🔥 Tema 9: Teoría del fuego: caracterización

Concello da Coruña · Servizo de Extinción de Incendios e Salvamento · Bombero/a

Resumen

Tema 1 de la parte específica del anexo II de tus bases (el 9 aquí). El epígrafe oficial, en gallego, dice: «Teoría do lume: Caracterización». Aquí lo tienes explicado en castellano; el cuestionario lo haces en gallego o en castellano, según marcaste en la solicitud (no se puede cambiar después). Para los temas 1 a 25 de la parte específica las bases dan como bibliografía los manuales «Formación Libre para Bombeiros» del CEIS Guadalajara.

Teoría del fuego. Parte de lo básico: la materia está formada por moléculas y átomos; las reacciones pueden ser físicas (cambia el estado, no la sustancia), químicas (cambia la composición) o nucleares. Una reacción es exotérmica si desprende energía y endotérmica si la absorbe. El fuego es una reacción redox fuertemente exotérmica: el combustible es el reductor (cede electrones y se oxida) y el comburente, normalmente el oxígeno del aire, es el oxidante. La norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por la emisión de calor, humo y llamas; la ISO 13943 distingue el fuego (combustión controlada) del incendio (combustión que se propaga incontroladamente en el tiempo y en el espacio).

Combustiones. Son reacciones de oxidación-reducción, de cinética generalmente rápida y fuertemente exotérmicas; en la completa se forman CO2 y agua, y en la incompleta aparece monóxido de carbono. Hay combustiones de aportación (la masa reactiva se incorpora al frente de reacción): con llama (en fase gaseosa), latente (oxidación lenta sin luz, en combustibles porosos), incandescente (sin llama pero con luz: ascuas) y espontánea (sin aporte de calor externo). Y combustiones de propagación o de premezcla. Por velocidad, la combustión lenta es una oxidación sin reacción en cadena; la simple, normal o rápida tiene un frente visible de menos de 1 m/s; y las explosiones pueden ser deflagraciones (más de 1 m/s pero subsónicas, con sobrepresiones de 5 a 10 veces) o detonaciones (supersónicas, de 20 a 40 veces la presión inicial e incluso 100).

Productos de la combustión: humo, llamas, calor y gases. El humo son partículas sólidas y líquidas en suspensión y es el principal factor de riesgo: blanco si el combustible arde libremente con mucho oxígeno (sobre todo vapor de agua), negro con sintéticos, cauchos o derivados del petróleo y poco oxígeno. La llama es un gas incandescente; su zona externa, poco luminosa, es la más caliente, y en la práctica alcanza de 1.800 a 2.200 ºC. El calor se mide en calorías (1 cal = 4,1868 J) o julios; el agua tiene un calor específico de 1 cal/g·ºC. Escalas: Celsius (0-100), Fahrenheit (32-212, ºF = ºC · 1,8 + 32) y Kelvin (K = ºC + 273,15). El calor dilata los cuerpos y provoca cambios de estado progresivos (fusión, vaporización, sublimación) o regresivos (solidificación, condensación, sublimación regresiva).

Gases de combustión. El CO se forma en combustiones incompletas, es incoloro, más ligero que el aire, arde con llama azul y se une a la hemoglobina (carboxihemoglobina) provocando hipoxia. El CO2 no es inflamable y el manual lo trata como asfixiante (desplaza el oxígeno) más que como tóxico, y es unas 1,5 veces más pesado que el aire. El cianuro de hidrógeno (HCN) huele a almendras amargas y bloquea la respiración celular. El sulfuro de hidrógeno huele a huevos podridos y a partir de 100 ppm paraliza el olfato. También aparecen amoniaco, cloro (amarillo verdoso), dióxido de azufre, fluoruro de hidrógeno, fosgeno (de la combustión de PVC y clorados) y acroleína.

Triángulo y tetraedro del fuego. El incendio necesita combustible, comburente y energía de activación (calor); si se suprime un lado, el fuego no se produce o se extingue. El tetraedro añade la reacción en cadena, que mantiene la combustión con llama. Del combustible importan sus constantes: punto de inflamación (emite vapores que se inflaman con una fuente de ignición), punto de ignición (unos grados por encima, la combustión se mantiene al retirar la fuente) y punto de autoinflamación (arde sin fuente de ignición); y los límites de inflamabilidad: por debajo del LII no arde por falta de combustible y por encima del LSI por falta de comburente. El oxígeno supone aproximadamente el 21 % del aire en volumen, y por debajo del 15 % el fuego generalmente se apaga. La energía de activación puede ser de origen químico, mecánico, eléctrico, térmico, biológico o natural. Los agentes pasivos (CO2, vapor de agua, hollín, nitrógeno) no reaccionan pero roban calor.

Tipos de incendios. Por el combustible (norma EN 2): clase A, sólidos que forman brasas; B, líquidos o sólidos licuables; C, gases; D, metales; F, aceites y grasas de cocina. La antigua clase E (eléctricos) ya no se reconoce porque la electricidad no es un combustible. Los sólidos no arden como tales: arden los gases de su pirólisis (descomposición por el calor sin oxígeno); los líquidos arden por sus vapores. Por la forma del foco, el incendio puede ser plano, vertical o alimentado (escapes de gas). También se clasifican por la superficie afectada (útil en forestales), por la velocidad de reacción, por el oxígeno disponible (completa o incompleta), por la emisión de llamas, por el lugar (interiores o exteriores; por el uso del recinto) y por la magnitud (conato, incendio parcial e incendio total).

Evolución y transmisión. Un incendio tiene cuatro fases: inicio (los tres factores coinciden), desarrollo (la temperatura sube deprisa, en el techo puede superar los 700 ºC, y crece el CO), propagación (el calor se transmite por todos los medios) y extinción. El calor pasa siempre del cuerpo más caliente al más frío por tres vías. La conducción, por contacto molecular, necesita materia y no se da en el vacío; es mejor en sólidos que en líquidos, y en líquidos que en gases. La convección se da en fluidos: el aire caliente sube y el frío baja; es la que más influye en la estrategia, y con la pendiente acelera el fuego cuesta arriba, mientras que cuesta abajo el avance es mucho más lento. La radiación viaja por ondas electromagnéticas, sobre todo infrarrojas, en línea recta y también sin medio material.

La combustión es una reacción química de oxidación-reducción, fuertemente exotérmica y generalmente rápida, entre un combustible (el reductor, que cede electrones y se oxida) y un comburente (el oxidante, normalmente el oxígeno del aire). La norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por la emisión de calor, humo y llamas, y la ISO 13943 distingue el fuego (combustión controlada en tiempo y espacio) del incendio (combustión que se propaga incontroladamente). No hay un manual oficial del tribunal para este tema; aquí se sigue el Manual de incendios del CEIS Guadalajara, parte 1 «Teoría del fuego», y el RIPCI (RD 513/2017) para las clases de fuego.

Triángulo y tetraedro. Para que haya fuego tienen que coincidir combustible, comburente y energía de activación (calor), en proporciones adecuadas: es el triángulo del fuego. La observación de la combustión con llama añadió un cuarto factor, la reacción en cadena, que forma el tetraedro: los radicales libres mantienen la reacción y el calor generado activa nuevas moléculas. Si quitas una cara, el fuego se apaga. El aire tiene alrededor de un 21 % de oxígeno en volumen; por debajo del 15 % el fuego generalmente se apaga. La energía de activación puede tener origen químico, mecánico, eléctrico, térmico, biológico (fermentación) o natural (rayos). Los agentes pasivos (nitrógeno, CO2, vapor de agua, hollín) no reaccionan, pero roban calor.

Tipos de combustión. Por su velocidad, la combustión puede ser lenta (oxidación sin llama ni reacción en cadena, como el óxido del hierro), normal o viva (frente de reacción visible e inferior a 1 m/s: los incendios normales) e instantánea o explosiva: deflagración si el frente avanza a velocidad subsónica (más de 1 m/s y menos de 340 m/s) y detonación si avanza a velocidad sónica o supersónica con onda de choque. Por la forma, hay combustión con llama (en fase gaseosa), latente (oxidación lenta sin luz, que se revela por humo o subida de temperatura, típica de materiales porosos), incandescente (sin llama pero con luz: las ascuas) y espontánea (sin aporte de calor externo). Por el oxígeno, completa (CO2 y agua) o incompleta (aparece CO).

Combustibles: tipos y características. Un combustible es cualquier sustancia capaz de arder en presencia de una energía de activación. Puede ser sólido, líquido o gaseoso, pero siempre arde en fase gaseosa: los líquidos se vaporizan y los sólidos sufren pirólisis, una descomposición química por el calor sin intervención del oxígeno; lo que arde son los gases que desprenden. Por eso los gases y líquidos (y muchos sólidos) arden con llama, mientras que el carbono puro y algunos metales arden sin llama, por incandescencia.

Peligrosidad frente a la ignición. Se mide con constantes de cada combustible: punto de inflamación o flash point (temperatura mínima a la que emite vapores capaces de inflamarse con una fuente de ignición, pero sin mantener la llama), punto de ignición o de incendio (unos grados más alto; la combustión se mantiene aunque se retire la fuente) y punto de autoinflamación (los vapores arden sin fuente de ignición). También importan los límites de inflamabilidad: por debajo del límite inferior (LII) no arde por falta de combustible y por encima del superior (LSI), por falta de comburente; entre ambos está el rango de inflamabilidad. En las tablas del manual, la gasolina tiene un punto de inflamación de -39 °C frente a los 60 °C del gasoil, y el acetileno un rango de 2,5 % a 81 %, mucho más amplio que el del propano (2,2 %-9,5 %).

Factores que influyen en la combustibilidad. Según el manual, que un material emita gases que ardan con facilidad depende del flujo de calor que recibe, de su constitución (que los gases puedan salir al exterior) y de su punto de inflamación. Además, cuanto más dividido está el combustible, mayor es su relación superficie/volumen y más fácil es que el calor pase a su masa; y el manual recuerda que, con temperatura ambiente alta, el fuego aumenta, y con temperatura baja se ralentiza.

Clasificación de los fuegos según el combustible. La norma es la UNE-EN 2, que el RIPCI (anexo I, secc. 1.ª, ap. 4.5) reproduce: clase A, sólidos generalmente orgánicos que forman brasas (madera, papel, tejidos); clase B, líquidos o sólidos licuables (gasolina, alcohol, ceras, parafinas); clase C, gases (propano, butano, metano, acetileno); clase D, metales (magnesio, sodio, potasio, aluminio en polvo); y clase F, ingredientes para cocinar (aceites y grasas) en aparatos de cocina, equivalente a la clase K americana. La antigua clase E (eléctricos) ya no se reconoce porque la electricidad no es un combustible: si se corta la tensión, manda el combustible que arde.

Productos de la combustión: humo, llamas, calor y gases. El humo son partículas sólidas y líquidas en suspensión (hollín, cenizas, vapor de agua) arrastradas por convección; puede ser inflamable. Su color orienta: blanco si arde libremente con mucho oxígeno, negro con gran carga térmica y poco oxígeno (plásticos, cauchos, derivados del petróleo), amarillo verdoso con cloro. La llama es gas incandescente; su zona externa es la más caliente. Entre los gases destacan el CO (combustión incompleta, 260 veces más afín a la hemoglobina que el oxígeno según el manual), el CO2 (asfixiante, no tóxico), el HCN (almendras amargas, anoxia química), el H2S (huevos podridos, paraliza el olfato a partir de 100 ppm), el fosgeno (llamas sobre PVC y clorados), el cloro, el amoniaco, el SO2 y la acroleína.

Claves para el examen

• UNE 23026: fuego = combustión con emisión de calor, humo y llamas.
• Combustible = reductor (se oxida). Comburente = oxidante (normalmente O2).
• Latente: sin llama y sin luz. Incandescente: sin llama, con luz (ascuas).
• Deflagración: más de 1 m/s y subsónica, 5-10 veces la presión. Detonación: supersónica, 20-40 veces.
• Humo blanco: arde libremente, mucho O2, vapor de agua. Humo negro: sintéticos, poco O2.
• La zona externa de la llama es la más caliente.
• 1 cal = 4,1868 J. ºF = ºC · 1,8 + 32. K = ºC + 273,15.
• Sublimación: sólido a gas (cambio progresivo, absorbe calor).
• CO: incoloro, más ligero que el aire, llama azul. HCN: almendras amargas.
• Inflamación < ignición < autoinflamación.
• Por debajo del LII falta combustible; por encima del LSI falta comburente.
• Por debajo del 15 % de O2 el fuego generalmente se apaga.

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