Manual gestión del fuego: principios generales y conceptos del fuego
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Este documento presenta un resumen de los principios y conceptos básicos del fuego. Explica el triángulo y el tetraedro del fuego, los cuales describen los elementos necesarios para que ocurra la combustión: combustible, comburente, energía de activación y reacción en cadena. También describe las propiedades de los sólidos, líquidos y gases frente al fuego, así como conceptos como los límites de inflamabilidad, puntos de ignición, transferencia de calor y métodos de extinción. El documento fue escrito por Manuel José
Manual gestión del fuego: principios generales y conceptos del fuego
- 1. ACTIVIDAD: PRACTICA Nº 1: PRINCIPIOS Y CONCEPTOS DEL FUEGO ALUMNO: MANUEL JOSÉ MORALES MARTÍNEZ DOCENTE: ALBERT CERVERA Y ALBERT VILANOVA ASIGNATURA: GESTIÓN DEL FUEGO. CURSO: TERCER CURSO DEL GRADUADO EN PREVENCIÓN Y SEGURIDAD INTEGRAL. (1er CUATRIMESTRE). FECHA: NOVIEMBRE, 2009.
- 2. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 2 de 14 3º Curso 1. Procesos de combustión ............................................................................................. 4 a) ¿Qué es el fuego?.............................................................................................................................4 b) Triangulo del fuego y sus variaciones. ..............................................................................................4 c) Tetaedro del fuego. ...........................................................................................................................4 2. Características físicas y propiedades importantes de los materiales .................... 6 a) Comportamiento de los sólidos delante del frente del fuego. ............................................................6 b) Comportamiento de los líquidos delante del frente del fuego. ...........................................................7 c) Comportamiento de los gases. ..........................................................................................................7 I. Limite de inflamabilidad de los gases..............................................................................................................................8 II. Ley de los gases. ...........................................................................................................................................................9 3. Temperatura de ignición .............................................................................................. 9 a) Punto de inflamación. ........................................................................................................................9 b) Punto de ignición...............................................................................................................................9 c) Punto de autoignición. .......................................................................................................................9 4. Calor y sus efectos ..................................................................................................... 10 a) Calor de combustión. ......................................................................................................................10 b) Calor específico. .............................................................................................................................10 c) Calor de fusión. ...............................................................................................................................10 d) Transferencia del calor. ...................................................................................................................11 I. Conducción. ..................................................................................................................................................................11 II. Radiación. ....................................................................................................................................................................11 III. Convección..................................................................................................................................................................12 5. Métodos de extinción ................................................................................................. 13 a) Inanición. .........................................................................................................................................13 Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 3. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 3 de 14 3º Curso b) Sofocación. .....................................................................................................................................13 c) Enfriamiento. ...................................................................................................................................14 d) Inhibición. ........................................................................................................................................14 Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 4. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 4 de 14 3º Curso 1. Procesos de combustión a)) ¿Qué es ell ffuego? a ¿Qué es e uego? El fuego es una reacción química capaz de generar energía en forma de calor. Esta reacción química es denominada combustión o reacción de oxidación de dos sustancias (combustible y comburente), que dan como consecuencia unos productos (humos y gases), con un desprendimiento de energía en forma de calor y llamas (luz). La combustión es una reacción exotérmica auto-alimentante que abarca un combustible en su fase condensada, en fase gaseosa, o en ambas fases por el oxígeno atmosférico y, la emisión de la luz. Por otro lado, es un proceso físico-químico mediante el cual una sustancia bajo ciertas condiciones especiales, cede electrones o esta sustancia oxida a otra llamada agente oxidante mediante generación de energía. Esta se produce por oxidación rápida de una materia. Se dice también que es la oxidación rápida de un combustible combinado con el agente comburente desprendiendo luz, llama y calor. b)) Trriiangullo dell ffuego y sus varriiaciiones.. b T angu o de uego y sus va ac ones La Teoría del fuego fue en sus inicios explicada bajo el concepto del triángulo del fuego. Para producirse el fuego el triángulo ha de presentarse en sus 3 elementos: comburente, combustible y energía de activación. Es la base sobre la que se apoya la prevención y la lucha contra el fuego, consistente en romper los elementos que componen el triángulo del fuego. Para que el fuego se produzca, según esta teoría, el oxígeno del aire se combina con los materiales que arden, pero en forma violenta, produciendo una oxidación rápida llamada combustión. Para que este material entre en combustión se necesitan ciertas condiciones: la primera es contar con suficiente oxígeno, como por ejemplo el aire; la segunda condición es que exista material combustible.; y la tercera condición se tenga suficiente calor para que la combustión se inicie. Con el transcurso de los años fueron surgiendo fenómenos imposibles de explicar por esta teoría. c)) Tettrraedrro dell ffuego.. c Te aed o de uego Todo lo explicado en el punto anterior llevo a pensar en la existencia de un cuarto elemento constitutivo del fuego, ya que cuando se ha logrado encender un fuego, con frecuencia puede Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 5. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 5 de 14 3º Curso mantenerse por sí solo, sin apagarse, hasta que sólo quedan cenizas. Para explicar este hecho del fuego, la ciencia más actual agrega un cuarto elemento a los tres que ya han mencionada anteriormente: la reacción en cadena. Cuando el fuego es suficientemente intenso, aparecen llamas y se libera mucho calor. Esto facilita que el oxígeno y los combustibles se combinen, con lo cual hay nuevas llamas y más calor. Esta reacción en cadena se repite mientras quede oxígeno y combustible, a menos que algo interrumpa este circuito. De aquí surgió la teoría del tetraedro del fuego. La razón de usar un tetraedro y no un cuadrado es que cada uno de los cuatro elementos esta directamente adyacente y en conexión con cada uno de los otros elementos. Los cuatros elementos son: 1. Material combustible (agente reductor). Son los elementos que en presencia de comburente y energía de activación pueden iniciar la combustión. El material combustible puede ser cualquiera: sólido, líquido o gas. La mayoría de los sólidos y líquidos se convierten en vapores o gases antes de entrar en combustión. Es toda sustancia o materia que pueda arder en el seno de un gas. Puede ser Líquido, Sólido o Gaseoso, como por ejemplo la gasolina, el papel, o el acetileno. 2. Comburente (agente oxidante). Son los elementos oxidantes de la reacción de combustión, capaces de absorber electrones de otros átomos diferentes. Cabe remarcar que el aire que respiramos está compuesto de 21% de oxigeno, siendo este agente un comburente que puede activar el proceso de combustión. Por otra parte, el fuego requiere una atmósfera de por lo menos 16% de oxigeno. 3. Energía de activación - Calor (energía activadora). Es la cantidad de energía que se necesita aportar al sistema inhibido para darle la posibilidad de entrar en reacción. En este punto se despiden suficientes vapores que permiten que ocurra la ignición. 4. Reacción en Cadena. Es el proceso gradual con una velocidad de reacción exponencial positiva. Puede ocurrir cuando el resto de los elementos están presentes en las condiciones y Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 6. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 6 de 14 3º Curso proporciones apropiadas. El fuego ocurre cuando se lleva a cabo esta rápida oxidación o incendio. En este esquema se representa la combinación de los cuatro elementos que deben estar presentes para que el fuego llegue a producirse. Cada elemento del tetraedro debe estar en su lugar para que se produzca la combustión. Este concepto del tetraedro del fuego es básico, como ya se ha indicado anteriormente, para estudiar la supresión, prevención e investigación de incendios. Si la ignición se ha producido, el fuego se extingue cuando uno de los cuatro elementos se elimina de la reacción. 2. Características físicas y propiedades importantes de los materiales a)) Comporrttamiientto de llos sólliidos dellantte dell ffrrentte dell ffuego.. a Compo am en o de os só dos de an e de en e de uego Los materiales sólidos presentan las siguientes características: Tienen forma y volumen determinados. Sus enlacen moleculares son muy fuertes. Todos los sólidos combustibles queman produciendo cenizas. La combustión que genera puede ser con llama o incandescente. La combustibilidad de los sólidos depende, entre otros factores, de: Contenido húmedo del sólido. Conductibilidad calorífica. Aptitud y Temperatura de ignición. Grado de combustión. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 7. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 7 de 14 3º Curso Velocidad de propagación. Carga térmica. Los materiales sólidos se someten primero a un proceso de descomposición de su estructura molecular, a elevada temperatura, hasta llegar a la formación de gases que pueden ser oxidados. b)) Comporrttamiientto de llos llííquiidos dellantte dell ffrrentte dell ffuego.. b Compo am en o de os qu dos de an e de en e de uego Los materiales líquidos presentan las siguientes características: Tienen volumen constante y la forma queda definida por su contenedor. Lo que arde no es el líquido, si no sus vapores. El punto de inflamación o Flash Point es la temperatura mínima bajo la cual un líquido en equilibrio con su vapor, pone una cantidad suficiente de éste para que en contacto con una fuente de ignición se encienda. Son considerados peligrosos aquellos líquidos cuyo punto de inflamación o Flash Point roza los 21ºC. La velocidad de combustión y propagación de un líquido variará en función de: La presión de vapor. Punto de inflamación y ebullición. Índice de evaporación. Calor latente de vaporización. Calor de combustión. Viscosidad. Densidad. Volatilidad, Limites de inflamabilidad Deberá prestarse especial atención a estos factores para determinar el comportamiento de los líquidos frente el fuego. Asimismo, hay que resaltar que los líquidos primero se vaporizan, luego se mezclan con el comburente y finalmente se someten a la acción de la llama para iniciar su reacción. c)) Comporrttamiientto de llos gases.. c Compo am en o de os gases Los materiales gaseosos presentan las siguientes características: Carecen de volumen y forma propia. Toda masa gaseosa tiende a ocupar el mayor espacio posible. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 8. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 8 de 14 3º Curso Nula cohesión y a la gran energía cinética de sus moléculas Alta movilidad de sus moléculas. Se distribuye uniformemente dentro del recipiente que los almacena. Una característica importante de un gas es su capacidad de comprimir su volumen cuando se ejercen fuerzas mecánicas sobre él que tienden a restringir el movimiento libre de las moléculas. En los gases no se produce un cambio de estado a no ser que se modifique la presión y/o la temperatura. De esta forma su comportamiento está estrechamente relacionado con: la presión, el volumen, la temperatura, y la masa del material. Presentan sobre los sólidos y líquidos ventajas de transporte y almacenamiento, así como mayor luminosidad de llama y mayor poder calorífico, debido a su mayor facilidad de mezcla con el comburente. El gas es inflamable si puede arder en concentraciones normales de oxigeno en el aire. Su inflamabilidad depende de sus límites de inflamación y de su temperatura de ignición. Según sus propiedades físicas se podrían clasificar en comprimidos, licuados y criogénicos, y según su origen en puros, (verdaderos) e industriales, (subproductos). También es importante tener en cuenta la capacidad de los gases combustibles de producir explosiones, a la hora de su extinción. I. Limite de inflamabilidad de los gases. Son los límites, máximo y mínimo, de la concentración de un combustible dentro de un medio oxidante para entrar en combustión. Por un lado tenemos el Límite superior de inflamabilidad (LSI), que es la máxima concentración de combustible en comburente para que se pueda iniciar la combustión. Y por el otro, el Límite inferior de inflamabilidad (LII), que es la mínima concentración de combustible en comburente para que se pueda iniciar la combustión. Por debajo de este último, no hay suficiente concentración de combustible para que se inicie la combustión y por encima del LSI hay una falta de comburente para que se produzca la concentraciones combustión. comprendidas A las entre estos límites se denomina Rango de inflamabilidad. En cuanto a la temperatura, un aumento hace que disminuya el LII y que se incremente el LSI, es decir se produce una mayor amplitud de la mezcla inflamable. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 9. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 9 de 14 3º Curso II. Ley de los gases. Esta Ley resume la relación entre la masa de un gas y las variables P, V y T. En una mezcla de gases, la presión total ejercida por los mismos es la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviese solo en las mismas condiciones. El estado de un gas, queda determinado al relacionar estas tres magnitudes: volumen (V), temperatura (T) y presión (P). De esta ley se deduce que un mol de gas ocupa siempre un volumen igual a 22,4 litros a 0 °C y 1 atmósfera. Gracias a esta Ley se entendió el comportamiento de los gases: Está constituido por moléculas de igual tamaño y masa, pero de una mezcla de gases diferentes. Contiene un número pequeño de moléculas, así su densidad es baja y su atracción molecular es nula. El volumen de gas que ocupa es mínimo, en comparación con el volumen total del recipiente. Las moléculas de un gas contenidas en un recipiente, están en constante movimiento, por lo que chocan, ya entre sí o contra las paredes del recipiente contenedor. 3. Temperatura de ignición a)) Puntto de iinffllamaciión.. a Pun o de n amac ón Es la temperatura más baja que necesita un líquido contenido en un recipiente abierto para emitir vapores en proporción suficiente para que alcance el Límite Inferior de Inflamabilidad, y cualquier foco de ignición provoque su combustión. Asimismo puede extinguirse retirando este foco de ignición. b)) Puntto de iigniiciión.. b Pun o de gn c ón Es la mínima temperatura necesaria a la cual los vapores generados por un combustible comiencen a arder. Alcanzada esta temperatura y una vez iniciada la ignición, la velocidad de aporte de vapores emitidos es suficiente para que se mantenga la llama. A diferencia del punto de inflamación, si retiramos la energía de activación, se mantiene la combustión. Es una temperatura de escala inmediatamente superior a la de inflamación (1 ó 2 ºC) en la mayoría de los líquidos y algo mayores en sólidos y ninguna diferencia en gases. c)) Puntto de auttoiigniiciión.. c Pun o de au o gn c ón Se denomina temperatura de autoignición a la temperatura mínima en que un gas inflamable o mezcla de airevapor en contacto con el aire arde espontáneamente o es calentado en su superficie sin necesidad de una fuente de ignición. Al alcanzarla la energía de activación es suficiente para que se inicie la reacción de combustión. Los Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 10. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 10 de 14 3º Curso vapores y gases arderán espontáneamente a una temperatura más baja en oxígeno que en el aire. Esta temperatura es la máxima para que el combustible arda espontáneamente en presencia del comburente, sin más aporte energético. Cabe resaltar, que cuanto menores sean estas temperaturas, mayor grado de peligrosidad presentará el material. 4. Calor y sus efectos a)) Callorr de combusttiión.. a Ca o de combus ón Físicamente es el resultado entre la cantidad de calor (Q) que suministrada por determinada masa (m) de un combustible al ser quemada, y la masa considerada. Es una energía envuelta para quemar compuestos que resulta en la producción de los óxidos de los elementos de dichos compuestos. El valor del calor de combustión da una idea de la fortaleza de los enlaces, en que se desprende calor de una reacción química en la que se quema una materia en presencia de oxígeno, para obtener C02 y H20. b)) Callorr especííffiico.. b Ca o espec co El calor específico define el calentamiento de un material en contacto o en proximidad de una fuente de calor. Es la cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa para elevar su temperatura en una unidad, ya sea kelvin o Celsius, a partir de una temperatura dada. Es la capacidad calorífica de una sustancia. Su resultado depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura que se aplica. En general, el valor del calor específico depende de la temperatura inicial, aunque en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede considerarse constante. Adjunto video explicativo: http://www.youtube.com/watch?v=J5fst-9I7n8 c)) Callorr de ffusiión.. c Ca o d e u s ó n Es la cantidad de calor necesaria para transformar un sólido a su temperatura de fusión en líquido, a la misma temperatura. Es la energía adicional requerida para ir del punto de transición entre sólido y líquido. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 11. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 11 de 14 3º Curso d)) Trransfferrenciia dell callorr.. d T ans e enc a de ca o I. Conducción. Es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos cuerpos, sus partículas individuales están a diferentes temperaturas. Este hecho produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. La energía calorífica se transmite desde una molécula a la contigua. Las moléculas vibran alrededor de su posición media y transmiten la energía calorífica por ches con sus vecinas. Puede darse en sólidos, líquidos o gases, aunque se presenta con mayor claridad en los sólidos. La capacidad de conducción de calor varía según los materiales. En situaciones de incendio, la conductividad térmica es importante en razón del peligro de propagación del fuego. Una viga de acero atravesando de una a otra parte de una pared incombustible, podría ser la causa de propagación del fuego debido a la conducción del calor a lo largo de la viga. II. Radiación. Es el proceso de transmisión de calor de un cuerpo a otros mediante el espacio en línea recta. Este tipo de transmisión no implica contacto entre los cuerpos. Se transmite a través de ondas Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 12. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 12 de 14 3º Curso electromagnéticas. Este proceso implica una doble transformación de la energía para llegar al cuerpo que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante, y luego a viceversa. Todas las formas de energía radiante se propagan en línea recta a la velocidad de la luz, disminuyendo con el cuadrado de la distancia a la fuente de radiación. Cuando la energía radiante incide sobre un cuerpo existen tres resultados: transmisión, absorción y reflexión. Las características de la superficie del cuerpo afectan a su capacidad absorbente o para reflejar la radiación. Normalmente, los buenos reflectantes suelen ser malos absorbentes. Estas características deberán tenerse en cuenta en los edificios con muchos ventanales con cristaleras. El calor radiado viaja por el especio hasta ser absorbido por un cuerpo opaco. Contacto directo de la llama. III. Convección. En el proceso de convección, la energía calorífica se transmite por todo el fluido debido al movimiento de las moléculas hasta que se encuentre un estado de temperatura uniforme. Únicamente se produce en fluidos, ya sean líquidos o gases. Cuando un líquido o gas se calienta, se expande y así se vuelve menos denso, tendiendo a subir de nivel y desplazar el volumen más frío hacia abajo. Además la convección siempre está acompañada de la conducción a causa del contacto directo existente entre partículas de distinta temperatura en un líquido o gas en movimiento. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 13. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 13 de 14 3º Curso El transporte de calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio medio, el cual implica el movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a temperatura, a regiones que están a otra temperatura. En relación directa con el fuego, la expansión de un fuego por convección, tiene seguramente más influencia que los comentados anteriormente a la hora de definir la estrategia de intervención. El calor transmitido tendrá en la mayoría de casos, dirección vertical, aunque el aire puede llevarlo en cualquier dirección. 5. Métodos de extinción a)) IInaniiciión.. a nan c ón Método de extinción que utiliza el efecto de disminución de la concentración de combustible en el espacio de la reacción. El fuego precisa para su mantenimiento de nuevo combustible que lo alimente. Si el combustible es eliminado de las proximidades de la zona de fuego, este se extingue al consumirse los combustibles en ignición. Para conseguirlo, debe actuarse: Directamente sobre la zona de fuego de gases o líquidos, cortando el flujo, o bien quitando los sólidos o recipientes que contengan los líquidos o gases en sus proximidades. Indirectamente refrigerando los combustible alrededor de la zona de fuego afectada. Por otro lado, el incendio puede llegarse a extinguir en algunos casos de forma eficiente con la remoción de la fuente combustible. Esto se puede lograrse deteniendo el flujo de un combustible líquido o gaseoso, o removiendo el combustible sólido del área del gaseoso del incendio. Otro método de remoción del combustible es el permitir que el incendio continúe hasta que el combustible sea consumido. b)) Soffocaciión.. b So ocac ón Método de extinción que utiliza el efecto de eliminar el comburente del espacio de reacción. Se puede conseguir desplazando el oxigeno o bien cubriendo la reacción con un elemento que lo aísla del exterior. Como la combustión consume grandes cantidades de oxígenos, precisa oxígeno fresco a la zona de fuego de forma constante. Este proceso puede cortarse: Rompiendo el contacto entre combustible y aire, recubriendo el combustible con un material incombustible, como por ejemplo una manta ignífuga, arena, espuma, polvo, tapa de sartén, etc. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral
- 14. GESTIÓN DEL FUEGO Práctica 1: Principios y conceptos del fuego. Pág. 14 de 14 3º Curso Dificultando el acceso de oxígeno fresco a la zona de fuego cerrando las puertas y/o ventanas. Diluyendo la mezcla proyectando a la zona de fuego un gas inerte (N2 ó CO2) en suficiente cantidad para que la concentración de oxígeno disminuya por debajo de la concentración mínima necesaria. Se obtendrá el mismo efecto con menor efectividad proyectando agua sobre el fuego, que al evaporarse disminuirá la concentración de oxígeno. Conseguimos mayor efectividad si el agua es pulverizada. c)) Enffrriiamiientto.. c En am en o Método de extinción que utiliza el efecto de eliminar el calor necesario de la reacción para que esta tenga tendencia a parase. De la energía desprendida el proceso de combustión, parte es disipada en el ambiente y parte inflama nuevos combustibles propagando el incendio. La extinción del fuego resultaría de la eliminación de la energía de activación. La forma de conseguirse es arrojando sobre el fuego sustancias que por su descomposición o cambio de estado absorban esta energía. El efecto refrigerante de los productos de extinción se basa en la conversión endotérmica de fase, como la evaporación, la sublimación, una descomposición absorbiendo calor, etc. El agua o su mezcla con aditivos, es prácticamente el único agente capaz de enfriar notablemente el foco, sobre todo si se emplea pulverizada. d)) IInhiibiiciión.. d nh b c ó n Método de extinción que utiliza el efecto de romper las cadenas de reacción, de esta forma evita que los fragmentos reactivos continúen la reacción. Las reacciones resultantes de la combustión progresan a nivel atómico a causa de un mecanismo de radicales libres. Si su formación es neutralizada, antes de su reunificación en los productos de combustión, la reacción se detiene. Este efecto se puede conseguir mediante un producto extintor que actúe directamente sobre el mecanismo de la reacción en cadena, o que el producto extintor actúe como pared que absorba la energía excedente de la recombinación. Manuel José Morales Martínez Graduado en Prevención y Seguridad Integral