles de inflamarse si entran en contacto con una fuente de ignición. Si no hay fuente de ignición no arderá. También se define como la mínima temperatura en ºC a 760 mm de Hg a la que una sustancia combustible en contacto con el aire desprende la suficiente cantidad de vapor para que la mezcla vapor-aire sea susceptible de inflamarse, mediante el aporte a la misma de una energía de activación externa. b) Punto de ignición o de incendio (Ignition Point) Es la temperatura mínima a la cual un combustible emite suficientes vapores susceptibles de inflamarse y de mantener la inflamación (sigue ardiendo aunque se retire la fuente) si entran en contacto con una fuente de ignición. Suele estar unos grados por encima del punto de inflamación. c) Punto de autoinflamación Imagen 15. Tetraedro del fuego 5.1. Combustible Se define como combustible cualquier sustancia capaz de arder en presencia de una energía de activación; es decir, cualquier sustancia capaz de combinarse con un comburente en una reacción rápida y exotérmica. El grado de inflamabilidad de los combustibles condiciona la fuente de inflamación necesaria para que se produzca un incendio. Las sustancias inflamables y las fácilmente inflamables pueden llegar a inflamarse en el aire a temperatura ambiente sin necesidad de una fuente de inflamación o tras un breve contacto con una de ellas. Es la temperatura mínima a la cual los vapores emitidos empiezan a arder sin necesidad de aporte de fuente de ignición (en condiciones normales). También se define como la mínima temperatura en ºC a 760 mm de Hg a la que una sustancia sólida, líquida o gaseosa en contacto con el aire arde espontáneamente sin necesidad de ningún aporte energético a la mezcla. d) Punto de autoignición (Autoignition Point) Es la temperatura mínima a la que debe calentarse un combustible en presencia de oxígeno para que se produzca su inflamación y se sostenga la combustión sin el aporte de una energía de activación o un foco de ignición externos. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 35 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. La reacción de combustión, como se ha visto anteriormente, genera unos productos de combustión (humos, gases, residuos sólidos) y mucho más calor que el precisado inicialmente. Cuando este calor generado se reinvierte en promover el desarrollo de nuevas reacciones químicas en cadena el proceso de combustión se vuelve incontrolable, y si no se elimina alguno de los tres factores concurrentes que determinan la posibilidad del incendio este no se extingue. Manual de incendios Combustible/Comburente No todas las mezclas combustible/comburente son susceptibles de entrar en combustión. Existen unos límites de inflamabilidad que se detallan a continuación: Límite superior de inflamabilidad (LSI). Es la máxima concentración de vapores combustibles mezclados en el aire capaz de entrar en combustión. Por encima del LSI no se produce la combustión por falta de comburente. Límite inferior de inflamabilidad (LII). Es la mínima concentración de vapores combustibles mezclados en el aire capaz de entrar en combustión. Por debajo del LII no se produce la combustión por falta de combustible. El intervalo entre ambos límites se denomina rango de inflamabilidad. En él existen dos puntos de gran importancia: Punto ideal de combustión (PIC). Es el punto en el que la combustión se produce en las mejores condiciones. Punto estequiométrico (PE). Es el punto en el que se genera una explosión si la reacción se produce (la velocidad de reacción es máxima). Imagen 16. Inflamabilidad Tabla 3. Rangos de inflamabilidad Tabla 4. Temperaturas de inflamación y autoinflamación SUSTANCIA L.I.I. L.S.I. AMONIACO 16 25 MONÓXIDO DE CARBONO 15,5 74 METANO 5 15 ALCOHOL ETÍLICO 4,3 CLORURO DE VINILO 36 COMBUSTIBLE TEMPERATURA TEMPERATURA INFLAMACIÓN AUTOINFLAMACIÓN Poliamida 420 ºC 425 ºC 7,1 Polietileno 345 ºC 490 ºC 3,6 33 Aceite 232 ºC 343 ºC ETANO 3 14,4 Madera 225 ºC 280 ºC ACETILENO 2,5 81 Glicerina 160 ºC 370 ºC ACETONA 2,5 19,3 Gasoil 60 ºC 330 ºC PROPILENO 2,4 11 Alcohol etílico 18 ºC 425 ºC PROPANO 2,2 9,5 Acetona -18 ºC 540 ºC BUTANO 1,8 8,4 Gasolina -39 ºC 285 ºC PENTANO 1,5 7,8 Butano -60 ºC 287 ºC GASOLINA 1,5 7,6 Propano -104 ºC 450 ºC BENCENO 1,4 7,1 Gas natural -180 ºC 482 ºC AGUARRÁS 1,1 6 Metano -188 ºC 537 ºC GASOIL 0,6 6,5 Hidrógeno -259 ºC 580 ºC Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 5.1.2. ConCentraCión de vapores 5.2. Comburente Aunque un comburente es cualquier agente oxidante capaz de oxidar un combustible, en una reacción rápida y exotérmica este término se suele aplicar a mezclas de gases en las cuales el oxígeno esté en proporción suficiente para que en su seno se inicie y desarrolle la combustión, ya que el oxígeno molecular (O2) es el agente oxidante más común. El oxígeno, contenido aproximadamente en un 21% en volumen (23% si se considera en peso) en el aire, es el comburente más común en todos los fuegos e incendios. En contacto con materias orgánicas ciertos ácidos fuertes oxidantes (por ejemplo, ácido sulfúrico o nítrico) pueden causar combustiones y provocar incendios sin necesidad de una fuente de ignición adicional. Cuando se encuentra directamente afectada por el fuego la materia comburente libera oxígeno y da como resultado una combustión autosostenida, incluso en una atmósfera sin oxígeno. La existencia de un comburente no es peligrosa por sí misma, pero en un incendio aumenta el peligro y la virulencia del mismo. Tabla 5. Comburente Composición del aire (Comburente) Por otro lado, algunos compuestos tales como la nitrocelulosa, al contener en su composición ambos agentes oxidante y reductor, pueden sufrir combustión sin más aporte externo que la energía de activación. Para que se desarrolle la combustión habitualmente es necesaria la presencia de una proporción mínima de oxígeno en el ambiente (por debajo del 15% generalmente el fuego se apaga). Esta proporción mínima se determina por medio del ensayo del índice crítico de oxígeno. 5.3. energía de aCtivaCión. Calor Para que un fuego se inicie es necesario que los reactivos (comburente y combustible) se encuentren en unas condiciones favorables en las que pueda producirse la reacción. La energía de activación aportada por los focos de ignición tiene diversos orígenes: Aire Origen químico (cualquier reacción exotérmica provoca calor, que puede ser el origen de un incendio). Origen mecánico (los choques o roces entre metales generan calor y chispas, que pueden aportar la energía necesaria para iniciar un incendio). Origen eléctrico (el paso de una corriente eléctrica provoca calor, causa de numerosos incendios). Origen térmico o directo. Origen biológico, como por ejemplo el calor que desprende la fermentación. Origen natural o atmosférico (como por ejemplo los rayos) % en peso Real Uso Real Nitrógeno 78,03 79 75,45 76,8 Oxígeno 20,99 21 23,2 23,2 Argón 0,94 0 1,3 0 CO2 0,03 0 0,05 0 Otros 0,01 0 despreciable 0 28,967 29 Peso molecular (kg/kmol) Uso Un foco puede provocar la ignición si la magnitud e intensidad de su energía es suficiente para aumentar la temperatura del combustible por encima de su punto de ignición. El aporte energético se efectúa fundamentalmente de las siguientes formas: Llamas. Las llamas son una fuente segura de ignición para la mezcla de vapor inflamable y aire que se encuentre dentro de su margen de inflamabilidad. Para ello, las llamas deben ser capaces de calentar el vapor hasta su temperatura de ignición en presencia de aire. En algunos líquidos y sólidos será necesario que la llama permanezca durante un tiempo y a una temperatura suficiente para volatilizar el material combustible e inflamar los vapores emitidos. Una vez iniciada la ignición, el calor radiado por los vapores perpetúa el proceso de combustión. Chispas eléctricas, estáticas y de fricción. Las chispas deben tener suficiente energía para poner en ignición la mezcla de vapor inflamable y aire. Las chispas producidas por instalaciones eléctricas comerciales tienen una temperatura superior a la de las llamas y generalmente son capaces de producir la ignición de las mezclas inflamables. Superficies calientes. Las superficies calientes pueden convertirse en fuentes de ignición siempre y cuando tengan dimensión y temperatura suficientes. Brasas. Las brasas, una vez apagadas las llamas, en los momentos finales de la combustión de la madera, producen calor por radiación. La energía mínima necesaria para que la reacción se inicie se denomina energía de activación, y la proporcionan las fuentes de ignición, que pueden ser las llamas abiertas, superficies calientes, chispas eléctricas, brasas (cigarrillos), etc. % en volumen Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 37 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización 5.4. reaCCiones en Cadena (reC) Los procesos mediante los cuales progresa la reacción en el seno de la mezcla comburente/combustible suelen transcurrir mediante reacciones en cadena (REC), reacciones químicas complejas que sólo aparecen cuando hay combustión con llama. La reacción en cadena está asegurada y es inherente a la mayoría de los combustibles siempre que el aporte energético sea suficiente y exista mezcla comburente/combustible. La reacción en cadena consiste en el automantenimiento de la combustión por la eliminación de los radicales libres (hidroxilos). Una vez puesta en marcha progresa por sí misma y proporciona una energía mayor que la inicial, lo que provoca un número creciente de roturas de enlaces de carbono (C) y oxígeno (O2). En muchos casos una mezcla de productos reactivos no reacciona si no se aporta una energía de activación o si no se induce una disminución de la energía necesaria para que tenga lugar la reacción. La reacción en cadena está asegurada a nivel molecular cuando la energía desprendida por la reacción de un número de moléculas es suficiente para activar un número igual o mayor de ellas. A partir del momento en que el proceso es capaz de aportarse a sí mismo la suficiente cantidad de energía como para mantener una emisión de gases constantes (radicales libres), el proceso se entenderá como automantenido. Cuando se alcanza este estadio se conoce comúnmente como tetraedro del fuego. La velocidad de reacción en cadena se duplica con una elevación de 10 ºC y se puede multiplicar por un millón o más ante un aumento de 200°C. Para que esto ocurra deben existir grandes cantidades de combustible y de oxígeno. 5.5. agentes pasivos Para que la combustión ocurra deben estar presentes el combustible, el calor y el oxígeno (triángulo de fuego) y, adicionalmente, la reacción en cadena (tetraedro de fuego). Sin embargo existe un factor añadido que afecta tanto al triangulo como al tetraedro, denominado agentes pasivos. Los agentes pasivos o pasivos, como comúnmente se los denomina, están presentes en cualquier proceso de combustión y no toman parte en la reacción química de combustión. Pero el hecho de que absorban o roben la energía (calor) afecta al comportamiento del fuego. Ejemplos de agentes pasivos: 38 Gases no inflamables: dióxido de carbono y vapor de agua. Hollín: partículas de carbón. Agua: temperatura y humedad. Nitrógeno: un componente del aire (un 79% del mismo en volumen. aproximadamente) que permanece inerte a través de la combustión. Sustancias combustibles e inflamables Para entender la diferencia entre sustancias combustibles e inflamables primero es necesario explicar el proceso de pirólisis. Se define la pirólisis como la descomposición de una sustancia por el calor. Todas las sustancias, si se les aplica calor, se descompondrán desde su estado sólido o líquido al estado vapor. Se debe al efecto que provoca el calor cuando se aplica sobre las moléculas: estas lo absorben y pierden estabilidad de forma progresiva a medida que se descomponen a través de los diferentes estados de la materia. Pero en función de las características físico-químicas de la sustancia, cambian las condiciones de entorno; esto es, la cantidad de calor o energía que hay que proporcionar a la sustancia para que se descomponga y, por lo tanto, comience su proceso de pirólisis. Existe una temperatura mínima a partir de la cual la sustancia emite los suficientes vapores como para encenderse (la sustancia no se quema por sí sola, en realidad es el vapor lo que se quema cuando existe la combinación adecuada con oxígeno). Esta temperatura es el punto de ignición o encendido, la temperatura a la cual un combustible líquido produce vapores suficientes como para mantener la combustión una vez iniciada. El punto de ignición suele estar unos pocos grados por encima del punto de inflamación (temperatura a la cual un combustible líquido emana vapores suficientes como para formar una mezcla inflamable con el aire alrededor de la superficie). Sustancias combustibles e inflamables son aquellas que se pueden quemar. Es en función del punto de ignición o del punto de inflamación, generalmente, por lo que diferenciamos una sustancia combustible de otra inflamable. De forma genérica puede decirse que: Una sustancia combustible es aquella que tiene un punto de ignición bajo y es capaz de mantener el fuego. Una sustancia inflamable es aquella sustancia combustible que tiene facilidad para emitir gases que ardan (inflamables). Esto sucede en función de: El flujo de calor que recibe el material. La constitución del material (la posibilidad de que los gases puedan salir al exterior). El punto de inflamación del material. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Manual de incendios Parte 1. Teoría del fuego Caracterización tipos de los inCendios 6.1.2. fuegos Clase b Los incendios pueden clasificarse en función de multitud de parámetros. La norma que regula la clasificación de los incendios es la EN 2 (antigua norma derogada UNE- 23010), y los clasifica: Según la naturaleza del combustible. Por la forma del foco. Por la superficie afectada. Por la situación o forma de manifestarse. 6.1. según la naturaleza del Combustible Estos fuegos retienen el oxígeno en su interior y forman brasa. Se denominan fuegos profundos. Vaporización ¿Arden los combustibles líquidos? Los combustibles líquidos no arden. La llama es un fenómeno visible de la combustión en fase gaseosa; es decir, arden los vapores generados por acción del calor. LÍQUIDOS CAMBIO FÍSICO (VAPORIZACIÓN) VAPOR →→ Son fuegos originados por combustibles sólidos que tienen un alto punto de fusión. Producen brasas y normalmente tienen origen orgánico, compuesto entre otros por carbono e hidrógeno (madera, carbón, paja, tejidos y, en general, materiales carbonáceos). →→ 6.1.1. fuegos Clase a Provocados por combustibles líquidos o sólidos con bajo punto de fusión. Previamente debe tener lugar la evaporación. Se consideran líquidos también aquellos combustibles que, aun siendo sólidos, se licuan antes de alcanzar su temperatura de ignición (algunos plásticos). No producen brasas. LÍQUIDOS + CALOR VAPOR + O2 COMBUSTIÓN 6.1.3. fuegos Clase C Pirólisis ¿Arden los combustibles sólidos? Los combustibles sólidos no arden. La llama es un fenómeno visible de la combustión en fase gaseosa; es decir, arden los vapores que se originan como consecuencia de la descomposición por el calor de los combustibles sólidos. La pirólisis es una descomposición química de una materia producida por una elevación de la temperatura, sin reacción con el oxígeno. En la pirólisis no interviene el oxígeno, ya que no hay todavía combustión. Al reaccionar los vapores que provienen de la pirólisis del combustible sólido con el oxígeno es cuando se produce la oxidación; es decir, la combustión. → → SÓLIDO DESTILACIÓN QUÍMICA PIRÓLISIS GAS + O2 COMBUSTIÓN La norma ISO 13943 define la pirólisis como aquella parte del proceso de descomposición química irreversible causado por el incremento de la temperatura. La pirolisis puede estar acompañada por descomposición debida a otras acciones, por ejemplo ataques químicos. Son los fuegos de gases; es decir, combustibles en fase gaseosa (no las combustiones de los gases producidos en la evaporación de los combustibles sólidos o líquidos). Producidos o generados por sustancias gaseosas, tales como propano, butano, metano, hexano, gas ciudad, gas de hulla, etc. 6.1.4. fuegos Clase d Son fuegos originados por metales. Es un tipo de fuego muy especial y de muy difícil y peligrosa extinción. Da lugar a reacciones químicas complejas y normalmente el fuego de este tipo de metales es capaz de desplazar el hidrógeno del agua, lo que provoca explosiones por combustión de este gas. Su extinción necesita agentes extintores específicos, ya que el uso del agua está prohibido en casi todos los casos. En algunas clasificaciones vienen denominados por la letra M. 6.1.5. fuegos Clase f Corresponde con la denominación Americana Clase K. Son fuegos originado por aceites de cocina y grasas. Resumen de la “Clasificación de los fuegos” según la Normativa Europea de clasificación de incendios en función del combustible (EN 2: 1992): Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 39 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 6. Manual de incendios Clases de fuego Clase A: son los fuegos de materiales sólidos, generalmente de naturaleza orgánica, cuya combustión se realiza normalmente con formación de brasas. Ejemplo: madera, carbón, tela, papel, cartón, paja, plástico, caucho, etc. B C Clase B: son los fuegos de líquido o de sólidos licuables. Ejemplo: gasolina, petróleo, alcohol, gasóleo, alquitrán, grasas, ceras, parafinas, etc. Clase C: son los fuegos de gases. Ejemplo: acetileno, butano, metano, propano, gas natural, gas ciudad, hidrógeno, propileno, etc. Clase D: son los fuegos de metales. Ejemplo: aluminio en polvo, potasio, sodio, magnesio, etc. D F 6.2. Clase F: son los fuegos derivados de la utilización de ingredientes para cocinar (aceites y grasas vegetales o animales) en los aparatos de cocina. Se extingue la antigua clase E (fuegos eléctricos), no reconocida por la normativa vigente debido a que la electricidad no es un combustible. En este grupo quedaba incluido cualquier combustible que arda en presencia de cables o equipos eléctricos bajo tensión. Si esta no existiera (o se hubiera cortado la corriente), el combustible definiría la clase de fuego (generalmente pasa a ser de clase A). por la forma del foCo de inCendio Por la forma del foco o según la distribución de la materia, los incendios se pueden clasificar en: Foco plano. Foco vertical. Foco alimentado. 6.3. por la superfiCie afeCtada Esta clasificación sólo es de utilidad en los incendios forestales. Se pueden especificar las siguientes clasificaciones: Tabla 6. Clasificación por superficie afectada 6.2.1. foCo plano Cuando el incendio se manifiesta sobre el plano horizontal con predominio dimensional sobre el vértice y la disposición del producto que arde no queda oculta a la observación directa del incendio desde cualquier punto (incendios de combustibles líquidos, charcas o sólidos dispersos y próximos). 6.2.2. foCo vertiCal Cuando el incendio se manifiesta en varios planos horizontales o inclinados y verticales, o cuando varias zonas en combustión quedan ocultas a la observación (pacas de paja, apilamientos, etc.). GRADO DENOMINACIÓN SUPERFICIE EN LLAMAS I Hasta 4 m2 Pequeño II De 4 a 10 m2 Mediano III De 10 a 100 m2 Grande IV De 100 a 1.000 m2 De envergadura V De 1.000 a 5.000 m2 De envergadura VI De 5.000 a 10.000 m2 (1 Ha) De envergadura VII De 1 a 25 Ha De envergadura VIII De 12 a 100 Ha De envergadura IX De 100 a 500 Ha De envergadura X Más de 5.000 Ha De envergadura 6.2.3. foCo alimentado Cuando el incendio plano o vertical es mantenido por la aportación de combustibles procedentes de depósitos no afectados, aljibes, pozos, tuberías, etc. (escapes de gas). 40 A partir de 100 m2 se considera de envergadura si la altura de las llamas es superior a la diagonal media de la superficie horizontal afectada. Si no se cumple esto último, el fuego se considera grande, aunque la superficie activa de llamas sea superior a 100 m2. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. A 6.4. por la forma en que se desarrollan 6.4.1. en funCión de la veloCidad de reaCCión La velocidad de reacción es la cantidad de reactivos transformados en productos por unidad de tiempo. La velocidad de propagación de una llama es la velocidad de avance del frente de reacción; es decir, la velocidad lineal que separa la zona no destruida de los productos de reacción. Para el butano la velocidad de propagación es de 0,9 m/s y para el acetileno 14 m/s. En base a este parámetro las reacciones de oxidación-reducción se clasifican en: Combustión lenta y muy lenta: se conoce con el nombre de oxidación. La energía que desprende es muy pequeña y se disipa en el ambiente sin producir un aumento local de temperatura (no existe reacción en cadena). No hay emisión de luz y muy poca emisión de calor. Por ejemplo el amarilleado del papel sometido al calor, la oxidación del hierro, etc. Combustión simple, normal o rápida: en algunas bibliografías consideran rápida como instantánea o muy rápida. Son oxidaciones moderadamente rápidas, cuya velocidad del frente de reacción es apreciable visualmente y se mantiene inferior a 1 m/s. La energía desprendida es apreciable. Hay desprendimiento de calor, luz y llamas (fuego): una parte se disipa en el ambiente y otra se emplea en mantener la reacción en cadena y activar la mezcla comburente-combustible. Los incendios normales siguen esta combustión. Combustión instantánea o muy rápida: el caso más típico es la explosión. El término explosión se aplica de una forma genérica a aquellos fenómenos que conllevan la aparición de ondas de presión; es decir, cuando una combustión produce “sobrepresiones”. Suelen causar fenómenos destructivos, pero no es condición indispensable para que se trate de explosión. Los especialistas en explosiones por reacción química denominan explosiones a las combustiones que por su velocidad de propagación (> 1m/s) producen aumentos de presión, provoquen o no fenómenos destructivos. Las deflagraciones y detonaciones son por tanto consideradas explosiones. Generalmente las explosiones surgen si se permite que el combustible y el oxidante lleguen a mezclarse íntimamente antes de la ignición (existe una mezcla previa). En consecuencia, la reacción de la combustión avanza rápidamente porque no hay necesidad de poner en contacto previamente al combustible y al oxidante. Explosiones Las explosiones pueden ser deflagraciones o detonaciones. a) Deflagraciones o combustiones deflagrantes Son aquellas combustiones en las que la velocidad del frente de reacción es superior a 1 m/s, pero inferior a la velocidad del sonido (< 340 m/s o subsónica) en el medio en que se producen. Ya aparecen fenómenos de sobrepresiones como consecuencia de la generación de gases y de las temperaturas en la reacción. La onda de presión suele estar comprendida entre cinco y diez veces la presión original. Estas ondas se mantienen paralelas entre sí, sin discontinuidades, generando efectos sonoros. Hay que tener en cuenta que estas presiones son sólo diez veces superiores a la inicial. Si el recinto estuviera cerrado y no se permitiera la liberación de sobrepresión, la deflagración podría convertirse en una detonación de consecuencias mucho más graves. Normalmente todas las explosiones que se producen son de tipo deflagración, porque siempre se rompe algún cristal, tabique, etc., que permite la evacuación de la presión de forma natural. Son ejemplos de deflagraciones los vapores de líquidos inflamables, las mechas lentas, etc. b) Detonaciones o combustiones detonantes Son combustiones muy rápidas o instantáneas en las que la velocidad de propagación del frente de reacción es superior a la velocidad del sonido en el medio (>340 m/s o supersónica). Las sobrepresiones que se originan están comprendidas entre veinte y cuarenta veces la inicial, incluso cien veces. Aquí el frente de llamas acompaña y va a la misma velocidad que el frente de presiones. La detonación provoca efectos sonoros y destructivos muy superiores a la deflagración, y hay que tener en cuenta que en ambas se producen enormes elevaciones de temperatura, lo que provoca los incendios que normalmente acompañan a las explosiones. Son ejemplos de detonaciones las producidas por explosivos industriales detonantes y la combustión de mezclas aéreas de gases y vapores en especiales circunstancias. 6.4.2. en funCión de la propagaCión del oxígeno c) Combustión completa La combustión es completa cuando el suministro de oxígeno es abundante (21%) y produce CO2 y H2O. El humo producido es blanco o gris pálido. El combustible se combina totalmente con el oxígeno sin dejar más productos residuales que anhídrido carbónico y vapor de agua. d) Combustión incompleta La combustión es incompleta cuando hay escasez de oxígeno (comburente) o existen partículas incombustibles y se produce CO y H2O. El monóxido de carbono es ávido de oxígeno, lo que constituye una amenaza de explosión en caso de ventilación súbita del espacio. El humo producido es negro o muy oscuro y está muy caliente. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 41 Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. Parte 1. Teoría del fuego Caracterización Manual de incendios La combustión con o sin llama está asociada a una determinada velocidad de reacción. a) Combustión con llamas Los líquidos y gases inflamables arden siempre con llama (la mayor parte de los plásticos sólidos pueden considerarse como líquidos inflamables solidificados, que como tales funden antes de su combustión). La llama está relacionada con velocidades de combustión relativamente altas. a) Fuegos exteriores Los que tienen manifestación visible al exterior del edificio. Son los que se producen en los materiales del exterior del edificio o los que se originan en el interior y se manifiestan con llamas al exterior por puertas o ventanas. Se alimentan por el oxígeno del aire exterior, por lo que se propagan rápidamente. Aproximadamente dos terceras partes del calor liberado del objeto quemado pasan al ambiente circundante en forma de calor, y una tercera parte en forma de radiación (que contribuye a la combustión). La energía liberada por el objeto y la temperatura del ambiente tienden a igualarse en función del tiempo. Si la temperatura ambiente es alta, el fuego aumenta, y si es baja, el fuego disminuye o se ralentiza. b) Combustión sin llamas Es el caso de algunos sólidos. El carbono puro y algunos metales fácilmente oxidables arden sin llama (magnesio, aluminio, zirconio, uranio, sodio, potasio, etc.) y con temperaturas característicamente altas que oscilan entre 1500 y 2000 º C. Se llama también incandescencia. No se produce reacción en cadena, por lo que se puede representar con el triángulo de fuego. 6.5. según el lugar donde se desarrollan c) Fuegos interiores Tienen lugar en el interior de los edificios sin manifestarse al exterior. Sin aporte de oxígeno, consumen el del interior creando brasas y una elevada presión de gases tóxicos y combustibles. Imagen 18. Fuego interior 42 Imagen 19. Fuego exterior b) Por la actividad desarrollada en el recinto Se asocian generalmente al tipo de peligro relacionado con el uso. En función del mismo se podrían considerar, entre otros: Viviendas y oficinas Industrias Garajes y aparcamientos Hospitales y residencias de 3ª edad Locales de espectáculos y reunión Comercios Almacenes Vía pública (mobiliario urbano, etc.) Recintos de gran volumen Imagen 20. Fuego exterior en industria Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. Este documento es un fragmento del original. Acudir al documento completo para consultar índice, bibliografía, propiedad de las imágenes y demás. 6.4.3. en funCión de la emisión o no de llamas Parte 1. Teoría del fuego Caracterización por su magnitud 6.6.1. Conato Es un pequeño incendio que puede ser sofocado rápidamente con extintores estándar. Es conveniente conocer cómo usar un agente extintor y conocer los tipos de extintores. Así se podrá extinguir un conato y evitar que se convierta en un incendio mucho más destructivo. Es lo que se denomina fase latente del incendio. Esta fase es muy peligrosa, ya que anticipa la combustión súbita generalizada (CSG). La sobrepresión hará que salten cristales u otros elementos, de forma que se facilita la entrada de aire fresco y la aportación de oxígeno, que es lo que necesita el fuego latente para que se produzca la combustión. 6.6.2. inCendio parCial Estos fuegos abarcan parte de una instalación, casa o edificio. Este fuego es muy peligroso y podría extenderse y descontrolarse, lo que lo convertiría en un incendio total. En estos casos ya no sirve enfrentarse al fuego con extintores. Hay que salir a una zona segura y esperar a los equipos de emergencia especializados. 6.6.3. inCendio total Es el incendio que se encuentra totalmente fuera de control y afecta completamente a una casa, edificio o instalación. Es casi imposible combatirlo y lo que intentarán los bomberos es que no se extienda a otros edificios colindantes. 7. evoluCión de los inCendios Dentro de la evolución de un incendio se definen cuatro fases: Inicio Desarrollo Propagación Extinción 7.1. iniCio Para que el fuego se inicie son

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