🔥 Tema 8: Teoría del fuego, combustión y explosiones

Consorcio para la Prevención y Extinción de Incendios de la Diputación de Badajoz (CPEI) · Conductor/a Bombero/a

Resumen

Las bases no dan bibliografía para los temas técnicos, así que este tema sigue el Manual de incendios del CEIS Guadalajara, parte 1 «Teoría del fuego» (edición r1 2015.10.05), que es el manual público de bomberos más usado. Arranca por la definición: la norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por la emisión de calor, humo y llamas, y la combustión como una reacción química exotérmica de oxidación entre un combustible y un comburente (normalmente el O2 del aire). La ISO 13943 distingue el fuego, combustión controlada en el tiempo y en el espacio, del incendio, que se propaga incontroladamente. Químicamente el fuego es una reacción redox fuertemente exotérmica: el combustible es el agente reductor (cede electrones y se oxida) y el comburente el oxidante (los capta y se reduce).

Condiciones para que se produzca y se propague el fuego. Hacen falta tres factores en las proporciones correctas: combustible, comburente y energía de activación (calor, chispa, llama). Es el triángulo del fuego, y quitar un lado impide el fuego o lo apaga. Cuando el calor que genera la reacción se reinvierte en nuevas reacciones, aparece un cuarto factor, la reacción en cadena, y se habla de tetraedro del fuego: es lo que permite la progresión espontánea del incendio en el espacio y en el tiempo. Las reacciones en cadena solo aparecen en la combustión con llama; la combustión sin llama (incandescencia) no tiene reacción en cadena y se representa con el triángulo. El manual añade los agentes pasivos (por ejemplo, el nitrógeno, el CO2 o el vapor de agua), que no reaccionan pero roban calor. El fuego se propaga porque el calor pasa de los cuerpos más calientes a los más fríos por conducción (contacto, sobre todo en sólidos; no existe en el vacío), convección (corrientes de fluido, normalmente ascendentes: por eso el fuego sube más rápido por una pendiente) y radiación (ondas electromagnéticas en línea recta, sin necesidad de materia).

Elementos del fuego, uno a uno. Combustible es cualquier sustancia capaz de arder en presencia de una energía de activación; los sólidos y los líquidos no arden como tales, arden sus vapores: los líquidos por vaporización y los sólidos por pirólisis, que es la descomposición química por el calor sin reacción con el oxígeno. Comburente: el más común es el oxígeno, un 21 % en volumen del aire; por debajo del 15 % el fuego generalmente se apaga (índice crítico de oxígeno). Algunos compuestos, como la nitrocelulosa, llevan oxidante y reductor a la vez. La energía de activación puede tener origen químico, eléctrico, mecánico, térmico, biológico (fermentación) o natural (rayos). Según el manual, la velocidad de la reacción en cadena se duplica con una subida de 10 ºC.

Tipos de combustión. Las de aportación (la masa reactiva se va incorporando al frente de reacción) pueden ser con llama (en fase gaseosa), latente (oxidación lenta sin luz, en combustibles porosos como el carbón, la madera, el algodón o la espuma de poliuretano), incandescente (sin llama pero con luz: ascuas) y espontánea (sin aporte de calor externo). Las de propagación se llaman también de premezcla. Por el oxígeno disponible, la combustión es completa (aire abundante, produce CO2 y H2O, humo blanco o gris pálido) o incompleta (falta de oxígeno, produce CO y humo negro y muy caliente; el CO, ávido de oxígeno, amenaza con explosión si se ventila de golpe).

Combustibles, puntos y límites. Punto de inflamación (flash point): temperatura mínima a la que el combustible emite vapores capaces de inflamarse con una fuente de ignición; si se quita la fuente, no sigue ardiendo. Punto de ignición o de incendio: unos grados por encima; la llama se mantiene aunque se retire la fuente. Punto de autoinflamación: los vapores arden sin fuente de ignición. Límite inferior de inflamabilidad (LII): concentración mínima de vapor en aire que arde (por debajo, falta combustible). Límite superior (LSI): concentración máxima (por encima, falta comburente). Entre ambos está el rango de inflamabilidad, con el punto ideal de combustión y el punto estequiométrico (velocidad de reacción máxima). Datos de las tablas 3 y 4 del manual: metano 5-15 %, butano 1,8-8,4 %, propano 2,2-9,5 %, gasolina 1,5-7,6 %, acetileno 2,5-81 %; punto de inflamación de la gasolina -39 ºC, del gasoil 60 ºC, de la madera 225 ºC y del alcohol etílico 18 ºC.

Velocidad de propagación. Es la velocidad de avance del frente de reacción (por ejemplo, 0,9 m/s en el butano y 14 m/s en el acetileno, según el manual). Por velocidad, la combustión es lenta u oxidación (sin reacción en cadena, apenas calor ni luz: el hierro que se oxida, el papel que amarillea), simple o normal (frente visible de menos de 1 m/s; la de los incendios normales) o instantánea (explosiones). Clasificación de los fuegos según la naturaleza del combustible, norma EN 2 (que sustituye a la antigua UNE 23010): clase A, sólidos que forman brasas (fuegos profundos); clase B, líquidos o sólidos licuables; clase C, gases; clase D, metales (sodio, potasio, magnesio, aluminio en polvo; el agua está prohibida en casi todos los casos); clase F, aceites y grasas de cocina en aparatos de cocina (la clase K americana). La antigua clase E (eléctricos) ya no existe: la electricidad no es un combustible y, cortada la tensión, manda el combustible que arde.

Resto de clasificaciones del manual. Por la forma del foco: plano (sobre un plano horizontal y visible desde cualquier punto, como un charco de líquido), vertical (varios planos o zonas ocultas a la vista, como pacas de paja o apilamientos) y alimentado (mantenido por combustible que llega de depósitos, tuberías o pozos, como un escape de gas). Por la superficie afectada (el manual dice que solo es útil en incendios forestales): grado I hasta 4 m² (pequeño), grado II de 4 a 10 m² (mediano), grado III de 10 a 100 m² (grande) y, a partir de 100 m² (grados IV a X), «de envergadura», siempre que la altura de las llamas supere la diagonal media de la superficie afectada; si no, sigue considerándose grande. Por su magnitud: conato (se apaga rápido con extintores estándar), incendio parcial y total. Por el lugar: exteriores, que se alimentan del aire de fuera y se propagan rápido, e interiores, que consumen el oxígeno del recinto y acumulan gases tóxicos y combustibles a presión (fase latente, antesala de la combustión súbita generalizada); y por la actividad del recinto (viviendas, industrias, garajes, hospitales, locales de pública concurrencia, almacenes, vía pública…).

Explosiones. Son la liberación súbita de gas a alta presión con una onda de presión; los especialistas llaman explosión a toda combustión que, por ir a más de 1 m/s, genera sobrepresiones, haga o no destrozos. Suelen ocurrir cuando combustible y oxidante se han mezclado antes de la ignición. Hay dos tipos: deflagración, frente de llama de más de 1 m/s pero subsónico, con sobrepresiones de 5 a 10 veces la inicial (vapores de líquidos inflamables, mechas lentas); y detonación, frente supersónico (más de 340 m/s) acompañado de onda de choque, con sobrepresiones de 20 a 40 veces la inicial e incluso 100 (explosivos industriales detonantes). El manual explica que casi todas las explosiones reales son deflagraciones porque algún cristal o tabique cede y alivia la presión; en un recinto que no deja escapar la sobrepresión, una deflagración podría pasar a detonación.

Claves para el examen

• UNE 23026: fuego = combustión con emisión de calor, humo y llamas.
• ISO 13943: el incendio se propaga incontroladamente en el tiempo y en el espacio.
• Combustible = reductor (cede electrones). Comburente = oxidante (los capta).
• Triángulo: combustible, comburente y energía de activación. Tetraedro: + reacción en cadena.
• Sin llama no hay reacción en cadena: la incandescencia se representa con el triángulo.
• Inflamación: arde con fuente y se apaga al quitarla. Ignición: sigue ardiendo. Autoinflamación: sin fuente.
• Por debajo del LII falta combustible; por encima del LSI falta comburente.
• Rangos: metano 5-15 %, butano 1,8-8,4 %, acetileno 2,5-81 % (el más amplio de la tabla).
• Oxígeno: 21 % en el aire; por debajo del 15 %, generalmente el fuego se apaga.
• EN 2: A sólidos con brasa, B líquidos, C gases, D metales, F aceites de cocina. La E ya no existe.
• Combustión normal: frente de menos de 1 m/s. Butano 0,9 m/s; acetileno 14 m/s.
• Deflagración: más de 1 m/s y subsónica, 5-10 veces la presión inicial.
• Detonación: supersónica (más de 340 m/s), onda de choque, 20-40 veces (hasta 100).
• Foco plano, vertical (pacas, apilamientos) y alimentado (escape de gas).
• Conato, incendio parcial e incendio total; fuegos interiores y exteriores.

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